인간-기계 인터페이스(HMI)의 진화: 산업 타임라인 및 주요 변경 사항

기계가 멈추고 운전자는 빨간색 오류 표시등을 보게 됩니다. 기본 제어판에서 다음 단계는 장비를 검사하고 도면이나 추가 표시기를 통해 문제를 추적하는 것일 수 있습니다. 적절하게 구성된 산업용 HMI에서 운영자는 대신 명명된 알람, 영향을 받은 기계 섹션 및 관련 이벤트 기록을 볼 수 있습니다.

이러한 차이는 인간-기계 인터페이스의 진화를 보여줍니다. 산업용 HMI 개발은 단순히 버튼을 터치스크린으로 대체하는 이야기가 아닙니다. 또한 보다 명확한 기계 정보, 작업 구성 및 제어 시스템 연결과 관련됩니다.

이 가이드에서는 산업용 HMI 진화의 5단계, 해당 단계가 작업자에게 미치는 영향, 오래된 장비를 유지 관리하는 공장에서 차이점이 무엇을 의미하는지 설명합니다.

산업용 HMI란 무엇이며 왜 발전해야 했나요?

산업 자동화에서 HMI의 역할

인간-기계 인터페이스(HMI)는 사람이 기계 정보를 보고 허용된 명령을 입력하는 산업 제어 시스템의 일부입니다. HMI는 모터 상태, 온도, 생산 횟수, 경보, 추세 또는 작동 모드를 표시할 수 있습니다. 프로그래밍 가능 논리 컨트롤러(PLC)는 일반적으로 기계의 제어 논리를 실행하고 관련 데이터를 인터페이스와 교환합니다.

예를 들어, 운영자는 HMI를 사용하여 컨베이어 시작을 요청할 수 있고 PLC는 장비를 활성화하기 전에 필요한 인터록을 확인할 수 있습니다. 대규모 시설에서는 SCADA(감시 제어 및 데이터 수집) 소프트웨어를 사용하여 여러 프로세스를 감독할 수도 있습니다. 이러한 역할에 대한 자세한 설명은 다음을 참조하세요.PLC 대 HMI 대 SCADA 가이드.

기본 제어 이상으로 운영자에게 필요한 것

물리적 푸시 버튼, 선택기 스위치, 램프 및 게이지는 산업용 캐비닛에서 여전히 유용합니다. 이는 정의된 작업에 대한 직접적인 제어와 명확한 표시를 제공합니다. 기계에 수많은 작동 상태, 조정 가능한 매개변수 및 가능한 오류가 있을 때 이들의 한계는 더욱 분명해집니다.

램프는 원인이나 순서를 설명하지 않고 모터 트립을 나타낼 수 있습니다. 산업 기계가 더욱 복잡해짐에 따라 작업자에게는 판독 가능한 메시지, 조정 가능한 설정, 실행 중인 장비에 대해 정리된 정보가 필요했습니다. 이러한 요구는 전자 운영자 터미널로의 전환을 촉진하는 데 도움이 되었습니다.

산업용 HMI 진화의 실제 타임라인

아래 단계에서는 만능 달력보다는 광범위한 기술 발전을 설명합니다. 기술이 중복되었고, 많은 공장에서는 여전히 동일한 생산 라인에서 이전 형태와 새로운 형태의 상호 작용을 사용하고 있습니다.

1단계: 기계 및 배선 제어 패널

초기 산업 운영 스테이션은 물리적 장치에 의존했습니다. 푸시 버튼으로 장비를 시작 및 정지하고, 로터리 스위치를 통해 모드를 선택했으며, 아날로그 게이지에 압력이나 전류와 같은 값이 표시되었습니다. 표시 램프는 조명 상태를 통해 기본 상태를 전달합니다.

이 접근 방식은 제한된 수의 기능에 대해 간단했지만 각 추가 표시 또는 제어에는 더 많은 물리적 공간, 배선, 라벨링 및 유지 관리가 필요할 수 있습니다. 작업자는 하나의 프로세스 조건을 이해하기 위해 여러 램프와 미터를 해석해야 할 수도 있습니다.

