¿Qué es un panel HMI? Capas de hardware e integración OEM

El alcance de JASPER en el ensamblaje personalizado HMI es la interfaz física del operador: las piezas que el usuario ve, toca, pulsa, lee, limpia e instala en el equipo. Antes de cerrar la estructura del panel frontal, el OEM debe facilitar las referencias geométricas de la carcasa, las tareas del operador, el método de entrada, la asignación de responsabilidades sobre pantalla y electrónica, la interfaz del conector, el entorno, el método de montaje y los requisitos de validación.

Por qué el “panel HMI” necesita una definición de proyecto

HMI significa interfaz hombre-máquina. La frase describe una función, no una. número de pieza universal o arquitectura.

En una discusión sobre el sistema de control, un ingeniero puede utilizar HMI para el grafico pantallas, navegación, comportamiento de alarma, permisos de usuario y tiempo de ejecución conectados a un PLC. En un dibujo mecánico, Panel HMI puede referirse al bisel, la cubierta frontal, el teclado de membrana, la ventana de pantalla, la junta y el conjunto frontal con conector. Un equipo de compras puede emplear la misma expresión para un terminal completo de marca que ya incluye pantalla, procesador, sistema operativo, entorno de ejecución, comunicaciones y carcasa.

Los tres usos son comunes. El problema comienza cuando una cotización, dibujo o La matriz de responsabilidad utiliza la palabra sin indicar cuál se pretende.

ISA101 aborda aspectos del HMI como la navegación entre pantallas, los gráficos, las alarmas, la seguridad y las interfaces con programas y bases de datos en aplicaciones de fabricación.[4] Esto recuerda que la disciplina HMI completa va más allá del hardware del panel frontal. La lista de materiales y el plano deben identificar por separado el conjunto físico y las responsabilidades sobre la visualización y el sistema de control.

Un HMI es una cadena, no una sola superficie

El operador no interactúa directamente con un registro del PLC ni con un píxel de visualización. un Una cadena física y lógica se sitúa entre la persona y la máquina.

Tarea del operador
    -> leyenda visible, icono, tecla, objetivo táctil, pantalla o indicador
    -> entrada física o capa de visualización
    -> sensor, interruptor, circuito, conector o interfaz de pantalla
    -> entrada del controlador y tiempo de ejecución HMI
    -> PLC, control de máquinas, comunicaciones y dispositivos de campo.
    -> respuesta de la máquina
    -> retroalimentación visual, táctil, audible o háptica para el operador

Cada flecha es una interfaz que necesita un propietario.

Por ejemplo, un impreso START El icono puede ser propiedad de la obra de arte gráfica, pero su El objetivo táctil pertenece al diseño del sensor, su canal pertenece al circuito y mapa de conectores, su estado aceptado pertenece al controlador, su lógica de permisos pertenece al software y el movimiento de la máquina pertenece al sistema de control. el El proveedor del panel frontal no puede validar el comando final inspeccionando solo el icono impreso.

ISO 9241-210 aborda el diseño centrado en el ser humano para sistemas interactivos y explícitamente reconoce que tanto los componentes de hardware como los de software afectan la interacción.[5] Para un proyecto OEM, esto significa que se deben definir la tarea del operador y el contexto de uso. antes de que el equipo debata solo los materiales, los colores o el tamaño de la pantalla.

¿Qué capas de hardware puede contener un panel HMI?

Un panel HMI no siempre contiene todas las capas siguientes. La estructura se selecciona según la tarea del operador, la arquitectura de pantalla, la carcasa, la electrónica, el entorno y la estrategia de mantenimiento.

La estructura de capas debe documentarse mediante una sección transversal y una vista explosionada. Una sección transversal útil identifica:

• lado del operador y lado de la máquina;
• mostrar área activa y apertura visible;
• plano de detección táctil o de teclas;
• capas gráficas y de máscara;
• áreas de unión de adhesivos y juntas;
• Soporte PCB o FPC;
• conector y salida trasera;
• reborde de la carcasa, fijación o superficie de montaje;
• brechas críticas, zonas de compresión y áreas de exclusión; y
• qué dimensiones controla el proveedor del panel, cuáles controla el proveedor de la pantalla y cuáles corresponden a la carcasa del OEM.

