Prošla su vremena kada je realizacija industrijskog HMI-a bila privilegija nekoliko najpoznatijih brendova. Prvo su u igru ušle daleko jeftiniji klonovi, čiji kvalitet je umeo da bude i upitan, toliko da su se za njih odlučivali samo entuzijasti u projektima za sopstvene potrebe. Nije prošlo mnogo vremena i na tržištu se su pojavili prvi veoma kvalitetni modeli ekonomske klase koji su svojim karakteristikama potpuno zadovoljavali i najviše standarde. Njihovu upotrebu kočili su samo neki ranije uspostavljeni odnosi i uslovljavanja velikih. Iako je tržište svakim novim modelom postajalo šarenolikije mi i dalje nismo imali uvid u hardver, a još manje u softver koji pokreće HMI modele. A onda su na scenu stupili veliki igrači otvorenog hardvera. Raspberry Pi je prvi dokazao upotrebljivost sopstvene platforme u industriji time što je upravljačke elemente svog proizvodnog pogona realizovao u potpunosti na Raspberry Pi SBC platformi. Legendarna dilema PLC ili industrijski PC postala je trilema: PLC, industrijski PC ili SBC. Možda smo i sumnjali 2020. u prve industrijske primene SBC-a, ipak danas mesta sumnji nema, postoji samo pitanje: da li ste svesni šta sve može danas jedan četvorojezgrani ARM Cortex-A76 na 2.4 GHz sa 4 (opciono 8) GB LPDDRX4 memorije sa Linux OS-om da učini u oblasti kontrole i nadgledanja industrijskih procesa. Ako bi toj platformi dodali 7″ touch LCD ekran rezolucije 1024×600 piksela i RS232/485 terminale dobili bi Edatec ED-HMI3020-070C HMI. Upravo onaj koji nam je i stigao od kompanije Edatec za potrebe ove recenzije.
Hardver Edatec ED-HMI3020-070C HMI
Edatec ED-HMI3020-070C dolazi u standardnoj kartonskoj kutiji označen nalepnicom i dobro ušuškan u tvdi sunđer. U paketu se pored ekrana dobija i par zavrtnjeva i metalnih nosača koji omogućavaju laku montažu na panel. Sam HMI je potpuno kompaktan, potrebno ga je priključiti na standardno Raspberry Pi ili neko drugo kvalitetno USB 5.1 VDC / 5 A napajanje. Budući da je Raspberry Pi 32 bitni desktop OS već instaliran, može se raditi odmah nakon podizanja sistema. Iako je ekran osetljiv na dodir istovremeno u deset tačaka, nije instalirana virtuelna tastatura, te ćete morati da koristite, bar u prvom trenutku fizičku tastaturu i miša.
Ugrađeni ekran na našem modelu je 7″, ali imajte na umu da postoji i model sa 10.1″ ekranom. Gotovo su identičnih osobina, sa tim da je 7″ nešto sjajniji 400 cd/m2 i sa kontrastom od 1:800, ali mu je maksimalna rezolucija 1024×600, dok veći radi na rezoluciji 1280×800 pix. Ejran ima vreme odziva od 30 ms i ugao vidljivosti od 85° u svim pravcima.
Koristan prostor na ekranu je dimenzija 154×86 mm i oivičen je 1.5 cm širokim crnim ramom uz svaku ivicu displeja koji ne može koristiti za prikaz slike. To je nešto sa čime se u industriji i srećemo, ali definitivno nije vrhunsko rešenje koje daju moderni ekrani mobilnih telefona li tableta. Tvrdoća površinskog sloja ekrana po mosovoj skali je 6H, što znači da je osetljiv na grebanje o čemu treba voditi računa u industrijskim primenama.
photo: magazin Mehatronika
Pozadina i ivice displeja su zaštićeni metalnim kućištem koje dodaje tanki sivi paspatu debljine 2 mm oko celog ekrana. Kućište služi i za zaštitu elektronike displeja i prilikom regularne upotrebe se ne otvara. Na njemu se sa zadnje strane nalaze dva konektora. Jedan je za napajanje, drugi je ulaz za MIPI DSI trakasti kabal. Na našem primerku ostoji predviđeno mesto bez MIPI CSI konektora, koji se može naći samo na modelima sa instegrisanom 8 MP kamerom u panelu. Na zadnjoj strani kućišta displeja nalaze se i nosači za Raspberry Pi kućište, koji je zašrafljen sa četiri zavrtnja. kućište se lako odvaja od ekrana i u njemu se nalazi SBC sa pratećom elektronikom. Potpuno je izrađen od metala i ima bocne proreze za cirkulaciju vazduha, ali nema nikakav ventilator za usmeravanje toka njegovog strujanja.
