Visualizzazione e connettività edge con gli HMI Pro-face™ di Schneider Electric

I terminali operatore industriali devono fornire in modo affidabile la visualizzazione e il controllo di infrastrutture automatizzate e apparecchiature robotiche, resistendo al contempo a condizioni difficili. Gli ingegneri preferiscono HMI predisposti per l'IIoT che offrano display in varie dimensioni, supportino un funzionamento ad alta efficienza energetica e siano progettati per l'uso prolungato.

Questo articolo spiega come la gamma di interfacce HMI Pro-face di Schneider Electric supporti i requisiti di automazione delle applicazioni di imballaggio, movimentazione dei materiali, assemblaggio e processo. I modelli ST6000 (come PFXST6500WADE) offrono display TFT ad alta risoluzione, basso consumo energetico, retroilluminazione a LED e frontali con grado di protezione IP65F. I terminali basati sul Web STW6000 (come PFXSTW6200WAD) eliminano la dipendenza dal PC, consentendo la visualizzazione remota tramite browser Web standard. Per le applicazioni che richiedono una logica su scheda, le unità STC6000 (come PFXSTC6300TADDKE) combinano le funzionalità HMI e di controllo in un unico ingombro hardware.

In tutta la gamma di prodotti, gli HMI Pro-face supportano la visualizzazione HTML5, molteplici interfacce Ethernet e seriali e i protocolli industriali più comuni, tra cui OPC UA, MQTT e Modbus. Un'ampia gamma di dimensioni degli schermi, formati di montaggio e accessori ne consente una facile integrazione nelle apparecchiature OEM, negli aggiornamenti e nei pannelli riqualificati. La struttura con grado di protezione IP, gli ampi intervalli di temperatura e il rivestimento tropicalizzato opzionale supportano gli ambienti di produzione e trasformazione alimentare, la movimentazione dei materiali e il controllo dei processi, mantenendo un'interfaccia operatore coerente tra i vari modelli.

Requisiti HMI nell'automazione industriale

Le apparecchiature industriali automatizzate si affidano ai terminali operatore per colmare il divario tra l'hardware di produzione e i sistemi supervisori. Le interfacce HMI devono fornire una visualizzazione affidabile, tempi di risposta prevedibili e comunicazione deterministica con PLC, azionamenti e I/O distribuiti. Le aspettative sono sempre le stesse: aggiornamenti rapidi delle schermate, interfacce intuitive, costruzione robusta e cicli di vita prolungati dei prodotti che semplificano i programmi di manutenzione.

La connettività di rete sta definendo sempre più la scelta dell'HMI via via che le fabbriche adottano architetture IIoT e implementano l'ottimizzazione guidata dai dati. Le macchine che prima funzionavano come risorse isolate ora interagiscono con i sistemi IT e OT per la diagnostica, l'accesso remoto e l'analisi. Ciò richiede la visualizzazione HTML5 per l'accesso basato su browser e protocolli industriali, come OPC UA, MQTT e Modbus, per lo scambio di dati con storici, sistemi SCADA e piattaforme cloud. Con l'evoluzione dei sistemi, la retrocompatibilità e la continuità del firmware riducono la necessità di riconvalida e di integrazione.

Considerazioni ambientali e hardware

Anche la durabilità ambientale è un requisito fondamentale per gli HMI. Le linee di trasformazione alimentare, i sistemi di imballaggio e confezionamento e i chioschi all'aperto espongono abitualmente i terminali a prodotti chimici di lavaggio, ad ampi intervalli di temperatura, a polvere e vibrazioni. La tenuta di grado IP, la retroilluminazione a LED, gli ampi intervalli della temperatura di funzionamento e la tropicalizzazione opzionale evitano tempi di inattività non programmati.