이러한 장치를 오늘날의 프로그래밍 가능한 전자 HMI 패널과 혼동해서는 안 됩니다. 이는 기계와 인간의 상호 작용의 초기 형태였으며 특히 촉각 제어 또는 전용 안전 장치가 필요한 경우 여전히 중요한 목적으로 사용됩니다.

2단계: 전자 디스플레이 및 초기 운영자 터미널

전자 운영자 인터페이스 터미널은 정보를 제공하는 보다 유연한 방법을 도입했습니다. 텍스트 디스플레이, 흑백 화면 및 기능 키는 모든 메시지에 대해 별도의 램프가 필요 없이 메시지, 메뉴, 숫자 값 및 간단한 경보를 표시할 수 있습니다.

모터 과부하를 식별하는 문자 메시지는 운영자에게 일반 오류 램프보다 더 많은 정보를 제공합니다.

초기 터미널에는 디스플레이 영역, 그래픽, 메모리 및 지원되는 통신 옵션에 제한이 있었습니다. 많은 사람들이 이미 컨트롤러와 데이터를 교환할 수 있었기 때문에 PLC 연결은 최신 터치스크린이 발명한 기능이 아니었습니다. 다음 주요 변화는 주로 텍스트가 아닌 시각적으로 정보를 구성하는 기능이었습니다.

3단계: 그래픽 인터페이스 및 산업용 터치스크린

그래픽 사용자 인터페이스를 통해 운영자는 관련 화면 내에서 프로세스 레이아웃, 장비 기호, 값 및 경보 정보를 볼 수 있습니다. 포장 운영자는 문자 페이지만 탐색하는 대신 단순화된 선 다이어그램을 볼 수 있습니다.

터치스크린은 작업 표시 방식도 변경했습니다. 화면 버튼은 다양한 작동 페이지를 열거나 선택한 기계에 대한 설정을 표시하거나 레시피 변경에 대한 승인된 액세스를 제공할 수 있습니다. 모든 일상적인 기능에 대한 물리적 제어를 구축하는 대신 디자이너는 소프트웨어 화면 내에서 많은 상호 작용을 배열할 수 있습니다.

그러나 터치스크린이 자동으로 인터페이스 작동을 더 쉽게 만들어 주는 것은 아닙니다. 혼잡한 그래픽, 불분명한 알람 또는 잘못 배치된 컨트롤은 혼란을 야기할 수 있습니다. 일반 HMI 터치 버튼도 안전 등급 비상 정지 또는 기타 필수 보호 제어를 대체하는 것으로 취급되어서는 안 됩니다.

4단계: 네트워크로 연결된 HMI 및 고급 모니터링

산업용 네트워크와 HMI 소프트웨어가 개발되면서 운영자 패널은 더욱 통합된 자동화 시스템에 참여할 수 있게 되었습니다. 산업용 이더넷은 통신 옵션을 확장했으며 프로세서 및 소프트웨어의 개선으로 더욱 풍부한 디스플레이, 이벤트 기록, 추세 및 데이터 처리를 지원했습니다.

기술자는 관련 프로세스 추세와 함께 경보 기록을 검토할 수 있습니다. 일부 인터페이스는 레시피, 다중 컨트롤러 또는 추가 진단 보기도 지원했습니다.

이러한 기능이 모두 이더넷에 의존하는 것은 아니며 플랫폼에 따라 가용성이 다릅니다. 더 큰 통합에는 올바른 드라이버 구성, 버전 관리, 연결 문서화, 디스플레이에 유효한 컨트롤러 데이터가 반영되는지 확인하는 등 실질적인 책임도 따릅니다.

5단계: 연결형, 웹 지원 및 엣지 지원 HMI

현재 일부 HMI 플랫폼은 전용 로컬 화면 이상의 기능을 제공합니다. 하드웨어 및 소프트웨어에 따라 브라우저 기반 시각화, 승인된 원격 보기 또는 감독 및 엣지 시스템과의 데이터 교환을 제공할 수 있습니다. 이러한 옵션은 팀이 다양한 위치와 애플리케이션에서 운영 정보에 액세스하는 데 도움이 될 수 있습니다.