photo: magazin Mehatronika
Prvo što nam upada u oči kada pogledamo metalno kućište je veliki crni pasivni rebrasti hladnjak sa Edatec oznakom na njemu. Hladnjak potpuno sakriva SBC i naleže termalnim slojem na tri tačke: CPU, memorijski i R1 čip. Postoje otvori za MIPI CSI, MIPI DSI i PCIe trakaste kablove, konektor za bateriju, UART konektor i PoE pinove. Bočno ima mesta i za GPIO koji se ovde koristi za povezivanje dodatne ekspanzione ploče. Budući da je namena ovog modela realizovanje industrijskog HMI-a, GPIO heder je iskorišćen za signale ekspanzione kartice.
photo: magazin Mehatronika
Edatec je ovaj model otvorenog pasivnog kućišta izrađem CNC pbradom komada metala ponudio i kao samostalni proizvod. Prepoznajemo ga pod imenom Passive Cooling Open CNC Raspberry Pi 5 Case. U toj realizaciji se sastoji od dva metalna pločasta hladnjaka: gornjeg koji je identičan ovom u Edatec ED-HMI3020-070C HMI-u, i donjeg koji je potpuno prekriven termalnim slojem i priljubljuje se na Raspberry Pi 5 sa donje strane formirajući sendvič. U obe primene se pričvršćuje sa četiri duga zavrtnja. Nema dodatnog ventilatora i hladi se termalnom konvekcijom u otvorenom prostoru.
photo: magazin Mehatronika
Znali smo iz naših testova da je slobodan tok vazduha dovoljan za održavanje temperature procesora u okviru radnih vrednost, ali smo bili skeptični kako će se ovo pasivno rešenje ponašati u potpuno oklopljenom kućištu u kome se nalazi i dodatni SSD. Test nam je pokazao da nakon 37 minuta ipak dolazi do termalnog trotlovanja i da temperatura polako raste te na kraju postiže 80 °C. Stoga dolazi do obaranja radnog takta kako bi se zaustavio rast temperature koja u zatvorenom kućištu postaje potencijalno opasna za SSD i elektronske komponente uopšte. Propisana radna temperatura okruženja je u opsegu od -25 °C do 60 °C. Mi smo test zagrevanja radili pri temperaturi okoline od 30 °C, te stoga preporučujemo adekvatno odvođenje toplog vazduha u ormaru u skladu sa otvorima na kućištu HMI-a.
Screenshot: magazin Mehatronika
Unutar Raspberry Pi kućišta nalazi se dodatna ekspanziona ploča koja proširuje sopstvene komunikacione mogućnosti Raspberry Pi 5 SBC-a. Sa stanovišta potrebe za brzim pristupom veće količine podataka značajno je dodavanje SSD drajv-a koji je montiran sa donje strane i skriven je od pogleda. Svaki SSD se prirodno zagreva u toku rada, a ovde se njegova toplota, jer niema termalnog sloja na njemu, disipira u vazduh umesto na samo kućište, kao što je to slučaj sa donjom stranom SBC ploče. Ugrađen je M.2 NVMe SSD veličine 2242, mada su kompatibilni i oni dimenzija 2260 i 2230. Najčešći 2280 ne može stati zbog svoje dužine. U zavisnosti od modela, ugrađeni SSD može biti veličine 128 ili 256 GB, ali postoji i model bez SSD-a. Testovi brzine pokazali su da je ugrađeni SSD primerenog kvaliteta, te da postiže brzinu čitanja/pisanja 469/404 MB/s, a u režimu PCIe Gen 3 čitanje ide na čak 890 MB/s sa brzinom pristupa od 0,05 ms. Da li je bezbedonosno opravdano ići do granica hardvera sa ovom brzinom u industrijskom okruženju, ostaje pitanje za projektni tim u svakom pogonu.