Lo spazio del pannello, la potenza disponibile e i costi della distinta base determinano ulteriormente la scelta dell'HMI ideale. I terminali devono fornire risorse di elaborazione e porte di comunicazione adeguate senza hardware superfluo. Molti OEM si standardizzano su famiglie di prodotti modulari con un ambiente di sviluppo comune per dimensioni e livelli di prestazioni dei display, semplificando l'implementazione e il supporto a lungo termine. Il portafoglio Pro-face di Schneider Electric risponde a questi requisiti proponendo tre famiglie principali di HMI, ciascuna ottimizzata per specifici scenari di implementazione.

Terminali incentrati sulla visualizzazione (serie ST6000)

La serie Pro-face ST6000 di Schneider Electric offre un'architettura HMI per montaggio a pannello per macchine che richiedono una visualizzazione locale senza logica di controllo integrata. I display TFT ad alta risoluzione e la retroilluminazione a LED assicurano la visibilità in condizioni di luce ambiente variabile e durante il lavaggio, riducendo al contempo il carico termico e il consumo energetico negli involucri sigillati. I pannelli frontali con grado di protezione IP65F resistono alla polvere, agli spruzzi d'acqua e ai prodotti chimici per la pulizia, facilitando l'impiego in apparecchiature di trasformazione alimentare e per la movimentazione dei materiali.

Figura 1. L'HMI Pro-face ST6000 Basic di Schneider Electric offre una visualizzazione locale con un display TFT ad alta luminosità, impermeabilizzazione frontale IP65 e retroilluminazione a LED a basso consumo, garantendo un funzionamento efficiente in involucri sigillati. (Immagine per gentile concessione di Schneider Electric)

La piattaforma ST6000 si estende su schermi di varie dimensioni e diversi rapporti d'aspetto, consentendo layout di interfaccia coerenti tra macchine OEM compatte e stazioni operatore a dimensione intera. Le opzioni di montaggio standard consentono la sostituzione "drop-in" per gli aggiornamenti o i progetti di riqualificazione, mentre gli strumenti software comuni riducono la rilavorazione quando vengono spedite le varianti in regioni o a clienti diversi. Poiché l'interfaccia rimane coerente tra i vari modelli, gli operatori e i tecnici non devono reimparare la navigazione o la gestione degli allarmi durante gli aggiornamenti delle apparecchiature.

La connettività supporta dispositivi moderni e legacy attraverso porte Ethernet multiple, interfacce RS-232/485 e schede SD per la registrazione, il trasferimento dei dati e l'integrazione diretta con PLC e azionamenti. La visualizzazione HTML5 consente l'accesso via browser per la diagnostica o l'assistenza da remoto, eliminando la necessità di un software client dedicato.

L'ingombro compatto dell'hardware contribuisce a ridurre la profondità del pannello e l'ambiente software Pro-face BLUE di Schneider consente di riutilizzare gli oggetti dello schermo, i banner di allarme e i grafici di tendenza, riducendo così i tempi di messa in funzione. Per i costruttori di macchine che necessitano di terminali durevoli e a basso consumo con visualizzazione locale e disponibilità a lungo termine, la serie ST6000 offre una piattaforma standardizzata senza hardware di controllo superfluo.

Visualizzazione basata su browser (serie STW6000)

La serie Pro-face STW6000 di Schneider Electric offre un'architettura HMI basata sul web per le apparecchiature che richiedono accesso remoto e manutenzione semplificata. I terminali visualizzano le schermate HTML5 in un browser standard, consentendo a operatori e tecnici di accedere alla stessa interfaccia da tablet o laptop senza bisogno di un software client. In questo modo si riduce il tempo dedicato alla diagnosi dei guasti o all'assistenza delle risorse distribuite sul campo.

Figura 2. L'HMI Web Pro-face STW6000 di Schneider Electric offre una visualizzazione via browser basata su HTML5 e aggiornamenti centralizzati, consentendo architetture IIoT e diagnostica remota su risorse distribuite. (Immagine per gentile concessione di Schneider Electric)

L'hardware STW6000 ha le stesse caratteristiche industriali della piattaforma ST6000, compresi i pannelli frontali con grado di protezione IP, la retroilluminazione a LED e l'ampio intervallo della temperatura di funzionamento. Questa coerenza consente agli OEM di standardizzare la visualizzazione su apparecchiature che vanno da zone di lavaggio sanitario, involucri ad alta umidità e macchinari generici per l'imballaggio o la movimentazione dei materiali. Il design consente il montaggio a incasso in involucri poco profondi, contribuendo a ridurre la profondità del pannello nelle macchine con vincoli di spazio.

