HMI szerelési lehetőségek a tisztatérben

Ábra 1: Falba épített, síkban elhelyezett szerelés elülső panel nélkül. / Figure 1: Flush in-wall assembly without front panel.

Ábra 2: Fali szerelés U-cső tartókar segítségével. Több forgatható csatlakozó lehetővé teszi az HMI és a tartókar 350°-os forgását. A kábelek belsőleg, tisztatéri megfelelőség szerint vannak vezetve.

Ábra 3: Mobil HMI erőteljes akkumulátorral az alapban.

Ábra 4: Mobil HMI kettős kijelzővel, amely lehetővé teszi több alkalmazás egyidejű megjelenítését. / Figure 4: Mobile HMI with dual-screen display for viewing several applications at once.

Ábra 5: Az induktív töltés lehetővé teszi egy kábel nélküli tisztatér kialakítását. A készülék töltés közben is működtethető.

Ábra 6: Egy tablet különösen alkalmas karbantartási és üzembe helyezési feladatokra, valamint standard műveleti eljárások (SOP) készítésére a tisztaterekben. / Figure 6: A tablet is particularly suitable for use in maintenance and commissioning, and for producing standard operation procedures (SOP) in cleanrooms.

Ábra 7: A munkafolyamat optimalizálásának és a járószám csökkentésének bemutatása egy mobil HMI használatával. / Figure 7: Illustration of workflow optimization and reduction of walking distances covered through use of a mobile HMI.

Ábra 8: A épületautomatizálási rendszerek felhasználói felületén általában egy kis kijelzővel és korlátozott számítási kapacitással rendelkező HMI található. / Figure 8: An HMI with a usually small display and limited computing power is used for the user interface of building automation systems.

Fali szerelés

Bevezető

A modern gyógyszerészeti és biotechnológiai ipar folyamatkörnyezetében már nem képzelhető el ember-gép kezelőállomások (Human-Machine-Interface vagy HMI) nélküli folyamatirányítás és vizualizáció. A papírmentes gyártásra és a kezelők biometrikus azonosítására vonatkozó további követelmények tovább növelik az HMI-kkel szembeni elvárásokat a gyártási környezetben.

Ezért elengedhetetlen, hogy az HMI-t a gyártási koncepcióba és a folyamat-alapú üzemi folyamatok tervezésébe már a kezdetektől fogva integráljuk. Ennek része a rendszerek pozíciójának és szerelésének megtervezése is, hogy azokat a kezelő ergonomikusan elérhesse és kezelhesse.

A meglévő koncepciókba való integrációhoz a szerelési megoldások rugalmassága kiemelten fontos, mivel a hely szűkös, különösen higiénikus szempontból igényes területeken.

Szerelési változatok

Ha különböző gyártási területeken a helyi adottságokat vizsgáljuk a biotechnológiai és gyógyszeriparban, gyorsan felismerhető, hogy szinte minden HMI a falra vagy a mennyezetre szerelve található. Ez megkönnyíti az adatkapcsolási és feszültségellátási kábelezés higiénikus szempontból megfelelő vezetékes elvezetését, és kiküszöböli a kábelcsatlakozók szükségességét a szerelőcsövekben. A padlóra szerelést ritkábban választják, mivel a kábelek külső kábelcsatlakozók segítségével történő vezetése alig elfogadott. Ebben az esetben nemcsak a kábelcsatlakozókat, hanem a lefektetett kábeleket vagy a használt kábelcsatornát is tisztítani kell.

De olyan megoldások is léteznek, ahol sem a mennyezet, sem a fal nem biztosít lehetőséget a HMI teherbírásának befogadására, ekkor a terheléskritikus részt padlóra szerelik, a kábelvezetés azonban a mennyezeten vagy a falon keresztül történik. Bár ez kevésbé elegánsnak tűnhet, ez a megoldás pragmatikus és teljesen tisztatéri környezetbe illeszthető.

Falra szerelés

Amennyiben a körülmények lehetővé teszik, a falra szerelés a legegyszerűbb megoldás, de a HMI saját súlya miatt mechanikus megerősítést igényel a tisztatéri falon. Ez elengedhetetlen az erőhatások elnyelése és a biztonságos, tartós telepítés biztosítása érdekében.

A falra szerelés alapvetően két változatot különböztetünk meg: az In-Wall (falban) és az On-Wall (a falon) szerelést.