연결성은 또한 위험 프로필을 변경합니다. 원격 액세스는 인증, 사용자 권한, 네트워크 분리 및 공장의 운영 기술 보안 정책을 중심으로 설계되어야 합니다. 이더넷 포트가 있는 패널은 자동으로 보안 원격 HMI가 아니며 반드시 모든 산업용 프로토콜을 지원하는 것도 아닙니다.

HMI를 더욱 유용하게 만든 5가지 엔지니어링 변경 사항

역사적 타임라인은 나타난 내용을 설명합니다. 공장 직원에게 더 중요한 질문은 교대 근무, 결함 또는 유지 관리 작업 중에 무엇이 가능해졌는가입니다.

기본 상태 표시등부터 실행 가능한 진단까지

결함 램프는 누군가에게 조사를 지시합니다. 알람 화면에서는 장치, 이벤트 시간 및 관련 값을 식별할 수 있습니다. 시스템이 이벤트 순서와 추세를 기록하면 기술자는 어디를 먼저 살펴볼지 결정하는 데 더 나은 기반을 갖게 될 수 있습니다.

구별이 중요합니다. HMI는 사용 가능한 정보를 제공하지만 진단 품질은 여전히 ​​센서, PLC 프로그래밍, 경보 논리 및 기록 유지에 따라 달라집니다. 상세 화면은 누락되거나 잘못된 소스 데이터를 보완할 수 없습니다.

고정 제어부터 상황 인식 운영자 화면까지

물리적 패널은 고정된 위치에 사용 가능한 컨트롤을 표시합니다. 그래픽 HMI는 작업별로 정보를 구성할 수 있습니다. 생산 직원은 실행 상태 화면을 열 수 있고, 승인된 유지 관리 직원은 진단 페이지 또는 매개변수 설정에 액세스할 수 있습니다.

불필요한 탐색을 줄이고 특정 작업에 적합한 정보를 제공하는 이점이 있습니다. 인공지능이 필요하지 않습니다. 일관된 레이블, 합리적인 권한 및 명확하게 정의된 작동 모드는 일반적으로 애니메이션 그래픽보다 더 중요합니다.

기본 컨트롤러 링크부터 광범위한 시스템 통합까지

산업용 인터페이스는 수십 년 동안 PLC와 통신해 왔습니다. 변경된 것은 사용 가능한 데이터 범위, 네트워크 옵션, 소프트웨어 도구 및 통합 아키텍처입니다. 최신 HMI 애플리케이션은 여러 태그를 읽고, 관련 값을 함께 표시하고, 허용된 명령을 컨트롤러와 교환할 수 있습니다.

성공적인 통신은 여전히 ​​정확한 PLC 제품군, HMI 드라이버, 프로토콜 지원 및 구성에 따라 달라집니다. PROFINET, EtherNet/IP 및 Modbus TCP는 산업용 통신 기술의 예이며 상호 교환 가능한 호환성 보장은 아닙니다.

로컬 모니터링부터 제어된 원격 가시성까지

캐비닛에 서 있는 기술자는 로컬 패널을 읽을 수 있습니다. 원격 보기용으로 설계된 시스템에서는 승인된 직원이 승인된 다른 위치에서 선택한 화면이나 경보를 검사할 수 있습니다.

원격 보기, 원격 진단 및 원격 제어는 서로 다른 기능이므로 서로 다른 액세스 규칙을 가져야 합니다. NIST 운영 기술 보안 가이드에서는 연결된 산업 시스템에 대한 보안 고려 사항을 논의합니다. 직접적인 인터넷 노출을 기본 배포 방법으로 취급해서는 안 됩니다.

더 많은 그래픽에서 더 나은 운영자 인식까지

더 많은 색상과 애니메이션이 반드시 더 나은 운영자 인터페이스를 생성하는 것은 아닙니다. 화면은 운영자가 관련 없는 정보를 검색하도록 강요하지 않고도 정상 상태, 비정상 상태 및 필요한 응답을 이해할 수 있도록 해야 합니다.

