Criteria voor de keuze van een operator panel
Gebruikers kiezen voor kleur en "touch"

door Ing. Xavier De Buysscher, Motion & Transmission Magazine

Operator-interfaces kennen naarmate ze goedkoper worden een enorme groei in de industriële automatisering. Het gebruik van kleurenschermen gecombineerd met touch-screens maakt de bediening niet alleen visueler, maar ook natuurlijker voor de operator. Een toelichting.

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Kleuren, touchscreens, zichtbaarheid in een sterk verlichte omgeving, en bestand tegen een industriële omgeving zijn de kenmerken die het belangrijkste zijn voor het merendeel van de gebruikers van operator interface terminals (HMI: Human Machine Interface). Uit studies is gebleken dat kleurenschermen en het ergonomisch gebruik van de kleuren een enorme impact hebben op de operators. Zo blijkt dat bij gebruik van grijs en pastel groen voor OK statussen, en rood, oranje of andere agressieve kleuren voor fout statussen, de stilstandtijden enorm gereduceerd worden. De operator is in staat de fouten sneller en met een grotere nauwkeurigheid te herkennen.
Het gebruik van platte bedieningsschermen en touch-screens voor operator interface terminals kent de laatste jaren een enorme groei. De markt kende vorig jaar een groei van 39%, en men verwacht nog meer dit jaar.

De getallen

Uit een enquête gehouden bij 1500 mensen uit meer dan zestig verschillende takken van de industrie blijkt dat het merendeel van de toepassingen als volgt verdeeld is: 37.6% zit in continue proces installaties, een 19% vinden we in de fabricage-installaties, 15% in management systemen en gegevensverzameling, en 11% van de visualiseringsschermen kent zijn toepassing in de batch–processen.
Ook blijkt dat bij 42% van de gebruikers de HMI’s in een netwerk zijn opgesteld, dat 39% ze gebruikt als stand-alone terminal, en dat 20% van de gebruikers de schermen zowel in een netwerk als totaal onafhankelijke stand-alone terminal gebruiken.
Wanneer we spreken over netwerken, dan kunnen we constateren dat er een stijgende trend is naar het gebruik van meer open netwerken in plaats van de ouderwetse seriële communicatiemethodes.
Sinds de platte schermen (flat-screens) gecombineerd met touch-screens meer in en meer betaalbaar worden, gaat de gebruiker trachten de grootte van zijn bedieningsscherm zo veel mogelijk te reduceren en een zo groot mogelijke output op het grafische gedeelte te bekomen, zeker in het tijdperk van de stijgende animaties. Ook is de touchscreen meer terrein aan het winnen op zijn met klavier voorziene collega.

Hoe werkt nu een touch-screen?

Een touch-screen is zoals het toetsenbord en de muis een randapparaat waarmee men gegevens kan invoegen in een computer. Enkel maakt men bij een touch-screen de selectie door het scherm aan te raken i.p.v. ze in te typen of met de muis aan te wijzen. Het doet ook meer een beroep op de intuïtieve zijde van de mens en zorgt er voor dat geen extra operatorkennis of training is vereist.
Door de computers te voorzien van een touch-screen kan men direct heel wat plaats besparen en komt er direct een einde aan het zoeken naar het juiste plekje voor de muis en toetsenbord.

Folies

Om de gebruiker te helpen het touch-screen proper te houden, zijn er schermbeschermers die bestaan uit een aantal op elkaar gekleefde plastiek folies, waarvan telkens de bovenste afgetrokken kan worden om het scherm van het vuil te ontdoen.

Bij touch-screens vindt men telkens drie basiscomponenten terug, namelijk de sensor, de controller en de softwaredriver. Om de keuze van de gebruiker te kunnen registreren is er een sensor-eenheid en een controller die de vingerdruk en de locatie ervan waarnemen. Deze coördinaten worden dan door een softwaredriver naar het operating systeem doorgesluisd. Voor de sensoren onderscheidt men vijf verschillende technieken: de resistiviteit, capaciteit, infrarood, geluidsgolven en elektrostatica.