U krajnjem desnom delu kućišta nalazi se crna plastična kutijica sa 4Ω zvučnikom od 3W. U našem primerku zvučnik je sve vreme rada puckao u toku reprodukcije zvuka. Ne možemo potvrditi da li je u pitanju loš kvalitet hardvera ili je neki od kablova ili konektora problematičan.
photo: magazin Mehatronika
U oči upada i PoE modul koji je zalemljen na ekspanzionu ploču koja uz to omogućava i dodatni buzzer, kao i audio ulaz i izlaz, industrijske RS232 i RS485 veze. Svi signali se odvode na zadnju stranu dodatnog kućišta. Na ekspanzinoj ploči dodat je SuperCAP i podrška za CR1220 backup bateriju čime se obezbeđuje kontinualo napajanje RTC-a i stabilan sistemski sat bez obzira na to da li je sam uređaj pod naponom ili ne.
photo: magazin Mehatronika
Na kućištu, sa bočne strane, gledano sa leva na desno, prvo su smeštene četiri diode: programabilna zelena ACT, crvena PWR dioda koja se pali kada je HMI upaljen, i dve zelene COM1 i COM2 diode za vizuelizaciju UART komunikacije. Nakon toga su smeštena dva 3.5 mm stereo audio džeka, jedan za ulaz i jedan za audio izlaz. Odmah do njih je kombinovani RS232/RS485 sa 120Ω terminalnim otpornikom phoenix terminal konektor. Edatec ED-HMI3020-070C HMI ima samo jedan par RS232/RS485 što je sasvim dovoljno za HMI. Retko ćete ovaj uređaj koristiti kao server, veća je verovatnoća da ćete za tu svrhu pre odabrati Edatec CM4 Industrial koji ima daleko veći broj portova i komunikacionih linija, a nema ugrađen displej.
photo: magazin Mehatronika
Do sada nabrojani konektori realizovani su preko ekspanzione kartice, naredni su konektori samog Raspberry Pi 5-a. To su: dva USB-A 2.0 sa brzinom 40/3.3 MB/s i dva USB-A 3.0 sa brzinom 394/322 MB/s za čitanje/pisanje i gigabitni PoE Ethernet port su originalni portovi sa Raspberry Pi 5 SBC-a. Uz Ethernet, Raspberrz Pi 5, pa time i ovaj HMI ima implementiran 2.4/5 GHz Wi-Fi i 5.0 Bluetooth LE, čime je pogodan i za endge primenu u okviru postojeće žične ili bežične mreže, ali se
Sa druge bočne strane, takođe SBC-ovi, su dva micro HDMI porta i jedan USB-C port za napajanje. micro HDMI portovi mogu generisati 4K sliku sa osvežavanjem od 60 Hz i time je moguće imati dodatna dva informaciona ekrana velikih dimenzija, sa mogućnošću da desktop prikazete na svakom od njih ili ga razdelite tako da se pokazuje preko dva naporedna 4k ekrana. Micro HDMI konektori nam se ne dopadaju ni na samom Raspberry Pi 5 SBC-u zbog njihove fizične nežnosti i bliskog razmeštaja.
photo: magazin Mehatronika
Tu je i otvor za uvlačenje microSD kartice na sam SBC. Mi smo u testovima brzine microSD-a koristili Flexxon FxAdv II microSD za embedovane računare i Raspberry Pi koji se na našim testovima istakao brzinom i dodatnim sigurnosnim osobinama. Brzina čitanja je bila 93.3 MB/s, brzina upisa 40 MB/s sa vremenom pristupa od 0.42 ms. Jasno označen, odmah pored je i prorez za ON/OFF dugme koje je u modelu Raspberry Pi 5 najzad realizovano na samom SBC-u. Potreban je čiljasti predmet da bi se aktiviralo ovo dugme, te je slučajna interakcija sa njim nemoguća.
photo: magazin Mehatronika
U industrijskom okruženju, oprema mora biti pravilno uzemljena, na šta su definitivno mislili u Edatec-u izvodeći posebni kontakt na metalnom kućištu, čime je definitivno rešena eventualna pojava statičkog eletriciteta ovog HMI ekrana osetljivog na dodir.
