Aktuální vydání

celé číslo

04

2022

veletrh Amper 2022
celé číslo

Vysoce odolné operátorské panelové počítače pro venkovní použití – od rovníku k pólům

VisuNet XT jsou vysoce odolné operátorské panelové počítače, vhodné pro venkovní použití v náročných podmínkách: v horku i v mrazu, na slunci i ve vlhku, tedy doslova kdekoliv od rovníku k pólům. Původně byly vyvinuty pro zařízení na těžbu ropy, ale je možné je použít i kdekoliv jinde v těžebním průmyslu a v dalších úlohách, kde jsou vystaveny venkovnímu prostředí, vysoké vlhkosti, korozivním látkám nebo velkým výkyvům teploty.  

V oblasti průmyslových operátorských panelů se nepřipouštějí žádné kompromisy ohledně kvality, zvláště v tak náročném prostředí, jaké se vyskytuje při těžbě ropy ze dna moře. Panelové počítače jsou zde vystaveny velkým rozdílům teplot, vlhkosti a slané vodě. Musí za všech okolností umožňovat snadné ovládání a být dobře čitelné i na plném slunci.

Běžné operátorské panely požadavky těžařských společností splňují jen stěží. Proto se společnost Pepperl+Fuchs rozhodla právě pro ně vyvinout nové, vysoce odolné panelové počítače VisuNet XT.

Panelové počítače VisuNet XT vyvíjelo oddělení HMI v Twinsburgu v Ohiu (USA). Technické požadavky byly velmi náročné a pro jejich splnění bylo třeba uplatnit množství nových technických řešení. Pro to, aby se první zákazníci nestali „pokusnými králíky“, prošly operátorské panely rozsáhlým testováním. Vývojový tým společnosti Pepperl+ Fuchs na vývoji spolupracoval od stanovení technických požadavků až po testování prototypů s předními dodavateli automatizační techniky a zařízení pro těžební průmysl.

Výsledkem vývoje jsou operátorské panely s těmito vlastnostmi:

  • jsou snadno čitelné i na plném slunci,
  • jejich údržbu lze realizovat v provozních podmínkách,
  • mají rozšířený rozsah pracovních teplot,
  • jsou flexibilní z hlediska možnosti připojení vstupů a výstupů,
  • mohou pracovat s výkonnými procesory, až Intel i7 Quad Core 2,1 GHz,
  • mají dostatečnou výpočetní kapacitu pro 64bitový operační systém Windows 7 a vizualizační aplikace,
  • jejich robustní konstrukce odolává vibracím a nárazům,
  • mají certifikáty pro použití na různých světových trzích.

Snadno čitelný displej

Při použití operátorských panelů ve venkovním prostředí bývá problém s čitelností displeje na plném slunci, zvláště tehdy, musí-li se na něj operátor dívat z větší vzdálenosti a z většího úhlu.

Operátorské panelové počítače VisuNet XT mají displeje LCD o úhlopříčce 15" nebo 19" (obr. 1) využívající techniku IPS – In-Plane Switching. IPS zajišťuje čitelnost z úhlu až 160° (ve všech směrech), a to při vynikajícím kontrastu a barevném podání (obr. 2). IPS má ještě jednu výhodu: při stisku dotykového displeje stlačená plocha nezesvětlí a při tažení prstu po displeji za ním nezůstává světlá stopa.

Dotykový displej panelových počítačů VisuNet XT pracuje na odporovém principu. K ovládání stačí mírné stlačení displeje – podobné jako při ovládání myši. Displej lze snadno ovládat i v rukavicích.

Displej je vybaven i membránovými funkčními tlačítky. Jedno z funkčních tlačítek umožňuje vypnout ovládání dotykovým displejem. Vypnutí dotykového displeje je signalizováno svítící LED. Tato funkce je užitečná tehdy, může-li dojít k nechtěnému náhodnému dotyku displeje. Další funkční tlačítko uvádí panelový počítač do stavu spánku – vypne jeho displej, čímž výrazně sníží spotřebu, ale procesor zůstane aktivní, takže panelový počítač dál čte a zapisuje provozní hodnoty, hlídá nastavené meze a vybavuje alarmy.