우선 순위가 지정된 경보, 읽기 쉬운 값, 일관된 탐색 및 제한된 색상 사용이 해당 목표를 달성하는 데 도움이 될 수 있습니다. ISA-101 시리즈는 HMI 설계 및 수명주기 관행에 대한 지침을 제공합니다. 유용성은 단순히 디스플레이 해상도가 아니라 인터페이스가 어떻게 설계되었는지에 따라 달라집니다.

기존 산업용 HMI와 최신 산업용 HMI: 실제 비교

실제 운영 작업별 HMI 세대 비교

레거시 HMI와 최신 산업용 HMI의 차이점은 각 장치가 지원해야 하는 작업을 통해 가장 잘 살펴볼 수 있습니다. 화면 크기만으로는 사용 가능한 기능에 대해 거의 알 수 없습니다.

이는 보편적인 규칙이 아닙니다. 일부 구형 시스템에는 정교한 기능이 있지만 새로운 기본 패널에는 이러한 기능이 부족할 수 있습니다. 문서화된 제품과 애플리케이션을 비교하십시오.

최신 HMI가 자동으로 즉시 교체가 되지 않는 이유

새로운 스크린이 캐비닛 개구부에 맞을 수 있지만 기존 PLC와 통신하지 못할 수 있습니다. 다른 엔지니어링 소프트웨어가 필요하거나, 필요한 컨트롤러 드라이버가 부족하거나, 변환 없이 원본 프로젝트를 열 수 없을 수도 있습니다. 전원 요구 사항, 장착 깊이, 커넥터 간격 및 펌웨어도 중요합니다.

따라서 HMI 교체는 화면 교체가 아닌 호환성 작업으로 처리되어야 합니다. 패널 선택, 테스트 및 교체 단계는 당사의HMI 기능, 선택 및 교체 가이드.

실제 산업 응용 분야에서 HMI 진화는 어떤 모습일까요?

다음 예는 완료된 고객 프로젝트나 측정된 성능 개선에 대한 주장이 아닌 예시적인 시나리오입니다.

예시 1: 포장 라인 모니터링 및 결함 진단

생산 중에 컨베이어가 멈추는 포장 라인을 상상해 보십시오. 기본 패널에서 운영자는 일반적인 오류 표시를 볼 수 있으며 시작 위치를 결정하기 위해 다른 표시기나 전기 도면을 참조해야 합니다.

더 자세한 HMI 진단으로 구성된 시스템은 영향을 받은 컨베이어 섹션, 과부하 알람, 이벤트 시간 및 관련 모터 상태를 표시할 수 있습니다. 그러면 유지보수 담당자가 라인의 모든 부분을 순차적으로 검사하는 대신 관련 드라이브, 보호 장치 및 작동 조건을 확인할 수 있습니다.

그렇다고 해서 HMI가 근본 원인을 식별했다는 의미는 아닙니다. 이는 데이터를 적절하게 수집하고 제시하면 조사에 더욱 집중할 수 있음을 의미합니다. 이 접근 방식의 유용성은 컨트롤러 프로그램과 경보 설계의 품질에 따라 달라집니다.

예 2: 펌프장 모니터링 및 원격 가시성

펌프장에서는 가변 주파수 드라이브가 모터 속도를 조절할 수 있고, PLC는 프로세스 로직을 관리하고 작동 정보를 수신합니다. HMI는 승인된 운영자에게 펌프 상태, 압력, 작동 조건 및 관련 경보를 표시할 수 있습니다.

플랫폼과 공장 네트워크 아키텍처가 지원하는 경우 원격 보기를 통해 유지보수 팀은 먼저 스테이션으로 이동하지 않고도 작동 정보를 검사할 수 있습니다. 원격 액세스에는 여전히 적절한 권한과 보안 제어가 필요하며 모니터링은 원격으로 명령을 내리는 장비와 동일하지 않습니다.

컨트롤러, 인터페이스 및 드라이브 간의 연결은 다음에도 나타납니다.에너지 산업 솔루션개요.

어떤 HMI 기술이 이미 확립되어 있고 어떤 기술이 아직 떠오르고 있습니까?

산업용 HMI 기능 확립

그래픽 기계 보기, 컨트롤러 데이터 교환, 알람 표시 및 운전자 입력은 산업용 HMI 기능으로 확립되었습니다. 많은 플랫폼은 이벤트 로깅, 트렌드, 레시피 및 액세스 관리도 제공합니다. 정확한 조합은 하드웨어, 런타임 소프트웨어, 라이센스 및 애플리케이션 구성에 따라 결정됩니다.

