Panel kontrol industri adalah taman bermain mekanis, yang dilengkapi sakelar dan tombol, potensiometer linier atau putar yang digerakkan oleh roda dan penggeser. Karena bersifat mekanis, hal ini dapat menjadi sumber masalah, mulai dari sambungan solder hingga bagian yang bergerak. Dibangun untuk serangkaian tugas kontrol tertentu, mengkonfigurasi ulang papan untuk hal lain sulit, bahkan tidak mungkin. Mereka tidak mudah dipelajari cara menggunakannya, dan untuk pengoperasian yang rumit, mereka sering kali disertai dengan layar untuk menampilkan status perangkat.
Saat ini, ini adalah ras yang sekarat. Sebaliknya, perangkat baru sepenuhnya-berstatus solid; mereka menggunakan touchpad pada tampilan yang digerakkan oleh GUI (Graphical User Interfaces). Dengan mengubah gambar layar, area di atas panel sentuh secara visual terhubung ke berbagai fungsi. Ini berarti sistem tidak hanya dapat dikonfigurasi ulang tetapi juga memandu pengguna melalui operasi-mungkin saat startup atau shutdown, atau saat terjadi anomali. Meskipun pendekatan ini menawarkan antarmuka yang lebih kuat-mudah-dibersihkan dengan toleransi lingkungan yang lebih luas, pendekatan ini memerlukan biaya: perangkat lunak, seringkali perangkat lunak yang rumit.
Tentu saja, berbagai perangkat yang dikendalikan oleh layar dikelola sendiri oleh prosesor dan perangkat lunak. Masing-masing mesin berkomunikasi satu sama lain dan dengan pengontrol sistem secara keseluruhan melalui beberapa bentuk bus, seperti CAN atau Industrial Ethernet. Elemen kontrol-waktu nyata yang kuat sering kali diperlukan, dan aplikasi mungkin penting-keselamatan. Akibatnya, seluruh arsitektur sistem harus dirancang untuk mengisolasi pengontrol layar sentuh dan GUI dari keseluruhan data sistem, kecuali melalui antarmuka yang ditentukan secara aman. Hal ini memastikan bahwa masalah apa pun dengan perangkat lunak GUI tidak membahayakan keamanan keseluruhan sistem atau perangkat individual.
Isolasi ini mungkin timbul karena menjalankan semua aktivitas GUI dan layar sentuh pada prosesor terpisah yang menjalankan sistem operasi{0}}tujuan umum, sementara mengontrol aktivitas yang dijalankan pada sistem operasi-waktu nyata pada prosesornya sendiri. Prosesor dapat berupa perangkat yang independen secara fisik, inti independen pada satu chip, atau inti virtual yang dibuat oleh perangkat lunak virtualisasi.
Dalam artikel ini, meskipun kita akan membahas pengontrol yang independen secara fisik, sebagian besar pembahasan juga berlaku untuk pengontrol layar sentuh yang berjalan dalam inti virtual.
Gambar 1: Kontrol layar sentuh di lingkungan industri HMI. Dalam skenario ini, MCU/MPU yang sama tampaknya menjalankan dua perangkat: satu terhubung ke PLC melalui bus CAN, dan yang lainnya mengoperasikan antarmuka layar sentuh.
Teknologi Layar
Meskipun terdapat banyak teknologi layar sentuh, teknologi kapasitif dan resistif adalah dua teknologi yang paling umum dan dominan di pasar.
Layar resistif biasanya terdiri dari dua lapisan kaca atau plastik yang dipisahkan oleh celah udara. Satu lapisan dilengkapi kabel konduktif horizontal, sedangkan lapisan lainnya memiliki kabel vertikal. Tekanan yang diterapkan pada lapisan atas menghubungkan kabel-kabel ini, memberikan koordinat XY. Meskipun detail implementasi spesifiknya berbeda-beda, layar biasanya terhubung ke pengontrol melalui empat port.
Layar penginderaan kapasitif menggunakan berbagai teknik detail tetapi mengandalkan zat konduktif (seperti jari) untuk mengubah kapasitansi area layar, kemudian mendeteksi perubahan ini sebagai koordinat XY. Penginderaan kapasitif memiliki keterbatasan dalam aplikasi industri: jika jari berada di dalam sarung tangan, terutama sarung tangan kerja berat, perubahan kapasitansi mungkin tidak mencukupi untuk diukur, dan faktor lingkungan seperti emisi RF dapat memengaruhi kapasitansi. Kedua teknologi tersebut mendukung input multi-sentuh-misalnya, dua jari direntangkan atau dirapatkan untuk memperbesar atau memperkecil elemen GUI.
Ukuran layar sangat bervariasi. Di salah satu ujung spektrum terdapat layar besar 32 inci dari produsen seperti 3M; di sisi lain, layar sekecil diagonal 3,5" (2,83" x 2,07").
GUI
Layar sentuh menampilkan beberapa bentuk GUI. Ini bisa berupa antarmuka umum, seperti versi Windows, atau dapat berupa antarmuka yang dibuat khusus untuk aplikasi tersebut. Jelasnya, jumlah memori yang tersedia di pengontrol akan menjadi faktor penting dalam pemilihan antarmuka. Faktor lainnya termasuk kompleksitas tampilan yang dibutuhkan, kendala biaya, dan ukuran tampilan.