Het scherm is opgebouwd uit een glazen basis en een flexibele laag (film/folie), die van elkaar worden gescheiden door een laag isolerende punten. Elke laag is aan zijn binnenvlak gecoat door een transparante metaaloxide. Door spanning op de lagen te zetten, wordt er een spanningsverschil gecreëerd. Met een druk op de bovenste laag wordt er contact gemaakt tussen de twee lagen, waardoor er bij wijze van spreken een contact in het circuit gesloten wordt. Dit contact detecteert de vingertoets en zijn positie.

Deze schermlagen zijn eveneens gecoat door een transparante metaaloxide laag, met als verschil dat de coating maar aan een enkel glasoppervlak is vastgelijmd. In tegenstelling tot de resistieve touch-screens, waar met elk object het scherm kan bediend worden, kan bij de capacitieve schermen enkel met de blote vinger of met een geleidende pen de selectie op het scherm gemaakt worden. De elektrische capaciteit van de vinger zorgt ervoor dat er stroom getrokken wordt uit elke hoek van het scherm waar spanning is opgewekt. De positie wordt bepaald door het waarnemen van de verschillende stromen die uit de vier hoeken van het scherm getrokken worden.

Infrarood bedieningspanelen zijn gebaseerd op het principe van straalonderbreking. In tegenstelling met de vorige types waar er gebruik gemaakt wordt van het schermoppervlak, gebruikt men bij dit type van bedieningsschermen een kader die het scherm omlijst. Dit kader bestaat uit lichtbronnen, of lichtdiodes (LED’s) aan één zijde, en lichtdetectors, of fotosensors aan de tegenovergestelde zijde, die samen een raster over het scherm vormen. Wanneer er een object het scherm aanraakt wordt de onzichtbare lichtstraal onderbroken, waardoor de fotosensor geen ontvangst meer heeft. De positie wordt bepaald door een combinatie van de lichtsensoren in horizontale en verticale richting.

Hierbij wordt er op de zijkant van het scherm een transducer gemonteerd om langs twee zijden ultrasonische geluidsgolven op te wekken. De geluidsgolven worden gereflecteerd over het scherm en worden opgevangen door sensoren. Wanneer er nu een vinger of een ander voorwerp het scherm aanraakt, dan wordt de energie van de geluidsgolf geabsorbeerd, hetgeen het golfsignaal verzwakt. Er zijn twee soorten akoestische golven te onderscheiden. Enerzijds zijn er de geluidsgolven diegene die over het oppervlak van het schermglas gaan, of de "surface acoustic wave" (SAW) genaamd, en anderzijds zijn er de golven die door het schermglas heengaan, of de "guided acoustic wave" (GAW) genaamd.

Elektrostatische touch-screens

Als laatste type zijn er de elektrostatische touch-screens of ook wel "near field imaging" (NFI) genaamd. Het scherm bestaat hier uit twee gelamineerde glazen platen die van elkaar gescheiden zijn door een volgens patroon gecoate metaaloxide laag. Door een AC signaal op de inductieve coating te zetten, wordt er op het schermoppervlak een elektrostatisch veld opgewekt. Wanneer men met de vinger of met een ander voorwerp het scherm aanraakt, dan wordt het elektrostatisch veld verstoord, waardoor de vingerdruk en de positie op het scherm kunnen worden gedetecteerd.

26% van de gebruikers verkiezen Microsoft Windows CE als operating systeem voor hun bedieningsterminal, 24% wenst ook dat er een web browser aanwezig is en 16% willen de terminals voorzien van Java.
Naast Windows CE is er ook Windows NT, dat zich meer richt naar PC gebaseerde systemen i.p.v. naar de kleinere HMI’s waar CE zich op focust. Het gebruik van Windows CE heeft als voordeel in de vertrouwde Windows-omgeving te werken met minder benodigde apparatuur, m.a.w. met minder investering. Deze besparing is te wijten aan het feit dat CE minder geheugen, minder opslagruimte en minder processorcapaciteit vereist, zelfs diskloze terminals kunnen worden ingezet.

Het gebruik van kleuren bedieningsschermen en touch-screens kent een sterke groei. Het bedieningsgemak en de visuele mogelijkheden zijn de sterke troeven die het voor de bediener toch iets aangenamer en efficiënter maken. Tevens doet de komst van Windows CE de verkoopsverwachtingen voor dit jaar stijgen.