In-Wall szerelés

Ez a klasszikus szerelési mód (lásd 1. ábra), az idősebb generációk HMI-inek mély kialakítása miatt alakult ki. Ebben egy kivágást készítenek a tisztatéri falban, és egy a készülék által meghatározott furatmintát erősítéssel rögzítenek. A készüléket általában egy elülső táblával, felhegesztett állványcsavarokkal süllyesztik be, és hátul rögzítik csavarokkal. Ennek a megoldásnak az előnye, hogy könnyen szerelhető, és a készülék laposan beépíthető a falba, miközben a szerelőkeret egy esetleges szennyeződést okozó él kialakulását eredményezi. Egyszerű érintőképernyős eszközök esetén ez továbbra is elterjedt szerelési mód, azonban több hátránnyal jár. A következő pontokat érdemes figyelembe venni:

A furatmintának a falban készülékspecifikusnak és modellspecifikusnak kell lennie. A gyártó változtatása a készüléken jelentős beavatkozást igényelhet a tisztatérben, hogy a szerelési kivágást módosítani lehessen, és az illesztést az új készülékméret szerint alakítani.

A frontlemezes szerelés és a szerelőcsavarok lehetővé tétele érdekében hozzáférés szükséges a tisztatéri fal hátoldalához, hogy javítás esetén a készüléket cserélni tudják.

Ez fordítva azt is jelenti, hogy javításkor a tisztatér nyitása szükséges, majd a helyreállításhoz és fertőtlenítéshez további lépések szükségesek. Ez az eljárás adminisztratív szempontból időigényes, és jelentős hatással van a tér használatára. 

Vannak megoldások, amelyek minimalizálják ezt a munkát, például a falba beépített hermetikusan záródó szerelőmedence alkalmazásával, azonban ez csak a készülék cseréjének megkönnyítését szolgálja, nem oldja meg a fal kivágási méreteinek problémáját a készülékspecifikus illeszkedés miatt.

Összességében ez a megoldás helytakarékos, ugyanakkor magas szerelési igénnyel jár, és a készülék meghibásodása esetén idő- és költségigényes a rendszerüzemeltető számára.

On-Wall szerelés

Az egyik legelterjedtebb, rugalmasabb megoldás a HMI falra szerelése (lásd 2. ábra). Ez a megoldás az elmúlt években egyre inkább felváltotta az In-Wall szerelést, mivel a technológiai fejlődés lehetővé teszi, hogy a készülékek könnyebbek, kisebbek és laposabbak legyenek. Ez megkönnyíti a tisztítást és csökkenti a helyigényt.

Ehhez a szereléshez is szükséges a fal szerkezeti megerősítése az erőhatások elnyelése érdekében. Az In-Wall szereléssel ellentétben azonban a készülék pozíciója rugalmasabb, mivel nemcsak merev helymeghatározás történik, hanem különféle szerelőrendszerek segítségével a készülékek mozgathatók. Egy vagy több forgócsatlakozás lehetővé teszi a készülék forgatását saját tengelye körül, továbbá a falhoz csatlakozó forgókapcsolók segítségével a készülék elforgatható a térbe vagy vissza a falhoz. Emellett a HMI-k dupleks konfigurációban (kétképernyős) is elhelyezhetők és mozgathatók, így a kezelő a megjelenített tartalmakat a legnagyobb rugalmassággal tekintheti meg.

Fontos megjegyezni, hogy ezeknél a rugalmas megoldásoknál a kábelvezetés belső, és külső kábelek nem láthatók. A külső kábelek tisztítása nehéz, és szennyeződésveszélyt jelent. A csatlakozóknál feltétlenül ügyelni kell arra, hogy forgózárasak legyenek, amelyek a forgást maximum 350°-ban korlátozzák, hogy elkerüljék a belső kábelek elcsavarodását és károsodását a vezetékekben.

A legtöbb esetben a szerelőrendszerek szabványosítottak, így az eszközök cseréje könnyebbé válik a rendszerhez való illesztés révén. Emellett a szereléshez használt kábelek hermetikusan zárhatók a tisztatérbe a kábelcsatlakozók segítségével, így az eszköz cseréje esetén nem kell a tisztatér nyitása, és a tisztítás sem feltétlenül szükséges a csere után.

Mobil HMI

A falra és a falra szerelhető megoldások a klasszikusak, és kiváló ár-érték arányt kínálnak a folyamatosan használt tisztatéri környezetben. Sok esetben azonban a tisztaterek csak néhány napig vannak ténylegesen használatban egy héten, mivel a következő gyártási lépést előkészítik és a helyiséget fertőtlenítik. Ezekben az alkalmazásokban a HMI-t nem használják aktívan. Ezekhez a felhasználási módokhoz érdemes megfontolni a mobil HMI-ket (lásd 3. ábra).

Az akkumulátoros PC ellátása és ezáltal egy mobil megoldás létrehozása, amely szükség szerint használható, nem új, azonban több szempontot figyelembe kell venni.

A sikeres mobil megoldás alkalmazásának egyik legfontosabb feltétele a hálózati kapcsolat. Ideális esetben a Wi-Fi lefedettség teljes körű a gyártási környezetben, így az adatintegritás mindig biztosított. Olyan területeken, ahol ez nem lehetséges vagy nem kívánatos, fizikai LAN-kapcsolatokat kell kiépíteni tisztatéri LAN-nyílások segítségével. 