Kualitas gambar yang ditampilkan tidak selalu dieksplorasi secara menyeluruh. Memilih beberapa simbol atau ikon dari perpustakaan dan menempatkannya di layar tidaklah cukup. Ada banyak penelitian tentang desain antarmuka, dan kelompok dalam ISA (International Society of Automation) tampaknya sedang mengerjakan standar ISA101.
Gambar 3: Atmel menggabungkan antarmuka layar sentuh khusus di banyak prosesornya, dan beberapa juga menampilkan akuisisi perangkat keras QTouch sebagai antarmuka periferal khusus.Mikrokontroler
Banyak produsen mikrokontroler kini menawarkan dukungan penginderaan sentuhan, meskipun dukungan ini biasanya ditargetkan pada perangkat genggam dan portabel. Di sektor industri, Atmel telah menjadi pemain kunci, terutama setelah mengakuisisi Quantum Research, produsen-perangkat sensitif sentuhan-khususnya penggeser, roda, dan tombol. Selain pengontrol layar sentuh khusus AT42QT yang luas, perusahaan mengembangkan perpustakaan perangkat lunak kontrol layar sentuh QTouch untuk mikrokontroler dan menambahkan "saluran sentuh" untuk menghubungkan layar sentuh dengan berbagai keluarga prosesor, termasuk seri AVR UC3 dan AT Mega dan X Mega, serta pengontrol LCD. Beberapa model, seperti anggota tertentu dari seri tinyAVR, juga menyertakan akuisisi perangkat keras QTouch. Mikrokontroler ini didukung oleh berbagai perangkat pengembangan dan evaluasi.
Texas Instruments (TI) telah mengembangkan serangkaian aplikasi layar sentuh "Smart Display Modules" berdasarkan prosesor ARM Cortex-M3 Stellaris. Ini berfungsi sebagai desain referensi dan didukung oleh skema, bill of material, file Gerber untuk tata letak PCB, dan aplikasi sampel. Selain itu, TI akan memperluas cakupannya dan menawarkan modul untuk penjualan volume, sehingga menyederhanakan produksi untuk aplikasi tertentu. Tersedia tiga model, semuanya menargetkan aplikasi industri dengan-prosesor yang diperkeras suhunya. Opsinya mencakup Power over Ethernet dan Gigabit Ethernet, masing-masing dilengkapi layar 2,8{10}inci dengan opsi layar 3,5 inci yang lebih besar. Produk-produk ini didukung oleh perangkat lunak dan perpustakaan grafis Stellaris, serta ekosistem yang lebih luas di sekitar Cortex-M3.
Infineon telah memperkenalkan pengontrol-penginderaan sentuh sebagai salah satu antarmuka periferal untuk mikrokontroler XC82x dan XC83x 8-bitnya. Pengontrol ini terutama dirancang untuk tombol LED sederhana, penggeser, atau panel roda, berbagi antarmuka layar dengan pengontrol matriks LED melalui multiplexing pembagian waktu.
Microchip telah mengembangkan teknologi penginderaan kapasitif "Metal Cap". Teknologi ini menempatkan panel depan (bisa berupa baja tahan karat, aluminium, atau bahan lain yang sesuai) pada PCB, dengan celah udara kecil di antara keduanya. Simbol di permukaan atas mewakili sensor pada PCB. Tekanan menyebabkan permukaan atas membelok, mengubah celah antara panel dan sensor, sehingga mengubah kapasitansi. Tergantung pada aplikasinya, perangkat lunak kontrol dapat membedakan antara sentuhan lembut dan keras. Metal Cap sangat relevan untuk lingkungan industri yang memerlukan peralihan sederhana, dan perpustakaan perangkat lunak mTouch mendukung sentuhan kapasitif. Banyak anggota keluarga mikrokontroler PIC 8-bit, 16-bit, dan 32-bit mendukung fitur ini. Ini dikombinasikan dengan kontrol tampilan, antarmuka CAN bus, dan antarmuka USB pada produk tertentu. Untuk mendukung aplikasi ini, kami menawarkan serangkaian perangkat pengembangan dan evaluasi.
Gambar 4: Sensor "logam-tertutup" pada Microchip menggunakan panel logam yang berubah bentuk untuk mengubah kapasitansi.
Sebagian besar produk mikrokontroler untuk kontrol layar sentuh digunakan pada perangkat portabel dan genggam. Banyak pemasok mikrokontroler telah mengembangkan pustaka kontrol layar sentuh yang berjalan pada produk standar mereka, berkomunikasi dengan pengontrol melalui saluran-tujuan umum I/O (GPIO) standar. Meskipun perpustakaan ini dapat digunakan dalam aplikasi kontrol industri, prosesor yang menjalankannya mungkin tidak tahan terhadap kondisi keras yang biasanya terkait dengan lingkungan industri. Hal ini terutama berlaku ketika perancang mikrokontroler memprioritaskan konsumsi daya yang rendah-hal ini tidak mengejutkan untuk perangkat portabel yang masa pakai baterai tetap menjadi perhatian utama.
Antarmuka layar sentuh akan memainkan peran yang semakin penting dalam otomasi industri karena ketahanan dan kemampuannya untuk menahan kenyataan keras di lingkungan manufaktur. Namun, meskipun tampaknya mudah untuk diterapkan, desainer harus memperhatikan desain antarmuka dan hubungan antara perangkat lunak antarmuka dan perangkat lunak yang menjalankan aplikasi penting keselamatan-agar dapat berfungsi secara efektif.