La superficie frontal es una parte funcional

La superficie visible no es decoración añadida una vez terminada la electrónica. Lleva instrucciones, identifica estados, controla la ruta de visualización, protege la capa de entrada, y establece lo que el operador puede encontrar bajo iluminación real, condiciones de guantes, limpieza y postura.

Gráficos y mapeo de tareas.

Cada tecla u objetivo táctil debe asignarse a una tarea y canal definidos. Las obras de arte deben identificar:

• comandos normales;
• información de estado y advertencia;
• valores o unidades que deben permanecer visibles;
• teclas que cambian de función por pantalla;
• acciones restringidas o relacionadas con la seguridad;
• ubicaciones de indicadores;
• mostrar máscaras y bordes inactivos;
• requisitos de lenguaje y símbolos; y
• información de servicio o mantenimiento.

El archivo de arte, el mapa del circuito, el diseño de visualización y la pantalla del software deben usar el misma convención de nomenclatura. Si un archivo llama a un canal K3, otro lo llama RESET, y el software lo llama input_07, se produce un error de integración tardía más probable.

Condiciones de superficie, limpieza y visualización.

El proyecto debe definir los agentes de limpieza reales, el desgaste de contacto, los contaminantes, exposición en interiores o exteriores y ángulos de visión. Una declaración genérica como por ejemplo entorno industrial No basta con seleccionar una superficie, sistema de impresión, detalle de revestimiento, adhesivo o sellado.

La página de aplicaciones de control industrial de JASPER muestra un contexto de control de máquina en el que deben revisarse conjuntamente las leyendas, la posición de las zonas táctiles, la visibilidad de la pantalla, la limpieza, el recorrido del conector y el ajuste con la carcasa. Los requisitos finales siguen dependiendo del programa de equipo concreto.

Métodos de entrada: teclas, táctiles o ambos

El método de entrada HMI debe seguir la tarea del operador en lugar de una preferencia por una superficie plana o de aspecto moderno.

Teclas de membrana

Un interruptor de membrana puede proporcionar contactos eléctricos discretos en un panel frontal delgado construcción. Las cúpulas táctiles pueden dar un chasquido físico; Las zonas no táctiles pueden mantener una sensación más plana. Esta ruta se adapta a los comandos que se benefician de posiciones fijas, ubicaciones de teclas repetibles, comportamiento de matriz simple u operación sin pantalla.

El diseño sigue necesitando un comportamiento de accionamiento aprobado, el mapa del circuito y los detalles geométricos de la carátula, el recorrido del flex de salida, el conector, el soporte y la carcasa. Una cúpula táctil no corrige una superficie de apoyo flexible ni una tecla situada fuera del alcance natural del operador.

Teclas de silicona o mecánicas

Las teclas elevadas pueden mejorar la ubicación de los dedos, el desplazamiento y el uso de guantes. Añaden altura, geometría móvil, soporte e interfaces de sellado. El OEM debe definir si el teclado, PCB, la carcasa, la guía de luz y las funciones de retención son los que se suministran conjunto o piezas separadas combinadas por el ensamblador final.

Control táctil capacitivo

La tecnología táctil capacitiva permite crear una superficie frontal continua sin recorrido de teclas. El resultado depende del controlador, la disposición de los electrodos, el material y espesor de la cubierta, la unión, los conductores próximos, la puesta a tierra, el blindaje, la humedad, el uso con guantes y los ajustes del firmware.

La guía de diseño táctil capacitivo de Microchip trata los efectos de la cubierta y el blindaje como entradas del diseño del sensor, no como detalles cosméticos añadidos al final.[7] Una cubierta más gruesa o distinta puede alterar el acoplamiento entre el dedo y el electrodo, y las pistas próximas o las zonas de contacto no deseado pueden exigir protección. Por tanto, debe revisarse pronto la cadena de responsabilidades sobre cubierta frontal, sensor, controlador, carcasa y ajuste.

