انواع HMI با صفحه لمسی و حالت‌های کاهش مصرف انرژی برای عملیات 24/7

نقش بحرانی صفحه لمسی نمايشگرهاي HMI در محيط‌هاي صنعتي ۲۴ ساعته

فعال‌سازي نظارت مداوم از طريق حالت‌هاي صرفه‌جويي در مصرف انرژي

امروزه صفحه‌های لمسی رابط‌های انسان-ماشین (HMI) با ویژگی‌هایی مجهز شده‌اند که میزان روشنایی خود را بر اساس شرایط نوری تنظیم می‌کنند و حالت‌های خواب هوشمندی دارند که صفحه‌ها را در تمام ساعات شبانه‌روز قابل مشاهده نگه می‌دارند و در عین حال از مصرف برق می‌کاهند. وقتی این رابط‌ها به‌صورت فعال مورد استفاده نباشند، به‌صورت خودکار کم‌نور می‌شوند یا ابتدا هشدارهای مهم را برجسته می‌کنند و مصرف انرژی را تا حدود ۳۰ تا ۳۵ درصد کاهش می‌دهند، بدون اینکه اجازه دهند اپراتورها از دست دادن اطلاعات سیستم را تجربه کنند. برای صنایعی که مصرف انرژی بالایی دارند، مانند کارخانه‌های شیمیایی، این موضوع اهمیت زیادی دارد، چون نیازمند نظارت مداوم بر دما و فشار در طول فرآیندهای تولید هستند. یک نوسان کوچک می‌تواند منجر به مشکلات بزرگ و تعمیرات پرهزینه در آینده شود.

طراحی استحکام‌یافته و قابلیت اطمینان در عملکرد مداوم

نیاز است که HMهای صنعتی از خود استحکام لازم را در برابر شرایط سخت نشان دهند، به همین دلیل تولیدکنندگان آنها را با صفحه‌های شیشه‌ای مقاوم، رده حفاظتی IP66 تجهیز می‌کنند و این دستگاه‌ها در دمایی از 20- درجه سانتی‌گراد تا 70 درجه سانتی‌گراد کار می‌کنند. این ویژگی‌ها اطمینان لازم را فراهم می‌کنند که دستگاه‌ها حتی در معرض ارتعاشات مداوم، رطوبت و گرد و غبار در محیط‌هایی مانند معادن و کارخانه‌های فولاد کار کنند. بر اساس آزمایش‌های میدانی انجام شده در صنایع مختلف، این HMهای صنعتی به مدت عمر معمولی خود که پنج سال است، حدود 99.4 درصد از زمان کارکرد خود را حفظ می‌کنند. این موضوع در مقایسه با تجهیزات مصرفی معمولی بسیار قابل توجه است، زیرا این تجهیزات معمولاً در شرایط کاری مشابه حدود سه برابر کمترین قابلیت اطمینان را دارند.

یکپارچه‌سازی در تولید 24 ساعته و کنترل فرآیند

صفحه‌های لمسی HMI به عنوان مراکز کنترل عملیات، هماهنگی را از بازوی رباتیک تا نوارهای نقاله و کیفیت فراهم می‌کنند حسگرها در کارخانه‌های تولید خودکار. این رابط‌ها به تولیدکنندگان اجازه می‌دهند تا در زمان مورد نیاز، مقادیر دسته‌ها را تنظیم کنند یا سرعت ماشین‌ها را تغییر دهند، کاری که در تولید قطعات خودرو به صورت سفارشی بسیار مهم است. کل سیستم به خوبی در چارچوب فکری صنعت ۴.۰ جای می‌گیرد، جایی که زمان پاسخگویی کمتر از ۵۰ میلی‌ثانیه می‌تواند تفاوت ایجاد کند بین عملیات ایمن و خطر بروز حوادث در خطوط مونتاژ پرسرعت که به طور مداوم در طول شیفت‌ها کار می‌کنند.