Poiché la visualizzazione utilizza tecnologie web standard, gli aggiornamenti delle schermate e della diagnostica sono distribuiti a livello centrale. I team di sviluppo implementano le modifiche all'interfaccia senza visitare ogni macchina, riducendo i tempi di messa in funzione per le installazioni su più linee e migliorando l'efficienza degli interventi di riqualificazione. Gli operatori e il personale addetto alla manutenzione, con le opportune autorizzazioni di accesso, possono risolvere i problemi in modo più efficiente accedendo agli allarmi, allo stato degli I/O e ai dati di configurazione da qualsiasi dispositivo collegato in rete.

La comunicazione STW6000 supporta le moderne architetture IIoT. I terminali eseguono OPC UA, MQTT e Modbus per lo scambio diretto di dati con PLC, server SCADA e analitica cloud. Le porte Ethernet consentono di segmentare o isolare le reti di controllo e di servizio, mentre le interfacce seriali si collegano alle apparecchiature tradizionali.

Per i sistemi a nastro trasportatore, le unità pick-and-place, i piccoli moduli di imballaggio o le macchine OEM remote, la serie STW6000 offre una visualizzazione senza l'onere di un PC. L'accesso basato su browser riduce gli strumenti di supporto, standardizza l'interfaccia tra i dispositivi e consente una manutenzione centralizzata per le risorse distribuite sul campo.

Logica e controllo integrati (serie STC6000)

Alcune apparecchiature automatizzate richiedono la visualizzazione e il controllo locale senza il costo o l'ingombro di un PLC e di un HMI separati. La serie Pro-face STC6000 di Schneider Electric integra le funzionalità HMI e la logica su scheda in un'unica piattaforma, riducendo il numero di componenti e semplificando il layout dei pannelli. Questo approccio è particolarmente efficace per le macchine compatte, i trasportatori isolati e le celle di automazione autonome, dove lo spazio e la complessità del cablaggio sono limitati.

Figura 3. Pro-face STC6000 di Schneider Electric integra logica e visualizzazione in un unico terminale compatto, riducendo al minimo il cablaggio e l'hardware di controllo per i sistemi di automazione modulari o autonomi. (Immagine per gentile concessione di Schneider Electric)

Le unità STC6000 sono dotate degli stessi display TFT ad alta risoluzione, retroilluminazione a LED e pannelli frontali di grado IP della piattaforma ST6000. Un ambiente di sviluppo familiare consente ai tecnici di configurare schermate, allarmi, grafici di tendenza e registrazione dei dati, programmando al contempo il comportamento del controllo nella stessa toolchain. Anziché cablare un controller discreto, gli I/O si collegano direttamente a moduli locali o in rete, riducendo al minimo i tempi di assemblaggio e il numero di dispositivi di campo passibili di manutenzione.

La logica integrata offre prestazioni deterministiche per il sequenziamento di base, gli interblocchi e le funzioni di sicurezza della macchina che non richiedono un PLC completo. In combinazione con le interfacce Ethernet e seriali, il terminale si coordina con azionamenti, sensori e controller a monte, mantenendo l'autorità locale sui comandi di avvio/arresto, sui setpoint e sulla gestione degli allarmi. Per gli OEM che forniscono apparecchiature modulari, questa architettura consente di realizzare progetti standardizzati che funzionano come stazioni indipendenti o si collegano a reti di automazione più ampie.

I protocolli di rete seguono la più ampia linea di prodotti Pro-face. I terminali STC6000 supportano OPC UA, MQTT e Modbus per lo scambio di dati con sistemi SCADA, MES e analitica cloud, consentendo di acquisire la diagnostica delle macchine e i parametri di produzione senza bisogno di gateway esterni. L'accesso basato su browser consente l'assistenza remota e la visualizzazione di supervisione, fornendo un'interfaccia coerente su display di diverse dimensioni.