Critères pour le choix d'écrans de commande

Les utilisateurs optent pour la couleur et le "touch"

Dans la mesure où ils deviennent meilleur marché, les interfaces d’opérateur connaissent un énorme développement dans l’automatisation industrielle. L’emploi d’écrans couleur tactiles rend la commande à la fois plus visuelle et plus naturelle pour l’opérateur. Quelques explications s’imposent…

par Ing. Xavier De Buysscher, Motion & Transmission Magazine

Couleurs, écrans tactiles, visibilité aisée sous environnement fortement éclairé, et capacité de résistance aux agressions d’un environnement industriel sont les caractéristiques considérées comme les plus importantes par la plupart des utilisateurs des terminaux d’interface opérateur (HMI: Human Machine Interface). Des études ont fait apparaître que les écrans couleur et l’utilisation ergonomique des couleurs ont un impact énorme sur les opérateurs. On constate ainsi que l’utilisation de gris ou de vert pastel pour les états corrects (‘Status OK’) et de rouge, orange ou autres couleurs agressives pour les états d’erreur (‘Status Not OK’) réduisent considérablement les temps de réponse de l’opérateur. L’opérateur est ainsi mis en état de reconnaître les erreurs plus rapidement et avec une précision accrue.
L’utilisation d’écrans de commande plats et d’écrans tactiles dans les terminaux d’interface d’opérateur connaît ces dernières années un développement remarquable. Le marché connut l’an passé une croissance de 39%, et l’on s’attend à encore mieux cette année.

D’une enquête où furent interrogées plus de 1500 personnes issues de soixante branches différentes de l’industrie, il ressort que la plupart des applications (37.6%) se trouvent dans des installations à processus continu, 19 % dans des installations de fabrication, 15 % dans des systèmes de management et de collecte de données, et que 11% des écrans de visualisation sont impliqués dans des traitements par lots (batch processing).
Il apparaît également que 42% des utilisateurs d’HMI participent à un réseau, que 39% sont en configuration de terminal autonome (‘stand-alone’), et que 20% d’entre eux utilisent les écrans tant comme terminal de réseau que comme terminal autonome totalement indépendant.
Et lorsque l’on parle de réseaux, on peut également remarquer la tendance croissante d’une utilisation plus fréquente des réseaux ouverts en lieu et place des anciennes et vieillottes méthodes de communication sérielle.

Comme les écrans plats (‘flat-screens’) combinés à des écrans tactiles deviennent de plus en plus abordables, l’utilisateur va tenter de réduire le plus possible la grandeur de son écran de commande et d’obtenir sur la partie graphique le plus de sorties possibles, et ce d’autant plus que nous vivons une période d’animations en pleine croissance. L’écran tactile gagne aussi bien du terrain sur son collègue pourvu d’un clavier.

Un écran tactile est un périphérique, au même titre que le clavier et la souris, grâce auquel on peut introduire des données dans un ordinateur. Avec l’écran tactile, la seule différence est qu’on opère la sélection de donnée par effleurement de l’écran au lieu de l’introduire au clavier ou de la pointer à l’aide de la souris. Ceci fait également plus appel au côté intuitif de la personne et diminue en conséquence la nécessité de formation de l’opérateur.
En équipant les ordinateurs d’un écran tactile, on crée directement à la fois un gain de place (celle libérée par le clavier) et un gain de temps (celui consacré à pointer la zone voulue avec la souris).
Afin d’aider l’utilisateur à garder son écran tactile propre, il existe des protections d’écran qui sont faites d’un nombre de feuilles de plastique collées l’une sur l’autre, dont on peut chaque fois retirer la supérieure qui a collecté les salissures et les poussières.
Dans les écrans tactiles, on trouve chaque fois trois composants de base: le capteur (‘sensor’), le système de contrôle (‘controller’) et le logiciel-pilote (‘softwaredriver’). Pour pouvoir enregistrer la sélection de l’utilisateur, il existe une unité de capteur et un système de contrôle qui repèrent la pression du doigt ainsi que l’endroit de l’écran où elle est exercée. Ces coordonnées sont transférées par le logiciel-pilote vers le système d’exploitation. Pour ce qui concerne les capteurs, leur fonctionnement se base sur cinq techniques différentes : la résistivité, la capacité, l’infrarouge, les ondes sonores et l’électrostatique.