بینش داده: 68% از واحدها کاهش زمان توقف را با سیستم‌های HMI 24/7 گزارش کرده‌اند (گروه مشاوره‌ای ARC، 2023)

طبق گزارش اخیری از گروه مشاوره ARC که به بررسی حدود 12 هزار محل صنعتی مختلف در بخش‌های متنوع پرداخته است، کارخانه‌هایی که فناوری‌های پیشرفته HMI را اجرا کرده‌اند، دیده‌اند که زمان توقف غیر برنامه‌ریزی‌شده آن‌ها هر سال تقریباً 22٪ کاهش یافته است. ارزش واقعی این سیستم‌ها در نحوه تشخیص به‌موقع مشکلات نهفته است؛ به عنوان مثال، قادرند نشانه‌های فرسودگی یاتاقان‌های موتور را 8 تا 12 ساعت قبل از خرابی واقعی تشخیص دهند. این موضوع به تیم‌های نگهداری و تعمیرات زمان کافی می‌دهد تا قبل از بروز مشکل اقدام لازم را انجام دهند. با ترکیب این قابلیت با ابزارهای تحلیل پیش‌بینی‌کننده، تولیدکنندگان معمولاً شاهد افزایش 18٪‌ای در بهره‌وری کلی هستند. این اثر به‌ویژه در مکان‌هایی مانند اتاق‌های تمیز دارویی مشهود است که حتی اختلالات جزئی نیز می‌تواند سبب از بین رفتن کل باتچ‌هایی به ارزش چند هزار دلاری شود، چرا که الزامات استریل بسیار سفت و سخت است.

نوآوری‌های مدیریت انرژی در HMI‌های لمسی

مقیاس‌بندی ولتاژ و فرکانس پویا برای بهره‌وری انرژی

امروزه صفحه‌نمایش‌های لمسی HMI از چیزی به نام مقیاس‌بندی ولتاژ و فرکانس پویا یا به اختصار DVFS به خوبی استفاده می‌کنند. این فناوری در واقع به سیستم اجازه می‌دهد میزان مصرف برق خود را بسته به کاری که در هر لحظه نیاز دارد، تنظیم کند. زمانی که فعالیت چندانی وجود ندارد، این سیستم‌ها قادرند مصرف انرژی خود را تا حدود ۳۰ درصد کاهش دهند که در بلندمدت تفاوت قابل توجهی ایجاد می‌کند. این موضوع برای مراکزی که ۲۴ ساعته فعالیت دارند بسیار مهم است، چرا که در غیر این صورت مقدار زیادی برق صرف نگه داشتن مداوم سیستم‌ها در حالت نظارت خواهد شد. به عنوان مثال یک کارخانه را در نظر بگیرید. رایانه‌هایی که نظارت بر نوارهای نقاله را برعهده دارند، می‌توانند فعالیت پردازنده خود را در شب‌هایی که کارگران حضور ندارند کاهش دهند، اما در عین حال به اندازه‌ای هوشیار باشند که در صورت بروز یک مشکل ناگهانی بلافاصله به حالت کار با قدرت بالا سویچ کنند.

فناوری‌های نمایشگر با روشنایی تطبیقی و آگاه از زمینه

رایانه‌های صنعتی (HMI) با سنسورهای نور محیطی و تشخیص‌گرهای حرکتی ارائه می‌شوند که به‌صورت خودکار روشنایی صفحه نمایش را تنظیم می‌کنند یا در صورت عدم حضور فردی در مجاورت، وارد حالت صرفه‌جویی در مصرف برق می‌شوند. بر اساس گزارش اخیر DisplayTech در سال 2024، شرکت‌هایی که این ویژگی‌های هوشمندانه را پیاده‌سازی کرده‌اند، مصرف انرژی نمایشگرهای خود را سالانه حدوداً یک‌چهارم کاهش داده‌اند. برخی از سیستم‌های پیشرفته‌تر حتی این مسئله را بیشتر پیش می‌برند. این سیستم‌ها در روزهای پرنور، روشنایی‌های غیرضروری را خاموش یا شدت نمایش صفحه را در صورت استفاده کارکنان از عینک‌های ایمنی کم می‌کنند، به‌این‌ترتیب خوانایی کامل حفظ می‌شود و درعین‌حال از آن ناهمخوانی ناخوشایند نور که در سیستم‌های صنعتی معمولی دیده می‌شود، جلوگیری می‌شود.