Entrada híbrida

Un HMI puede combinar una pantalla, control táctil capacitivo, teclas de membrana, mandos de emergencia e indicadores. Los diseños híbridos resultan útiles cuando las acciones frecuentes o contextuales se realizan en la pantalla, mientras que las acciones críticas, repetidas o con guantes se benefician de teclas físicas fijas.

La presencia de una pantalla táctil no elimina automáticamente los controles físicos. El OEM debe decidir qué acciones deben permanecer disponibles si la pantalla está ilegible, el software está cambiando de pantalla o el operador no puede mirar directamente en la interfaz.

La ventana de visualización, el sensor táctil y el módulo de visualización son partes diferentes

Estos términos suelen fusionarse en las primeras discusiones.

ventana de visualización

Una ventana de visualización es la región de visualización transparente o abierta en la superficie frontal. Puede incluir una máscara impresa, una superficie dura, un adhesivo transparente, un espacio de aire, una junta o otros detalles ópticos/mecánicos. No genera una imagen.

Definir:

• mostrar el área activa;
• mostrar el área visible;
• abertura de la ventana y solape de la máscara;
• tolerancia de alineación;
• ángulo de visión;
• acabado superficial y reflejos;
• espacio de aire permitido o método de unión;
• requisitos de limpieza y rayado; y
• estrategia de montaje y reposición.

Sensor táctil

El sensor táctil detecta el contacto o la posición del operador. Puede estar separado del pantalla y puede usar su propio FPC, controlador, conexión a tierra y sintonización. el toque El área activa y el área activa de la pantalla no se alinean simplemente porque sus El tamaño diagonal nominal coincide.

Módulo de visualización

El módulo de visualización genera la imagen. Tiene su propio contorno, área activa, características de montaje, alimentación, interfaz de señal, conector, límites de funcionamiento, retroiluminación, comportamiento térmico y ciclo de vida.

Antes de encargar el utillaje del panel frontal, el OEM debe facilitar el plano y la revisión de la pantalla real. Una ficha web, el tamaño nominal de pantalla o una captura no bastan para controlar la abertura visible ni el conjunto de montaje.

Módulo display-táctil completo

Algunos proyectos obtienen una pantalla y un sensor táctil como módulo unido. Otros se reúnen la lente de la cubierta, el sensor táctil y la pantalla por separado. El dibujo debe indicar quién posee:

• alineación táctil para mostrar;
• unión de cubierta a tacto;
• montaje de pantalla;
• aceptación óptica;
• sintonización táctil;
• enrutamiento de cables;
• prueba de módulo;
• reparación o reemplazo; y
• responsabilidad de garantía.

Este recurso no prescribe parámetros de espacio de aire versus parámetros de enlace óptico. eso La decisión requiere una evaluación óptica, mecánica, de proceso, de costos y de servicio por separado. revisión.

Límites de circuito, controlador y conector

La superficie frontal física se vuelve útil solo cuando sus canales se conectan correctamente a la electrónica.

PCB, FPC y circuito impreso

Una capa de circuito puede enrutar:

• contactos de teclas independientes;
• electrodos táctiles;
• LED potencia y control;
• alimentación y datos de la pantalla;
• comunicación;
• conexiones de tierra y blindaje;
• puntos de prueba;
• señales de identificación o configuración; y
• clavijas del conector.

El plano debe distinguir un circuito pasivo de interconexión de una placa controladora activa. La presencia de una PCB detrás del panel frontal no significa necesariamente que el proveedor del panel sea responsable del firmware, las comunicaciones o la lógica de la máquina.

placa controladora

Un controlador puede escanear teclas, procesar mediciones táctiles, controlar indicadores, gestionar un mostrar o comunicarse con el anfitrión. Definir:

• propietario del hardware;
• propietario de esquemas y diseños;
• propietario de componentes y firmware;
• método de programación;
• interfaz de comunicación;
• comportamiento de arranque y actualización;
• conducta diagnóstica;
• responsabilidad de las pruebas eléctricas; y
• Validación final del software.

