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Display Touch? Sì, ma… con Intelligenza!

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Gli apparati industriali a funzionamento autonomo (o “stand-alone”…) delle generazioni precedenti erano caratterizzati dalla presenza di un pannello di controllo realizzato con componenti di tipo “classico”, ovvero pulsanti di selezione funzione, commutatori, avvisatori acustici, potenziometri di preset, strumenti di misura e quant’altro. Questi pannelli, di comprensione non sempre immediata, richiedevano la presenza di una logica interna (spesso, in mancanza di elettronica proprietaria, si utilizzano ancora oggi controller PLC) che aveva lo scopo, tra l’altro, di impedire le manovre eseguite con una sequenza errata. Oggi per motivi di immagine, di praticità d’uso o, perché no, per questioni di “tendenze di mercato”, sempre più spesso la scelta del progettista prevede l’integrazione di un display “intelligente” a bordo macchina. Nell’articolo che segue vedremo perché.

Addio ai Pannelli Complicati!

Una macchina industriale, destinata ad eseguire una o più funzioni specifiche nell’ambito di un sistema produttivo, è sempre stata caratterizzata dalla presenza del pannello operatore. L’utilizzo di un pannello di selezione funzioni non ha mai rappresentato una soluzione completa o ideale, per diversi motivi:

- Alto costo dei componenti utilizzati, alto costo di lavorazione meccanica del pulpito di controllo.

- Cablaggio imponente, con alti costi di produzione.

- Scarsa (o nulla, nei casi peggiori) intuitività di utilizzo, con la conseguente necessità di adottare degli operatori specificamente addestrati.

- Nessuna possibilità di aggiornamento funzionale, se non al costo della sostituzione dell’intero pannello di controllo e di gran parte della logica di bordo, col relativo cablaggio.

- Segnalazioni di ritorno (dalla macchina verso l’operatore) di livello banale e spesso insufficiente in caso di anomalie.

Figura 1: Esempio tipico di pannello di controllo realizzato con componenti discreti.

Per questi motivi, col passare del tempo il mercato ha generato una domanda costantemente crescente di strumenti di lavoro con caratteristiche evolute, di macchine realmente intelligenti o “smart” che offrissero una migliorata intuitività di utilizzo, che fossero in grado di comunicare efficacemente verso il mondo

esterno, anche con livelli di complessità differenziati. Questa domanda ha spinto Industria elettronica alla creazione ed alla diffusione di un’enorme varietà di display a controllo tattile (“touch”), che negli ultimi anni hanno sostituito quasi completamente i vecchi sistemi a logica cablata e componenti discreti.

Figura 2: Display Intelligente da 4,3" di 4D Systems. Tutte le funzioni di controllo e di misura vengono rappresentate graficamente su uno schermo tattile e sono facilmente aggiornabili.

Figura 3: Il display visto dal lato dell'elettronica e delle connessioni: si notano i connettori di alimentazione e degli I/O.

Tutto Sotto Controllo, Sfiorando il Display!

I display tattili hanno quindi soppiantato quasi del tutto i precedenti sistemi a controllo cablato. Ora è possibile far apparire la riproduzione grafica degli stessi controlli a pulsante, a commutatore, potenziometro o quant’altro, ma con moltissime varianti in più a disposizione. Tutto questo viene consentito dalla generosa e potente elettronica di bordo, la vera caratteristica distintiva di un display “intelligente” rispetto ad un semplice visualizzatore tradizionale, anche a controllo tattile. Un display intelligente è contraddistinto dalla presenza di una potente GPU locale, di un discreto numero di I/O digitali ed analogici completamente definibili e configurabili, di memoria RAM e FLASH per la gestione del sistema, di canali di comunicazione seriale verso ambienti esterni, dalla possibilità di generare segnali PWM per il controllo di dispositivi esterni, etc.

Figura 4: Il potente e versatile microcontrollore Diablo 16, GPU del display, disponibile anche per soluzioni embedded.

Inserimento Progettuale del Display

Un display intelligente si può inserire in un apparato industriale secondo due filosofie principali:

- Per integrazione nell’elettronica di controllo preesistente.

- Come elettronica principale, per ottenere il controllo e la gestione completa della macchina.