راهکارهای نمایش پایدار و کاهش دبیر کربنی

امروزه تولیدکنندگان بیشتری به استفاده از مواد شیشه‌ای بازیافتی و روشنایی LED بدون جیوه روی آورده‌اند که این امر موجب کاهش آسیب‌های زیست‌محیطی در تمام چرخه عمر محصولاتشان می‌شود. گزارش اخیر کنسرسیوم تولیدکنندگان سازگار با محیط زیست (Eco Manufacturing Consortium) در سال 2023 نشان می‌دهد که این تغییرات در واقع منجر به کاهش ۴۰ درصدی اثر کربنی HMهای صنعتی نسبت به آنچه در دسترس بوده در سال 2018 شده است. همچنین شاهد توسعه‌های جدید در سیستم‌های مدیریت انرژی هستیم که به خوبی با صفحات خورشیدی و سایر گزینه‌های انرژی سبز سازگار هستند. این امر موجب می‌شود کارخانه‌ها به راحتی تجهیزات خود را مستقیماً به منابع انرژی پاک متصل کنند و در نتیجه در رسیدن به اهداف بلندمدت پایداری که سال‌هاست در موردشان صحبت می‌کنند یاری شوند.

کاربردهای صنعتی با تقاضای عملکرد HMI 24/7

صفحه‌های لمسی HMI در صنایعی که شکست سیستم می‌تواند منجر به پیامدهای فاجعه‌باری شود، ضروری شده‌اند. دو بخش به‌ویژه نیاز حیاتی به رابط‌های مقاوم و با بهره‌وری انرژی بالا را برجسته می‌کنند: استخراج هیدروکربن و تولید داروهای دقیق.

نفت و گاز: پایش از راه دور و تداوم عملیاتی

صفحه‌های لمسی HMI روی دکل‌های حفاری دریایی و درون شبکه‌های لوله‌کشی به اپراتورها امکان دسترسی فوری به مقدار فشار، شاخص‌های جریان و وضعیت کلی تجهیزات را در مجموعه‌های بزرگی که ممکن است کارکنان محدودی در محل داشته باشند، می‌دهند. نمایشگرها حتی در شرایطی که دما از زیر صفر درجه سانتی‌گراد (-40) تا دمای خیلی بالای 70 درجه سانتی‌گراد نوسان می‌کند، به خوبی کار می‌کنند. در مورد کنترل‌های اصلی شیرآلات، زمان پاسخ‌دهی کمتر از 2 میلی‌ثانیه باقی می‌ماند که این امر اهمیت دارد، چرا که هر چیزی که کندتر از این باشد ممکن است در آینده به مشکلات جدی زیست‌محیطی منجر شود. وقتی این صفحه‌ها به طور فعال مورد استفاده قرار نمی‌گیرند، ویژگی‌های صرفه‌جویی در مصرف انرژی به طور خودکار روشنایی صفحه را کاهش می‌دهند در حالی که داده‌ها به طور پشتیبانی در حال جریان می‌مانند. این تنظیم ساده به کاهش مصرف انرژی بین سی تا چهل درصد در دوره‌های عادی عملیاتی کمک می‌کند، زمانی که روشنایی کامل در هر صورتی لازم نیست.