Si OEM suministra el controlador, el dibujo del panel frontal aún debe identificar montaje mecánico, ubicación del conector, conexión a tierra e interfaz eléctrica. Si un proveedor integra el consejo, la cotización debe indicar exactamente qué Se incluyen funciones y pruebas.

Acceso al conector y al servicio

La selección del conector es una decisión de integración, no un detalle de compra final. Revisión:

• conector de acoplamiento y numeración de pines;
• dirección de inserción;
• pestillo y retención;
• recorrido del cable o flex de salida;
• alivio de tensión y curvatura;
• secuencia de montaje;
• acceso después de instalar la pantalla o el gabinete;
• autorizaciones y bloqueos eléctricos;
• acceso de prueba; y
• requisitos de reemplazo de campo.

Un conector eléctricamente correcto puede resultar inutilizable si la carcasa bloquea el pestillo o fuerza el flex de salida a formar un pliegue cerrado.

Carcasa, montaje, junta y sellado

El panel frontal y la carcasa forman un límite mecánico.

Los posibles métodos de montaje incluyen adhesivo trasero, compresión de junta, bisel captura, montantes, tornillos, clips, soportes o combinaciones. La elección correcta Depende del tamaño del panel, material de la superficie, planitud, estrategia de servicio, carga, visualización. masa, ambiente y secuencia de ensamblaje.

Utilizar referencias geométricas compartidas

Defina al menos:

• referencia del contorno del panel;
• centro de visualización o dato de área activa;
• referencia objetivo de la tecla o zona táctil;
• apertura del recinto;
• elementos de fijación o localización;
• conector y salida trasera;
• trayectoria de la junta;
• zonas de exclusión; y
• propietario de tolerancia para cada característica de apareamiento.

Sin referencias geométricas compartidas, la carátula, el sensor táctil, la pantalla, la PCB y la carcasa pueden cumplir cada uno su plano y, aun así, quedar desalineados al montar la interfaz.

No asigne una clasificación IP a una capa suelta

IEC 60529 clasifica los grados de protección proporcionados por las envolventes.[6] La carátula frontal, la junta o el adhesivo pueden contribuir a la estrategia de protección, pero la clasificación corresponde a la configuración ensayada de la envolvente, incluidas sus uniones, fijaciones, compresión, conectores, aberturas y proceso de montaje.

No suponga que un interruptor de membrana sellado o una cubierta frontal confiere automáticamente el mismo grado de protección al panel HMI completo, la carcasa o la máquina.

Servicio y reemplazo

Decida si HMI es:

• vinculado permanentemente;
• extraíble desde el frente;
• extraíble desde la parte trasera;
• reemplazado como un módulo completo;
• repararse sustituyendo la pantalla, la capa de teclas o la placa; o
• Servicio de fábrica únicamente.

Esta decisión cambia los adhesivos, juntas, sujetadores, acceso a cables, pruebas y estrategia de repuestos.

La retroalimentación debe cerrar el circuito del operador

Una entrada sin comentarios comprensibles puede dejar al operador inseguro de si el El comando fue detectado, aceptado, rechazado o aún procesándose.

La retroalimentación no debe especificarse sólo como LED requerido o pitido al tocar. Definir el evento, propietario del tiempo, significado del estado, condición de visibilidad o audibilidad, y comportamiento durante fallas o comandos deshabilitados.

Matriz de responsabilidad de hardware y software

Utilice una matriz antes de la cotización y nuevamente antes de la publicación del diseño.

Las celdas pueden cambiar según el proyecto. El objetivo es evitar una brecha tácita.