Nel caso d’integrazione nell’elettronica preesistente, il display comunica con la parte fondamentale del circuito originale della macchina (solitamente in RS, SPI, I2C o altri sistemi di comunicazione seriale), alla quale restano preposti tutti i controlli delle periferiche di macchina, di tutti i sensori, attuatori, motori o altro. Il visualizzatore, in questo caso, interpreta le istruzioni ricevute dall’unità di controllo principale e provvede a rappresentare pulsanti, LED, interruttori e strumenti di misura in modo grafico. Una volta che l’operatore avrà interagito con quanto raffigurato, il display provvederà a sua volta ad inviare all’unità esterna di controllo i comandi che derivano dalle scelte dell’operatore stesso. In questo modo l’interazione macchina-uomo-macchina avviene attraverso l’interposizione della GUI del visualizzatore evoluto. Questa filosofia di approccio è particolarmente cara a tutti quei progettisti che, per un motivo o per l’altro, preferiscono non “abbandonare” il progetto originale, ma semplicemente modificarlo per aggiungere la funzionalità del pannello ed aumentarne decisamente la versatilità d’uso. Qualora invece si abbia a che fare con un progetto originale, in un gran numero di casi è possibile, vista la potenza di calcolo della GPU a bordo di questi display, delegare a quest’ultima l’intero controllo e gestione della macchina stessa. In questo modo il nostro dispositivo diventa il cuore del sistema, controllandolo in tutto e per tutto. Questa scelta è anche decisamente la più economica, poiché riduce notevolmente i componenti necessari alla realizzazione del progetto. Il tecnico si dovrà preoccupare, in questo caso, di prevedere gli interfacciamenti necessari al controllo dei motori, degli attuatori, al rilevamento degli stati dei sensori ed altro.

Programmazione

Indipendentemente dalla scelta delle diverse filosofie progettuali descritte in precedenza, questi display vengono programmati utilizzando gli ambienti di sviluppo (IDE) che sono forniti, quasi sempre a titolo gratuito, dai rispettivi produttori. Si tratta di strumenti piuttosto intuitivi e che offrono diversi livelli di interazione con il programmatore, dai più semplici ai più potenti ed evoluti. I livelli di sviluppo più semplici ed automatizzati non richiedono quasi neppure che l’operatore abbia conoscenze di programmazione, mentre quelli più evoluti, destinati a chi ha già maturato esperienza nella generazione di codice, offrono una straordinaria flessibilità nelle scelte e consentono personalizzazioni anche estreme. In ogni caso (ed è proprio questo il vero valore aggiunto di questo sistemi), il tempo per la messa a mercato del prodotto finito (time to market..) è veramente brevissimo, neppur minimamente paragonabile alle situazioni del passato, nelle quali il designer si sfiniva (letteralmente..) nella definizione geometrica, pixel dopo pixel, della grafica nei display di tipo non intelligente. Per modificare anche banalmente un progetto preesistente occorrevano diverse ore di lavoro e altrettante per le relative verifiche operative.

Figura 5: Sistema di sviluppo Workshop4 di 4D Systems, nella modalità "Visi Genie", la più semplice ed immediata.

touch6.jpg


Figura 6: Nelle modalità destinate ai più esperti, queste IDE offrono la possibilità di scrivere codice personalizzato per il massimo dell'adattabilità alle esigenze di progetto.

Controllo Tattile Resistivo o Capacitivo?

I display a controllo tattile sono disponibili con matrici di tipo resistivo o capacitivo. Le caratteristiche sono piuttosto dissimili e la scelta dipende principalmente dal tipo di utilizzo che si intende fare dei dispositivi stessi.

Matrice a Controllo Resistivo

È il tipo più economico tra i due, viene scelto solitamente quando il costo dei componenti è un fattore importante nell’ambito del progetto, ma anche quando la necessità di rappresentazione grafica si limita a componenti piuttosto semplici, come pulsanti o interruttori da premere con gesti elementari. Questo tipo di matrice, costituita da una rete di punti di contatto sensibili alla pressione, reagisce soltanto al tocco da parte dell’operatore, non ha nessuna capacità “predittiva” del contatto stesso.

Figura 7: Principio di funzionamento di una matrice resistiva. La pressione del dito (o della penna) provoca il contatto elettrico tra due punti di una rete distribuita per righe e per colonne, provocando una variazione di resistenza che dipende in modo univoco dalla posizione in cui il tocco stesso ha avuto luogo.