تولید دارویی: دقت و قابلیت اطمینان پایین ولتاژ

در اتاق‌های تمیز داروسازی، واسط‌های انسان-ماشین (HMI) باید استانداردهای کیفیت هوا ISO 14644-1 را رعایت کنند و در عین حال بدون وقفه از دسته‌های تولید پیگیری داشته باشند. صفحه‌های لمسی خازنی جدید در واقع حتی زمانی که اپراتورها دستکش استریل پوشیده‌اند کارایی خوبی دارند و دقتی حدود 99.9 درصد ارائه می‌دهند. علاوه بر این، این صفحه‌ها تنها نصف مصرف انرژی مدل‌های قدیمی مقاومتی را دارند. و درست است که صرفه‌جویی در انرژی به معنای کنترل بهتر فرآیندهایی مانند محفظه‌های لیوفیلیزاسیون و نظارت مداوم بر ربات‌های پرکننده ویال است. در اینجا صحبت از جلوگیری از از دست دادن جدی پول است، چیزی شبیه به 2 میلیون دلار در هر ساعت در صورت بروز مشکل در فرآیند تولید بیولوژیکی. قابلیت‌های تطبیقی روشنایی صفحه نمایش را نیز فراموش نکنید، این قابلیت بر اساس میزان روشنایی محیط، روشنایی صفحه را تنظیم می‌کند و به کاهش هدر رفتن انرژی کمک می‌کند، که در فضاهای دارای گواهی GMP که هر جزئی اهمیت دارد، بسیار مهم است.

تعادل بین عملکرد و مصرف انرژی: تاخیر، واکنش‌گرایی و ایمنی

حفظ پردازش در زمان واقعی در حالت‌های کم‌مصرف

نماهای لمسی HMI که در محیط‌های صنعتی استفاده می‌شوند، برق مصرفی خود را بدون کندی چندانی کاهش می‌دهند بخاطر پیشرفت‌های تکنولوژیکی مثل تغییر ولتاژ و فرکانس پویا یا همان DVFS و همچنین الگوریتم‌های پیش‌بینی هوشمند رویدادها. اعداد و ارقام هم چیز جالبی نشان می‌دهند، اینگونه سیستم‌ها وقتی کار خاصی انجام نمی‌دهند تا حدود 35 درصد انرژی کمتری مصرف می‌کنند و با این حال در کمتر از نیم ثانیه پاسخ می‌دهند که برای عملیات‌هایی که زمان‌بندی دقیق در آنها اهمیت دارد مثل ایستگاه‌های جوشکاری رباتیک یا کنترل نوارهای نقاله در کارخانه‌ها بسیار حیاتی است. این کار به خوبی انجام می‌شود بخاطر پردازش مبتنی بر زمینه که اجازه می‌دهد هشدارهای اضطراری و کنترل‌های حیاتی به کار خود ادامه دهند حتی وقتی سیستم وارد حالت صرفه‌جویی در انرژی می‌شود، در حالی که قسمت‌های دیگر رابط کاربری می‌توانند استراحت کنند.

مطالعه موردی: کاهش 40 درصدی مصرف انرژی بدون قربانی کردن زمان پاسخ در مونتاژ خودرو

یکی از تولیدکنندگان بزرگ قطعات خودرو به‌تازگی این نمایشگرهای هوشمند HMI را در سراسر کارخانه‌شان نصب کرده‌اند. این صفحات نمایش می‌توانند نرخ تازه‌سازی خود را از تنها ۱ هرتز تا حداکثر ۶۰ هرتز بر اساس نیاز لحظه‌ای تغییر دهند. وقتی فواصل به‌روزرسانی نمایشگرها را با حرکات کارگران و ریتم دستگاه‌ها همگام کردند، در واقع ۱۱۲ هزار دلار در سال صرفه‌جویی در هزینه برق داشتند. این در حالی است که صفحات لمسی همچنان در عرض ۱۰۰ میلی‌ثانیه یا کمتر پاسخ می‌دادند. عاملی که این سیستم را به‌خوبی کار می‌کند، ترکیب خازن‌های خاصی است که در مواقع ناگهانی مانند فشردن دکمه توقف اضطراری فعال می‌شوند، همراه با مبدل‌های DC به DC کارآمد. بنابراین حتی با وجود اینکه در کل فرآیند انرژی زیادی صرفه‌جویی می‌شود، هیچ چیز به لحاظ سرعت انجام کارهای مورد نیاز در کارگاه فدا نمی‌شود.