Nelle applicazioni in cui un'architettura HMI + PLC tradizionale comporta costi aggiuntivi, cablaggio o profondità dell'involucro, la serie STC6000 è una soluzione combinata con un unico ingombro di montaggio. Ciò riduce la complessità della distinta base, accelera la messa in funzione e fornisce un chiaro percorso di migrazione quando gli OEM scalano le funzionalità delle apparecchiature sul campo.

Selezione dell'HMI ottimale

I requisiti di visualizzazione, le condizioni ambientali, l'architettura di rete e lo spazio disponibile sul pannello determinano la scelta dell'HMI. Per le apparecchiature che richiedono solo l'interazione locale dell'operatore, la serie Pro-face ST6000 è un'efficiente opzione per il montaggio a pannello. Le macchine installate in ambienti con profondità limitata o in aree ad alta temperatura beneficiano di una retroilluminazione a LED a basso consumo, che riduce il carico termico.

Per le risorse distribuite o sottoposte a manutenzione remota, Pro-face STW6000 offre l'accesso basato su browser attraverso dispositivi standard, semplificando la diagnostica e gli aggiornamenti. Quando sono richiesti sia la visualizzazione sia il controllo localizzato, Pro-face STC6000 integra le funzionalità logiche e HMI in un'unica piattaforma, riducendo il cablaggio e le dimensioni dell'involucro, pur mantenendo la gestione deterministica delle sequenze e degli allarmi.

Anche i fattori ambientali e legati al ciclo di vita determinano la scelta. I frontali con grado di protezione IP65F, l'ampia tolleranza alla temperatura e il rivestimento tropicalizzato opzionale consentono il funzionamento in ambienti difficili e polverosi. La disponibilità estesa dei prodotti della linea Pro-face consente agli OEM di mantenere interfacce coerenti tra le generazioni successive di macchine, riducendo così al minimo gli sforzi di riconvalida e riqualificazione.

La Tabella 1 riassume i principali ambienti applicativi e identifica la serie HMI ideale per ogni caso d'uso.

Applicazione di destinazione Serie consigliata Vantaggi principali Pannelli operatore locali, macchine per uso generale ST6000 Fattore di forma compatto, basso consumo, visualizzazione uniforme su varie dimensioni del display Sistemi distribuiti o remoti che richiedono diagnostica a distanza STW6000 Accesso HTML5 basato su browser, aggiornamenti centralizzati, protocolli predisposti IIoT Apparecchiature compatte o autonome che necessitano di visualizzazione e controllo STC6000 Logica e visualizzazione integrate, cablaggio ridotto, ingombro di montaggio singolo Ambienti di trasformazione alimentare e di processo ST6000/STC6000 Sigillatura di grado IP, retroilluminazione a LED, ampio intervallo della temperatura di funzionamento Piattaforme OEM multilinea o modulari Tutte le serie Strumenti di sviluppo e librerie di schermate condivise, continuità a livello di piattaforma

Tabella 1: Serie Pro-face consigliate per alcune applicazioni target.

Conclusione

I terminali Pro-face di Schneider Electric forniscono una piattaforma HMI scalabile per OEM e costruttori di macchine che richiedono una visualizzazione affidabile, una connettività moderna e una disponibilità estesa dei prodotti. La serie ST6000 offre interfacce operatore tradizionali montate a pannello, la STW6000 consente l'accesso basato su browser senza dipendere dal PC e la STC6000 combina visualizzazione e logica in un unico dispositivo per apparecchiature compatte. Grazie alla visualizzazione in HTML5, ai protocolli industriali e alla costruzione di grado IP, la gamma supporta applicazioni di imballaggio, movimentazione di materiali, trasformazione alimentare e di processo, mantenendo interfacce utente coerenti tra i vari modelli.