Svítivost displeje u 19" varianty je 1 000 cd/m2 a u 15" varianty 1 200 cd/m2. To je ve srovnání s běžnými LCD výrazně vyšší hodnota. Dosahuje se jí kvalitním podsvětlením diodami LED a speciální technologií výroby s optickým kontaktem jednotlivých vrstev displeje. Zatímco běžné displeje mají mezi krycím plastovým nebo skleněným stínítkem a vlastním displejem vzduchovou mezeru, displeje operátorských panelů VisuNet XT používají imerzní vrstvu lepidla. V ní nemůže kondenzovat vlhkost ani se usazovat prach. Navíc, a to je důležité zejména za plného slunečního svitu, lepidlo v mezivrstvě má takový index lomu, že odrazy na rozhraních mezi sklem a lepidlem jsou mnohem menší než u displeje se vzduchovou mezerou.  

Údržba v provozních podmínkách

Důležitou vlastností operátorských panelových počítačů je jejich spolehlivost a dostupnost. Na panely VisuNet XT poskytuje výrobce záruku osmnáct měsíců. Doba opravy u výrobce je standardně do dvou týdnů. Některé komponenty však lze snadno vyměnit za nové, a to dokonce i v provozních podmínkách, bez nutnosti operátorský panel demontovat a dopravit do opravárenské dílny. Takto lze vyměnit displej včetně dotykového stínítka, napájecí zdroj a polovodičový disk.  

V mrazu i horku

Operátorské panelové počítače VisuNet XT mají rozsah pracovních teplot –20 až +65 °C. K dispozici je speciální provedení do mrazu, jehož pracovní rozsah začíná už na –40 °C. To je pro panelové počítače s LCD nezvykle velký rozsah pracovních teplot. Obvykle se má za to, že LCD nelze provozovat v mrazu a v horku je zase nutné intenzivně chladit procesor. Jak konstruktéři dosáhli toho, že LCD zůstává funkční i za teploty hluboko pod bodem mrazu a procesor pracuje i v horku, a to bez ventilátoru?

Při výrobě LCD byly použity speciální tekuté krystaly s vysokou teplotou varu a nízkou teplotou zamrznutí. Jako podsvětlení jsou použity LED. Jejich svítivost je na rozdíl od podsvětlení trubicemi CCFL méně závislá na teplotě a navíc je i jejich životnost delší.

Součástí, která je velmi citlivá na teplotu, je procesor. U operátorských panelových počítačů zpravidla není možné použít aktivní chlazení ventilátorem – ventilátor by vyžadoval pravidelnou údržbu a jeho ložiska by trpěla zejména při otřesech a vibracích. Běžné pasivní chlazení ale při horním okraji rozsahu pracovních teplot nemusí být dostačující. Operátorské panely VisuNet XT proto používají pasivní kapalinové chlazení s teplovodnými trubicemi.

Teplovodné trubice jsou utěsněné trubice obsahující kapalné chladivo. Jeden konec trubice je připojen ke zdroji tepla, v tomto případě k procesoru, a druhý k sekundárnímu tepelnému výměníku – zde k žebrování, jež je součástí zadního krytu panelového počítače. Princip činnosti je na obr. 3. Teplo z procesoru ohřívá kapalinu v trubici a přeměňuje ji na páru. Pára chladiva proudí do kondenzační zóny, kde se opět mění v kapalinu. Při vypařování chladivo přijímá teplo z procesoru, při kondenzaci ho uvolňuje a předává sekundárnímu výměníku, odkud je odváděno do okolního vzduchu. Princip je stejný jako u domácí chladničky, avšak jako by zde scházelo něco, co by chladivo v teplovodné trubici pohánělo z jednoho konce na druhý. V tomto případě to není žádný kompresor: chladivo proudí díky kapilárním silám ve speciálně navržené kapilární struktuře teplovodné trubice. Princip teplovodných trubic je znám již od poloviny 60. let minulého století, ale teprve v posledních několika letech se tyto trubice rozšířily jako nový konstrukční prvek elektronických zařízení pro spolehlivé a cenově nenáročné výkonné chlazení.

LCD se svým podsvícením LED mají vlastní pasivní chlazení – teplo je odváděno do rámu displeje a odtud mimo panel.