تحلیل انتقادی: آیا حالت‌های فشرده صرفه‌جویی در انرژی می‌توانند ایمنی عملیاتی را به خطر بیندازند؟

بر اساس تحقیقات اخیر گروه مشاوره ARC از سال گذشته، حدود 83 درصد از واحدهای صنعتی پس از اجرای این حالت‌های پیشرفته برق HMI، صرفه‌جویی واقعی در انرژی را تجربه کرده‌اند. اما در مکان‌هایی که ایمنی اهمیت بیشتری دارد، محدودیت‌های جدی وجود دارد. صنعت با گذشت زمان، چندین رویکرد کلیدی را توسعه داده است. هنگامی که چیزی در سیستم‌های ایمنی اشتباه پیش برود، باید تجهیزات فوراً به حالت توان کامل بازگردند تا ایمنی فراهم شود. تغییر هر تنظیمی در میزان توان، نیازمند چندین لایه تأیید است تا از تغییرات غیرمجاز جلوگیری شود. بیشتر صفحه‌های کنترل مدرن نیز اطلاعات لحظه‌ای درباره وضعیت فعلی برق را در صفحه اصلی نمایش می‌دهند. برخی از بهترین تولیدکنندگان حتی ویژگی‌های نظارتی خاصی را که با استانداردهای ISO 13849 سازگار هستند، به این سیستم‌ها اضافه کرده‌اند. این سیستم‌ها عملکرد صرفه‌جویی در انرژی را به صورت خودکار متوقف می‌کنند هرگاه زمان پاسخ به حدی کند شود که ایمنی تحت تأثیر قرار گیرد. این تعادل بین کاهش هزینه‌ها و حفظ ایمنی، در بخش‌های تولیدی که روزانه با فرآیندهای خطرناک سروکار دارند، بسیار حیاتی است.

‫سوالات متداول‬

رنسازهای انسان-ماشین امروزی چه قابلیت‌هایی برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی ارائه می‌دهند؟

رنسازهای انسان-ماشین امروزی دارای قابلیت‌هایی مانند مقیاس‌بندی پویای ولتاژ و فرکانس و کنترل روشنایی تطبیقی برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی هستند. این قابلیت‌ها به سیستم اجازه می‌دهند مصرف انرژی را بر اساس نیازهای لحظه‌ای و شرایط محیطی تنظیم کند.

فناوری رنساز انسان-ماشین چگونه بهره‌وری را در محیط‌های صنعتی افزایش می‌دهد؟

فناوری پیشرفته رنساز انسان-ماشین با امکان پایش لحظه‌ای و هشدارها، کاهش زمان توقف و پشتیبانی از نگهداری پیشگیرانه، بهره‌وری را افزایش می‌دهد. این امر منجر به شناسایی به‌موقع خرابی‌های احتمالی و انجام تنظیمات کارآمد در فرآیندهای تولید می‌شود.

چالش‌های حالت‌های فشرده‌سازی شدید مصرف انرژی در رنسازهای انسان-ماشین صنعتی چیست؟

اصلی‌ترین چالش، اطمینان از این است که حالت‌های صرفه‌جویی در انرژی ایمنی عملیاتی را تحت‌الشعاع نگذارند. سیستم‌ها باید بتوانند در صورت بروز خطر برای ایمنی، بلافاصله به حالت کامل توان روی کنند و هرگونه تغییر در تنظیمات توان باید مورد تأیید دقیق قرار گیرد.