Matrice a Controllo Capacitivo

È il sistema più sofisticato e costoso tra i due. A differenza del primo, possiede capacità predittive, ovvero reagisce anche al solo avvicinarsi del dito al punto di contatto. Risulta particolarmente indicato nei casi in cui si faccia uso di rappresentazioni grafiche avanzate, come quella di potenziometri rotativi (a manopola) o a cursore lineare (i cosiddetti “slider”). In questi casi l’operatore non si limita semplicemente a toccare la superficie del vetro, ma descrive percorsi circolari o lineari con il polpastrello, ed è proprio per questo motivo che le matrici capacitive offrono, in casi come questi, la miglior risposta al tocco in movimento o, nei casi in cui è previsto, al tocco simultaneo in più punti (multi-touch).

Figura 8: Sistema di tocco a controllo capacitivo. In questo caso, anche il solo avvicinarsi del polpastrello alla superficie del display provoca una variazione della capacità Cp, sommando il valore Cf. Questo spiega la capacità "predittiva" del sistema.

Gestione a Livelli Multipli

Un display intelligente è in grado di gestire molteplici scenari operativi (o “Layer”), mostrandoli all’operatore al momento opportuno o se le circostanze lo richiedono. Ad esempio possono essere mostrati inizialmente i pannelli di controllo fondamentali (con le impostazioni di default) e solo se l’operatore stesso richiede di eseguire variazioni, possono essere visualizzati anche i livelli di funzione più specifica. Allo stesso modo, si possono gestire particolari visualizzazioni che vengono mostrate all’operatore soltanto in caso di anomalia, rendendo in questo modo l’interazione uomo-macchina assolutamente più efficace di quanto non sarebbe stato possibile anche con il più razionale tra i pannelli convenzionali!

Inoltre, l’uso di questa logica di visualizzazione consente anche di gestire livelli riservati esclusivamente alla manutenzione della macchina stessa, ad esempio in tutti i casi in cui il tecnico di assistenza deve accedere a funzioni di controllo e taratura molto dirette (e potenti..), che per la loro stessa natura non devono essere dischiuse agli operatori di routine.


Personalizzazione Completa del Prodotto

Oltre alla rappresentazione dei controlli convenzionale, questi dispositivi possono riprodurre anche praticamente qualsiasi tipo di file grafico, sia di tipo statico (Loghi Aziendali, Marchi, Simboli Internazionali di Pericolo, o altro) che dinamico (file GIF animati o persino veri e propri filmati mpeg), rendendo il prodotto ancora più versatile e completo.

Quale Display scegliere?

Un display intelligente deve possedere alcuni requisiti fondamentali, che cercheremo di riassumere nelle poche righe che seguono:

- Essere prodotti da Aziende di rilevanza mondiale, con una solida tradizione di settore.

- Disporre di un’elettronica potente e versatile per qualsiasi tipo di applicazione.

- Avere un sistema di retroilluminazione uniforme ed efficace, soprattutto nei piccoli formati.

- Risultare visibile da un ampio angolo di osservazione sui due assi.

- Offrire un ambiente di sviluppo veloce ed intuitivo, costantemente aggiornato nel tempo.

- Permettere un’integrazione veloce con la maggior parte dei sistemi a microcontrollore.

- Consentire modifiche facilmente implementabili anche sul campo, senza la necessità di richiamare le macchine presso l’azienda produttrice.

- Essere affidabile, resistente al tocco “pesante” e disporre di reale assistenza da parte del Distributore locale.


In Conclusione

Lo scopo qu questo articolo, come avrete notato, non era tanto quello di entrare nei dettagli specifici dei singoli prodotti, quanto quello di descrivere in modo generico le caratteristiche fondamentali dei migliori display intelligenti, allo scopo di indirizzare più velocemente tecnici, sviluppatori e progettisti alla scelta del dispositivo più indicato per le rispettive esigenze di lavoro.

Per informazioni su specifiche tecniche dettagliate e/o per ordinare il prodotto in tempo reale potete fare riferimento al nostro sito web a questa pagina: http://www.elettroshop.com/display-intelligenti/

Per qualsiasi altro quesito tecnico o commerciale non esitate a scrivere a: info@inware.it

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