이러한 기능은 반복 가능한 작동 작업을 다루기 때문에 중요합니다. 대부분의 공장에서는 실험적인 인터페이스를 인상적으로 시연하는 것보다 명확한 경보와 신뢰할 수 있는 컨트롤러 통신이 더 즉각적으로 유용합니다.

HMI 플랫폼에 따른 고급 연결성

웹 시각화, 원격 액세스, OPC UA, MQTT 및 엣지 데이터 교환은 더 광범위한 정보 아키텍처를 지원할 수 있습니다. 그들은 모두 동일한 작업을 수행하지 않습니다. OPC UA는 구조화된 산업 정보 교환에 사용됩니다. MQTT는 데이터 배포 아키텍처에서 자주 사용되는 메시징 프로토콜입니다. HMI는 기술을 직접 지원할 수도 있고 시스템에 게이트웨이나 다른 소프트웨어 구성 요소가 필요할 수도 있습니다.

통합을 계획하기 전에 프로토콜 및 드라이버 지원, 필요한 라이센스, 소프트웨어 버전 및 네트워크 보안 접근 방식을 확인하십시오. 이더넷 소켓이 있다고 해서 장치가 연결된 모든 기능을 수행할 수 있다는 증거는 아닙니다.

AI, 음성 제어 및 AR: 기회와 한계

AI 지원 분석은 사용 가능한 운영 데이터의 패턴을 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다. 음성 명령은 핸즈프리 상호 작용이 바람직한 경우 유용할 수 있으며, 증강 현실은 상황에 맞는 유지 관리 정보를 제공할 수 있습니다. 이러한 가능성은 일반 HMI 알람 또는 화면 탐색과 호환되지 않습니다.

산업 소음, 데이터 품질, 명령 확인, 사이버 보안 및 안전 요구 사항은 배포를 제한할 수 있습니다. 이러한 도구는 오늘날 운영자 패널의 표준 기능으로 설명하기보다는 실제 사용 사례와 문서화된 제품 기능을 통해 평가해야 합니다.

HMI 진화가 기존 산업 장비에 미치는 영향

유지, 좋아요를 좋아요로 교체, 아니면 현대화하시겠습니까?

최신 기술이 존재한다고 해서 기존 HMI가 자동으로 부적합한 것은 아닙니다. 공장에서는 먼저 패널이 여전히 작업자를 지원하는지, 호환 가능한 예비품이 있는지, 변경에 필요한 엔지니어링 작업의 양을 물어봐야 합니다.

계획된 업그레이드는 새로운 기능을 제공할 수도 있지만 애플리케이션 변환, 배선 변경, 경보 테스트 및 가동 중지 시간 예약도 포함될 수 있습니다. 올바른 결정은 기계의 남은 서비스 수명과 현재 플랫폼을 유지하는 데 따른 위험에 따라 달라집니다.

HMI 변경을 계획하기 전에 확인해야 할 사항

HMI 브랜드와 전체 부품 번호, PLC 모델, 통신 방법, 원래 프로젝트 백업, 엔지니어링 소프트웨어 및 펌웨어로 시작하십시오. 설치 치수, 전원 공급 장치, 수량 및 필요한 배송 날짜도 중요합니다. 기존 프로젝트를 사용할 수 없는 경우 교체가 간단하다고 가정하기 전에 해당 제약 조건을 식별하십시오.

자세한 선택 및 마이그레이션 확인은 위에 링크된 교체 가이드를 사용하세요. 이 단계의 목적은 새로운 터치스크린이 동일하다고 가정하는 것이 아니라 기술적 요구 사항을 설정하는 것입니다.

FAQ

 

 

산업용 HMI는 언제 처음 등장했나요?

모든 형태의 산업 인간과 기계 상호 작용을 설명하는 단일 날짜는 없습니다. 물리적 제어는 전자 운영자 터미널보다 앞서 있었고, 텍스트 디스플레이, 그래픽 HMI 및 터치스크린은 겹치는 기간에 걸쳐 개발되고 확산되었습니다. 신뢰할 수 있는 일정은 특정 상용 제품의 도입과 상호 작용 방법의 진화를 구별해야 합니다.