photo: magazin Mehatronika
Softver za Edatec ED-HMI3020-070C HMI
U osnovi ovog uređaja je Raspberry Pi 5 i time se nameće da je predviđeni operativni sistem Raspberry Pi OS, u 32 ili 64 bitnoj verziji, kao desktop ili server varijanta. OS se može preuzeti sa Raspberry Pi sajta i preporuka je preuzeti 64 bitnu Rapsberry Pi OS desktop verziju sa Debian 12 (bookworm), jer on najbolje što se performansi tiče odgovara hardveru Edatec ED-HMI3020-070C HMI-a. Ono što je specifično je da treba na preuzeti originalni Raspberry Pi OS dodati drajvere za sve mogućnosti ekspanzione kartice. Detaljno uputstvo modifikacije originalnog Raspberry Pi OS-a nalazi se na stranici Edatec sajta o ovom HMI-u i svodi sa na pokretanje .sh skripte u terminalu. Nakon tog, nazovimo pečovanja originalnog OS-a HMI je potpuno funkcionalan. To što je u osnovi zvanični Raspberry Pi OS garantuje stalno ažurnu verziju OS-a, ali i mogućnost korišćenja ogromne baze programa i paketa pisanih za Raspberry Pi modele. 32 bitna verzija proširuje to i na veliki broj starijih aplikacija. Powered by Raspberry Pi je stoga važna oznaka na nalepnici sa poleđine kućišta.
photo: magazin Mehatronika
U industrijskoj primeni, pored mogućnosti pisanja sopstvenih prilagođenih aplikacija, mogu se koristiti i neki odlični plaćeni i besplatni paketi. FUXA je otvorena SCADA idealna za primenu na ovoj platformi. Treba razlimisliti i o openPLC kao paketu za kontrolu rada SBC-a i pisanje standardnih lader programa i naravno Node-RED low-code programski alat.
U pametnom domu, najčešće korišćen je Home Assistant Supervised sa velikim brojem već napisanih modula za različite mrežne uređaje.
Screenshot: magazin Mehatronika
Zaključak
Edatec ED-HMI3020-070C HMI je zaokružen proizvod koji donosi spoj otvorenog softvera i hardvera, modernih SBC tehnologija, snažnih ARM jezgara i potencijalnu upotrebu AI neuralnih mreža u industrijsko upravljanje. Potvrdivši se u mnogim aplikacijama, danas je Rapspberry Pi platforma prihvaćena i sertifikovana za rad u automatizaciji mašina i procesa. Odlična softverska prodška, koja je obezbeđena vertikalnom kompatibilnošću platforme od prvih dana razvoja do danas, iznedrila je veći broj alata za upravljanje i vizuelizaciju procesa koji, bili besplatni ili komercijalni postaju standard. Integracija industrijskih komunikacionih standarda u ovu platformu donosi njeno potpuno uklapanje u proizvodni proces, ne samo performansama već i bezbednošću i pouzdanošću. Edatec je pored linije industrijskih PC računara baziranih na Raspberry Pi 4 platformi, na tržište predstavio i HMI uređaje bazirane na još jačoj i modernijoj platformi: Raspberry Pi 5.
photo: magazin Mehatronika
Sa cenom u rasponu od $200 do $300 u zavisnosti od količine memorije, veličine ugrađenog SSD-a i dimenzija tač ekrana, konkurentan je sa ekvivalentnim proizvodima niže klase čije performanse i pouzdanost umnogome prevazilazi. Podrška zajednice otvorenog koda, ali i komercijalnih proizvođača, kao što je recimo CODESYS sa svojim Codesys controll for Raspberry Pi standardizuje ovu hardversku platformu i postavlja je rame uz rame sa tradicionalno dominantnim proizvođačima hardvera u segmentu industrijske automatizacije i kontrole procesa u industriji, ali i u pametnom zgradarstvu i preciznoj poljoprivredi, segmentu nadgledanja i detekcije objekata, kao i za realizaciju embedovanih i edge rešenja.
Više informacija: Edatec stranica o HMI proizvodima
Malina314 doo se pored distribucije kompletnog programa kompanije EDATEC, bavi i prodajom SBC-a proizvođača Raspberry Pi, Waveshare i Nvidia Jetson, kao i svom pratećom mrežnom i računarskom opremom za njih. U ponudi je i veliki broj različitih kablova, adaptera, memorijskih kartica, USB drajvova. U ponudi su i HiFiBerry „Zvuk iz snova“ i ESP32 moduli.
Kontakt: Malina314 doo, office@malina314.com, prodaja@malina314.com, www.malina314.com
Sa pozadinom u električnom inženjeringu i dugom istorijom rada u stručnim časopisima, on se fokusira na ključnom sadržaju magazina Mehatronika i stoji iza brojnih inicijativa.