Elija la arquitectura HMI por límite del sistema

Un ensamblaje de panel frontal personalizado no siempre es la respuesta correcta. Un HMI estándar terminal puede ser mejor cuando el ecosistema de software, la certificación, las comunicaciones y el reemplazo de campo importa más que la forma o marca personalizada. Un teclado sin pantalla Puede ser mejor cuando la máquina sólo necesita comandos fijos e indicadores de estado.

OEM Flujo de trabajo de integración

Esta es una secuencia de integración, no una promesa de que un proveedor sea dueño de cada paso.

1. Definir tareas del operador y estados del sistema.

Enumere lo que el operador debe ver, decidir, ingresar, confirmar y recuperar. incluir funcionamiento normal, configuración, mantenimiento, limpieza, alarma, desactivación, arranque y fallo condiciones.

2. Dibuja el límite del sistema.

Cree un diagrama de bloques que identifique:

• superficie frontal;
• teclas o sensor táctil;
• mostrar;
• circuito y conector;
• controlador;
• HMI tiempo de ejecución;
• PLC o controlador de máquina;
• comunicaciones;
• recinto; y
• alimentación y puesta a tierra.

Asigne un propietario a cada bloque y a cada interfaz.

3. Cerrar las referencias mecánicas y el concepto de capas

Utilice planos controlados para la carcasa, la pantalla, el módulo táctil, la PCB, el conector y el contorno del panel frontal. Defina las áreas activas y visibles, las zonas de unión, el recorrido de la junta y del flex de salida, las fijaciones, el acceso para mantenimiento y la responsabilidad sobre las tolerancias.

4. Alinear el arte gráfico, los canales y los nombres del software

Cree una referencia cruzada que cubra:

• leyenda impresa;
• objetivo físico;
• canal de circuito;
• clavija del conector;
• entrada/salida del controlador;
• objeto de software; y
• mostrado o la respuesta de la máquina.

5. Revisar el medio ambiente y los factores humanos.

Iluminación de documentos, postura, alcance, guantes, limpieza, humedad, contaminación, vibración, temperatura, vida útil esperada y condiciones de mal uso. Separado requisitos a nivel de componente de los requisitos de equipo completo.

6. Construya prototipos representativos.

Cree prototipos de las interfaces de mayor riesgo. Una muestra impresa de apariencia no valida la respuesta táctil. Un sensor táctil sin integrar no valida la puesta a tierra de la carcasa ni el comportamiento frente a la humedad. Una maqueta de pantalla no valida el acceso al conector.

7. Validar por nivel de responsabilidad

Utilice JASPER pruebas y control de calidad marco como punto de partida para visuales, dimensionales, de circuitos, de actuación, de unión, de conectores y controles de montaje. Se debe confirmar el plano HMI real para la construcción cotizada. El OEM y el integrador aún poseen el controlador, el software, la máquina, el entorno y validación final de cumplimiento a menos que el contrato establezca lo contrario.

Errores comunes en la especificación del panel HMI

Solicitar una cotización solo con una imagen frontal

Un renderizado no define las capas, las referencias geométricas, el conector, la electrónica, el montaje, la junta ni la responsabilidad sobre los ensayos.

Tratar la pantalla, el sensor táctil y la cubierta como una parte sin nombre

Tienen diferentes áreas activas, conectores, tolerancias, proveedores y fallos. modos.

Pedirle al proveedor del panel frontal que “haga coincidir el PLC”

El proveedor necesita una interfaz eléctrica, un mapa de conectores y responsabilidad. declaración. Una marca de PLC o una captura de pantalla no define el HMI físico.

Seleccionar la tecnología de entrada antes de definir la tarea

Una superficie táctil plana puede entrar en conflicto con los guantes, el funcionamiento sin ojos o con dispositivos fijos. acciones de emergencia. Un teclado físico puede entrar en conflicto con las funciones dinámicas de la pantalla o una superficie limpiable continua.

Usar el tamaño nominal de pantalla como cota de utillaje

El tamaño diagonal nominal no controla el área activa, el área visible y el módulo. contorno, máscara, conector o características de montaje.