Mivel a mobil megoldások mechanikailag összetettebbek, fontos az eszközök egyszerű és gyors tisztítása. Ha a készülékeket gyártásról gyártásra kell mozgatni, elengedhetetlen a kereszt-szennyezés megakadályozása. A mobil megoldásokat úgy kell tervezni, hogy azok megfeleljenek a tisztatéri követelményeknek, és legalább IP65 védettséget nyújtsanak a tisztíthatóság biztosítása érdekében.

Az alkalmazás során a készülékeknek nem szabad a térből kivenniük az akkumulátor töltése érdekében, ezért hosszú akkumulátoros üzemidő elengedhetetlen. Figyelembe kell venni, hogy a műszak hossza német nyelvterületen 8 óra, más nyelvterületen akár 12 óra is lehet. Az akkumulátor teljesítménye az élettartam során csökken, így nem szabad a maximális kapacitásra számítani. Ahhoz, hogy egy vagy több műszakot biztosítson, a 75%-os kapacitás az alap, amely több év használat után is reális marad. Ideális esetben robusztus akkumulátortechnológiákat (pl. AGM - Absorbent Glass Mat ólom-szivacs) alkalmaznak, amelyek magas teljesítményt és megbízhatóságot nyújtanak.

Mobil megoldások esetén mindig figyelembe kell venni a kezelő biztonságát is. Tipikus szituációk a készülék talpánál történő kiesés, akadályra való ráfutás vagy a kezelő által tartott készülék megragadása. Minden esetben biztosítani kell, hogy a készülék ne billenjen vagy essen fel, és a mobil alapnak legalább négy görgővel kell rendelkeznie a stabilitás érdekében. A készülékek magas súlypontja problémát jelenthet rámpákon vagy akadályokra való ráfutáskor.

Magasságállítható HMI különleges megoldás

Sok esetben a magasságállítható HMI szerelési megoldást az ergonomikus szempontokkal azonosítják. Régebbi HMI kijelzők esetén ez hasznos lehet, mivel a látószög csak közvetlenül elöl biztosít optimális látást. Az újabb kijelzőtechnológiák, mint az In-Plane Switching (IPS), 178°-os látószöget tesznek lehetővé, és az optikai kötés (Optical Bonding), amelyet okostelefonok és tabletek esetében is alkalmaznak, jelentősen növeli a kijelző fényességét, fényáteresztő képességét és kontrasztját. Ezek a technológiák lehetővé teszik a magasságállítás elhagyását, ugyanakkor a tisztatéri alkalmazhatóság is javul, mivel a mechanikusan magasságállítható megoldásnál mozgó alkatrészek vannak, amelyek tisztításkor problémát jelenthetnek. A tisztíthatóság szempontjából ez a megoldás mindig kritikus, mivel általában nem zárt IP65 védettségű rendszer.

Szerelési megoldás épületirányítási rendszerekhez

Az épületautomatizálás nemcsak a decentralizált klímavezérlést jelenti, hanem egy átfogó koncepciót az energiahatékony felhasználás, a hozzáférés-ellenőrzés és a környezeti feltételek szabályozására. A gyógyszer- és biotechnológiai iparban a papírmentes dokumentáció és a Pharma 4.0 hálózatba kapcsolódási követelmények további elvárásokat támasztanak az épületirányítás felé. Az interfész általában egy kis kijelzővel és alacsony számítási kapacitással rendelkező HMI, amely hálózaton keresztül kapcsolódik egy központi szerverhez, és onnan kérdezi le az adatokat, illetve továbbítja a kezelő beavatkozásait. Ezekhez a feladatokhoz elegendő egy tisztatéri védőöltözetben kezelhető kijelző, hálózati kapcsolattal és ideális esetben PoE (Power over Ethernet) táplálással. Ez minimalizálja a szerelési és kábelezési munkát. A szerver által biztosított számítási kapacitás miatt nem szükséges erőgépes hardver, és ajánlott a Thin Client használata. Ezek a kijelzők a falhoz rögzíthetők úgy, hogy azok IP65 védettséget nyújtsanak, és könnyen eltávolíthatók legyenek a kezelőtől meghibásodás esetén.

Záró gondolat

A HMI-kkel szemben támasztott elvárások a gyártási környezetben sokrétűek és magasak. Ezért a megoldásoknak rugalmasan kell alkalmazkodniuk, és alkalmasnak kell lenniük a GMP (Good Manufacturing Practice) követelmények szerinti kvalifikációra. A kezelők igényei ugyanolyan fontosak, mint a gyártási környezethez való megfelelés és az eszközök könnyű tisztítása. Egy HMI jelentős beruházást jelent, de a megfelelő tervezéssel és a gyártó bevonásával biztosítható, hogy a beruházás megtérülése (ROI) optimális legyen.