HMI는 어떻게 텍스트 디스플레이에서 터치스크린으로 발전했나요?

텍스트 터미널은 키를 통해 액세스되는 메시지와 메뉴로 데이터를 구성합니다. 그래픽 디스플레이를 통해 기계 상태, 프로세스 다이어그램 및 작동 정보를 시각적으로 배열할 수 있습니다. 해당 화면을 탐색하고 허용된 명령을 입력할 수 있는 또 다른 방법이 터치 입력에 추가되었습니다. 주요 발전은 단순히 유리가 있다는 것이 아니라 정보와 상호 작용이 더 잘 구성되었다는 것입니다.

레거시 HMI와 최신 HMI의 주요 차이점은 무엇입니까?

최신 HMI 플랫폼은 더욱 풍부한 시각화, 보다 광범위한 진단, 추가 통신 옵션 및 제어된 원격 보기를 제공할 수 있습니다. 그러나 구별은 특정 모델에 따라 다릅니다. 일부 구형 장치에는 고급 기능이 있지만 일부 최신 기본 패널에는 그렇지 않습니다. 나이가 성능을 결정한다고 가정하기보다는 문서화된 기능을 비교하십시오.

최신 산업용 HMI에는 인터넷 연결이 필요합니까?

아니요. 많은 산업용 HMI는 전적으로 로컬 제어 시스템 내에서 작동하며 지원되는 산업용 네트워크를 통해 PLC와 정보를 교환합니다. 이더넷 연결이 반드시 인터넷 액세스를 의미하는 것은 아닙니다. 선택적 원격 서비스에는 신중하게 설계된 네트워크 아키텍처와 적절한 보안 제어가 필요합니다.

PLC를 변경하지 않고도 최신 HMI가 기존 패널을 교체할 수 있습니까?

때때로. 제안된 HMI가 필요한 컨트롤러 통신을 지원하고 애플리케이션을 적절하게 재생성하거나 마이그레이션할 수 있는 경우 원래 PLC는 그대로 유지될 수 있습니다. 프로젝트 파일, 드라이버, 펌웨어, 장착 및 전원 요구 사항은 모두 확인이 필요합니다. 일치하는 디스플레이 크기나 브랜드만으로는 충분하지 않습니다.

레거시 HMI를 업그레이드하기 전에 무엇을 확인해야 합니까?

정확한 HMI 및 PLC 모델, 통신 요구 사항, 프로젝트 백업, 엔지니어링 소프트웨어, 펌웨어, 설치 크기 및 작동 제약 사항을 확인하십시오. 그런 다음 동등한 스페어 또는 계획된 마이그레이션이 상황에 더 적합한지 결정하십시오. 교체 패널을 주문하기 전에 답변을 확립해야 합니다.

결론: 산업용 HMI의 다음 장

산업용 HMI의 발전으로 인해 운영자가 정보를 수신하고, 장비를 탐색하고, 결함을 조사하고, 점점 더 연결되는 제어 시스템과 상호 작용하는 방식이 바뀌었습니다. 가장 유용한 발전은 불필요한 복잡성을 추가하지 않고 필수 작업을 더 명확하게 만드는 것입니다.

기존 공장의 경우 기술 이력을 아는 것은 시작점일 뿐입니다. 실제 장비 결정은 여전히 ​​애플리케이션 요구 사항, 제품 사양, 호환성 및 변경 비용에 따라 달라집니다.

SZCT Automation은 Siemens, ABB, Allen-Bradley, Mitsubishi, Omron 및 Schneider의 제품을 포함하여 HMI, PLC, 드라이브 및 관련 범주 전반에 걸쳐 산업 자동화 구성 요소를 공급합니다. 당신은 할 수 있습니다산업용 HMI 제품군 살펴보기또는견적을 요청하다전체 부품 번호와 필요한 수량을 사용합니다. 정확한 모델에 대해서는 제품 가용성 및 적합성을 확인해야 합니다.

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