K rozšíření rozsahu pracovních teplot přispívá také výběr materiálu krytu. Hliníkové tělo přístroje dobře odvádí teplo z přístroje. Nátěr práškovou šedou barvou nemá jen estetický účel, ale také chrání panelový počítač proti slané vodě a dalším nepříznivým vlivům. Navíc dobře odráží sluneční světlo, aby nezvyšovalo teplotu uvnitř přístroje.

VisuNet XT je „dobře vypečený“ operátorský panel – během prototypových zkoušek pracoval tři týdny při plném zatížení (včetně procesoru) při teplotě +70 °C, aniž by se u něj vyskytla porucha.  

Výpočetní výkon a konektivita

Operátorské panelové počítače VisuNet XT jsou z hlediska výpočetního výkonu velmi flexibilní, aby přesně splnily požadavky zákazníka v jednodušších i náročných úlohách. Pro jednodušší úlohy nebo mobilní zařízení je k dispozici varianta s dvoujádrovým procesorem Intel Celeron, pro nejvyšší požadavky je určena varianta s čtyřjádrovým procesorem Intel i7 Quad Core s taktovací frekvencí 2,1 GHz. Operátorský panel může být vybaven polovodičovým diskem SSD o kapacitě až 80 GB. Panely využívají operační systém Microsoft Windows 7 v 32bitové nebo 64bitové variantě.

Pro připojení ke komunikačním sítím má panel optické rozhraní pro multividový světlovodný kabel LAN, duální rozhraní LAN, rozhraní bezdrátové sítě WLAN 802.11 a/b/g/n, dvě rozhraní USB, jedno RS-232 a jedno RS-484. VisuNet XT má dále digitální vstup a výstup, vstup audiosignálu a rozhraní VGA. Rozhraní RS-232, RS-485 a I/O jsou galvanicky izolovaná.

Díky vstupům a výstupům je možné např. plnohodnotné dvouruční ovládání. Ve zjednodušené podobě lze naprogramovat nutnost současného stisknutí funkčních kláves F1 a F4, jež je těžko možné jednou rukou; pro plnohodnotné dvouruční ovládání se dvouruční tlačítka připojí na digitální vstup operátorského panelu.

Při vybavení alarmu je někdy požadováno, kromě zobrazení výstražného hlášení na obrazovce, aby o něm informoval zvukový signál sirény. Ke spuštění externí sirény lze využít digitální výstup operátorského panelu.  

Certifikace

Operátorský panelový počítač VisuNet XT úspěšně prošel testy mechanické odolnosti podle vojenské normy MTL-STD-810G. Po­dle těchto zkoušek odolává za provozu vibracím 2,2 g (RMS), 20 až 2 000 Hz po dobu 1 h v každé ose a rázům 40 g (špička) po dobu 11 ms ve všech třech osách.

Panel má také certifikaci ATEX a IECEx pro zónu 2 prostředí s nebezpečím výbuchu a obdobný americký certifikát do výbušného prostředí (Class I, Div. 2).

Panel má rovněž schválení DNV pro práci na moři. 

Montáž

Operátorský panel je možné namontovat do standardizovaného otvoru v panelu nebo upevnit na rameno (upevnění VESA nebo Yoke). Lze jej doplnit stínítkem proti slunci a držákem pro externí klávesnici (obr. 4).

 

Závěr

VisuNet XT je mimořádně odolný operátorský panelový počítač do tvrdých podmínek, navržený podle požadavků zákazníků. Přitom je velmi flexibilní a mnohoúčelový – kromě ovládání zařízení a vizualizace provozních hodnot jej lze využít např. ke sběru a záznamu dat, k hlídání mezí, vybavování alarmů atd. Může pracovat samostatně a ovládat jediné technologické zařízení nebo může být díky svým komunikačním schopnostem součástí podnikové informační sítě. 

(Pepperl+Fuchs)

Obr. 1. Operátorské panely VisuNet XT jsou dodávány ve dvou velikostech, 15" nebo 19"

Obr. 2. Čitelnost displeje v nepříznivých světelných podmínkách – vlevo klasický displej LCD, vpravo displej s IPS

Obr. 3. Princip teplovodných trubic

Obr. 4. Operátorský panelový počítač VisuNet XT ve stojanu se stínítkem proti slunci a s držákem pro externí klávesnici