Ignorando el recinto hasta que el panel esté terminado

Adhesivo, compresión de juntas, soporte de pantalla, acceso a conectores, conexión a tierra y La alineación depende del recinto.

Llamar a un componente “IP65”

La protección frente a la entrada es una propiedad de la configuración ensayada de la envolvente, no un atributo automático de una carátula, una junta o un interruptor.

Dejar sin definir quién es responsable de la respuesta al operador

El operador puede sentir el movimiento de una tecla sin recibir ninguna indicación de que el estado ha sido aceptado, o ver un LED sin saber si indica detección, permiso o una acción de la máquina.

Combinando criterios de prototipo y producción

Las primeras muestras pueden explorar la apariencia, el ajuste, la respuesta al tacto o la secuencia de ensamblaje. Los criterios de producción necesitan dibujos controlados, métodos de prueba, límites, muestreo y trazabilidad.

OEM Lista de verificación de entrada para una revisión de hardware HMI

Proporcionar:

1. Tipo de equipo, posición de instalación y tareas del operador.
2. Comandos, pantallas, indicadores, alarmas, valores, idiomas y símbolos necesarios.
3. Arquitectura preferida: teclas fijas, táctil, display, híbrida o terminal estándar.
4. Contorno del panel frontal, abertura de la carcasa, superficies de montaje y sistema de referencias geométricas.
5. Plano del fabricante de la pantalla, áreas activa y visible, contorno, montaje, conector, alimentación e interfaz de datos.
6. Requisitos del sensor táctil o de las teclas, incluidos uso con guantes, respuesta al usuario, recorrido, fuerza, humedad y responsabilidad sobre el ajuste, cuando corresponda.
7. Obra gráfica, referencias de color, acabado, ventana, frente muerto e iluminación. requisitos.
8. PCB, FPC, circuito, mapa de canales, asignación de pines, conector, recorrido del flex de salida o cable y límites eléctricos.
9. Propiedad del controlador, firmware, comunicaciones, diagnóstico y actualización.
10. Material de la carcasa, planitud, recorrido de la junta, sujetadores, superficie adhesiva y estrategia de servicio.
11. Iluminación, visualización, limpieza, productos químicos, humedad, temperatura, vibración y otras condiciones reales de uso.
12. Propósito del prototipo, plan de inspección, matriz de validación, cantidad de producción, requisitos de trazabilidad y control de cambios.

Si algunas entradas aún no están seleccionadas, márquelas como abiertas y asígneles un propietario y fecha de decisión. No ocultes una interfaz sin resolver detrás a recomendar por el proveedor.

Preguntas frecuentes

Fuentes

1. JASPER Electronics, “Conjunto HMI a medida para paneles frontales e interfaces de operador OEM”. https://www.jasperele.com/products/hmi-assembly/
2. JASPER Electronics, “Interfaces de control industrial”. https://www.jasperele.com/aplicaciones/industrial-control/
3. JASPER Electronics, “Pruebas y control de calidad de interruptores de membrana”. https://www.jasperele.com/quality/testing/
4. Sociedad Internacional de Automatización, “ISA101, Interfaces hombre-máquina”. https://www.isa.org/standards-and-publications/isa-standards/isa-standards-committees/isa101
5. Organización Internacional de Normalización, “ISO 9241-210:2019, Ergonomía de la interacción hombre-sistema – Parte 210: Diseño centrado en el ser humano para sistemas interactivos.” https://www.iso.org/standard/77520.html
6. Comisión Electrotécnica Internacional, “IEC 60529:1989+AMD1:1999+AMD2:2013 CSV, Grados de protección proporcionados por los armarios (Código IP).” https://webstore.iec.ch/en/publication/2452
7. Tecnología Microchip, “Guía de diseño de sensores táctiles capacitivos AN2934”. https://onlinedocs.microchip.com/oxy/GUID-A8A0085D-58D1-4E41-A07D-B93BFDE11AFE-en-US-4/GUID-80CF1688-09E6-46D2-B2C6-44743EA74277.html