L’écran comporte une base de verre et une couche flexible (film/feuille), qui sont séparées l’une de l’autre par une couche de points isolants. Chaque couche comporte, sur sa face interne, un revêtement (‘coating’) d’oxyde métallique transparent. Lors de la mise sous tension des couches, une différence de potentiel est créée entre elles. Toute pression sur la couche supérieure provoquera un contact entre les deux couches, ce qui fermera le circuit. Ce contact détecte la pression du doigt et sa position.

Ecrans tactiles capacitifs

Ces mêmes couches constituent l’écran et sont également revêtues d’une couche d’oxyde métallique transparent, à la différence près que le revêtement est collé à seulement une face du verre. Il en résulte que, au contraire de l’écran tactile résistif qui peut être commandé par tout objet, l’écran capacitif doit être touché par un objet conducteur (le doigt nu ou une pointe conductrice) pour pouvoir enregistrer une sélection. La capacité électrique du doigt permet que soit soutiré du courant en provenance des quatre coins de l’écran, coins auxquels est appliquée une tension. La position de la sélection est alors déterminée par mesure et comparaison des divers courants qui sont collectés par les quatre coins de l’écran.

Ecrans tactiles à infrarouge

Les panneaux de commande à infrarouge sont basés sur le principe d’interruption de faisceaux lumineux. A l’inverse des types précédents dans lesquels il était fait usage de la surface de l’écran, ce type d’écran-ci utilise un cadre qui entoure l’écran. Ce cadre comporte des sources lumineuses, ou des diodes luminescentes (LED) disposées sur un côté, et des détecteurs de lumière ou des capteurs photosensibles placés sur le côté opposé, qui forment ensemble un réseau en grillage sur l’écran. Lorsqu’un objet entre en contact avec l’écran, il interrompt certains rayons lumineux infrarouges, ce qui est constaté au niveau d’un capteur photosensible donné, qui ne reçoit alors plus de lumière. La position est déterminée par comparaison des réceptions des capteurs lumineux dans les axes horizontal et vertical.

Ecrans tactiles à ondes sonores

Dans ce type d’écran, un transducteur est placé sur le côté de l’écran afin de produire des ondes ultrasoniques le long des deux côtés. Les ondes sonores sont réfléchies sur l’écran et sont recueillies par des capteurs. Si un doigt ou un autre objet vient maintenant effleurer l’écran, l’énergie de l’onde sonore est absorbée, ce qui a pour effet d’atténuer l’onde de signal. Il y a lieu de distinguer deux sortes d’ondes acoustiques. Il y a d’une part les ondes sonores qui vont au long de la surface du verre de l’écran, nommées "surface acoustic wave" (SAW), et d’autre part celles qui partent du verre de l’écran, nommées "guided acoustic wave" (GAW).

Le dernier type d’écran tactile est le type électrostatique, également nommé "near field imaging" (NFI). L’écran y est composé de deux plaques de verre laminé qui sont séparées l’une de l’autre par une couche à revêtement d’oxyde métallique y déposée suivant un gabarit défini. En soumettant le revêtement inductif à un signal AC, un champ électrostatique se développe sur la surface de l’écran. Lorsque l’on effleure l’écran avec le doigt ou tout autre objet, le champ électrique en est perturbé, ce qui permet de constater cet effleurement et de définir sa localisation.

Systèmes d’exploitation

26% des utilisateurs choisissent Microsoft Windows CE comme système d’exploitation tournant sur leur terminal de commande, 24% d’entre eux souhaitent également qu’un navigateur de Web soit disponible et 16% d’entre eux veulent équiper les terminaux de Java.
A côté de Windows CE existe également Windows NT, qui est orienté davantage vers les systèmes à base PC que vers les plus petits HMI sur lesquels se concentre CE. L’utilisation de Windows CE présente comme avantage de pouvoir évoluer dans l’environnement Windows familier, et ce avec moins d’appareils, c’est-à-dire avec moins d’investissement. Cette économie est rendue possible par le fait que CE requiert moins de capacité de mémoire et de processeur; des terminaux sans disque pouvant même être utilisés.
L’utilisation d’écrans de commande couleur et tactiles connaît une forte croissance. La facilité d’emploi et les possibilités visuelles en constituent les atouts majeurs, qui rendent la vie de l’utilisateur plus agréable et plus efficace. L’arrivée de Windows CE laisse également entrevoir une augmentation de leur chiffre des ventes pour cette année.