شاشات راسبيري باي لواجهات المستخدم الصناعية

بديل منخفض التكلفة للوحات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة التقليدية

بناء واجهات تشغيل عملية باستخدام شاشات Raspberry Pi، وشاشات اللمس الصناعية، وبنية عرض HMI منخفضة التكلفة

من إعداد الفريق الفني لشركة كادي ديسبلاي |  www.kadidisplay.com

لماذا تدخل واجهة المستخدم الرسومية Raspberry Pi إلى الحوار الصناعي؟

لسنوات عديدة، كان الحل الأمثل لعرض بيانات الآلات بسيطًا: شراء لوحة تحكم HMI تقليدية من نفس نظام الأتمتة المستخدم في وحدة التحكم. ولا يزال هذا الخيار منطقيًا لخطوط الإنتاج الخاضعة للوائح، والآلات الحساسة للسلامة، والمنشآت التي يكون فيها دعم المورد طويل الأمد أهم من تكلفة الأجهزة. مع ذلك، ظهرت فئة أخرى من المشاريع بسرعة: الآلات التجريبية، وتجهيزات المختبرات، والأكشاك الذكية، ومحطات بيانات المصانع، ومعدات الإنتاج بكميات صغيرة، وصناديق المراقبة عن بُعد، وبوابات إنترنت الأشياء الصناعية (IIoT) التي تحتاج إلى شاشة تشغيل واضحة ولكنها لا تحتاج إلى جميع ميزات لوحة تحكم HMI كاملة.

هنا تبرز أهمية شاشات Raspberry Pi. إذ يمكن لواجهة المستخدم الرسومية (HMI) المبنية على Raspberry Pi أن تجمع بين حاسوب لوحي أحادي منخفض التكلفة، وشاشة لمس، ولوحات تحكم عبر الإنترنت، ومنطق Python أو Node-RED، وبيانات MQTT، وبوابات Modbus، وهيكل مخصص، لتشكل شاشة لمس صناعية مرنة. لا تُعد هذه الشاشة بديلاً مباشراً لجميع لوحات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، بل هي بنية عرض HMI منخفضة التكلفة للمشاريع التي تتطلب الانفتاح، وسرعة التطوير، ومرونة البرمجيات.

تُعدّ الجدوى الاقتصادية السبب الرئيسي الذي يدفع الناس إلى التفكير في Raspberry Pi. تُدرج Raspberry Pi وحدة الحوسبة 4 بسعر يبدأ من 41.25 دولارًا أمريكيًا، وتصفها بأنها تُستخدم في العديد من الحلول الصناعية. كما تُشير وثائق Raspberry Pi إلى استخدام وحدات الحوسبة في التطبيقات التجارية والصناعية، مثل اللافتات الرقمية، وأجهزة العميل الخفيفة، وأتمتة العمليات. لا يشمل سعر الجهاز الشاشة، أو الغلاف، أو تحويل الطاقة، أو حماية الإدخال/الإخراج، أو هندسة البرمجيات، أو متطلبات الامتثال، ولكنه يُفسّر سبب تساؤل مصممي الأنظمة عما إذا كان من الممكن بناء شاشة عرض HMI منخفضة التكلفة باستخدام Raspberry Pi بدلاً من لوحة تحكم خاصة.

السؤال الأهم ليس ما إذا كان Raspberry Pi أرخص، بل أين يكون استخدامه مناسبًا. يجب تقييم شاشة Raspberry Pi كجزء من نظام واجهة المستخدم الرسومية (HMI): واجهة العرض، وتقنية اللمس، ودرجة حرارة التشغيل، وموثوقية الإقلاع، وسعة التخزين، وإحكام إغلاق الغلاف، وسلوك التداخل الكهرومغناطيسي، وحماية الطاقة، ودعم البروتوكولات، ونموذج الصيانة، كلها عوامل مهمة. عند معالجة هذه الجوانب بشكل صحيح، يمكن أن يصبح Raspberry Pi بديلاً عمليًا لواجهة المستخدم الرسومية (HMI) لوحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) في المشاريع الصناعية المناسبة.

واجهة المستخدم الرسومية التقليدية لوحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) مقابل واجهة المستخدم الرسومية لراسبيري باي: فلسفات تصميم مختلفة

تُبنى لوحات التحكم التقليدية لأنظمة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) على أساس الاستقرار، والتكامل مع الموردين، والملحقات المعتمدة، وفترة الدعم المتوقعة. وتشمل عادةً مدخلات طاقة صناعية، وآليات تثبيت على اللوحة، وبرمجيات مرتبطة بنظام PLC، وسير عمل تكوين مألوف لمهندسي الأتمتة. بالنسبة للمصانع التي تعمل على مدار الساعة، لا تُعد هذه الميزات ترفًا، بل تُقلل من مخاطر التشغيل.

يبدأ تصميم واجهة المستخدم الرسومية (HMI) باستخدام Raspberry Pi من نقطة مختلفة، فهي أقرب إلى حاسوب مدمج مزود بشاشة عرض. يمكن أن يكون البرنامج عبارة عن لوحة تحكم عبر متصفح الويب، أو تطبيق Qt، أو واجهة Node-RED، أو لوحة Grafana، أو واجهة مستخدم رسومية بلغة Python، أو برنامج CODESYS للتصور، أو تطبيق Linux مخصص. بدلاً من التساؤل عما إذا كانت الشاشة تنتمي إلى عائلة PLC، يتساءل المصمم عما إذا كانت واجهة المستخدم الرسومية قادرة على قراءة البيانات بشكل موثوق، وعرض الإنذارات بوضوح، ومقاومة الظروف البيئية، وإمكانية صيانتها طوال دورة حياة المنتج.

يُتيح هذا الاختلاف حريةً ومسؤوليةً في آنٍ واحد. فشاشة Raspberry Pi قد تكون رخيصة الثمن وقابلة للتخصيص بدرجة كبيرة، ولكن على مُكامل النظام هندسة التفاصيل التي يُخفيها عادةً مُورّدو واجهات المستخدم الرسومية لوحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). ويشمل ذلك سلوك الإيقاف، واستهلاك الذاكرة، واستعادة نظام المراقبة، والعزل الكهربائي، والتأريض، ومعايرة اللمس، ووضوح الرؤية تحت أشعة الشمس، وتحديثات البرامج الثابتة، والأمن السيبراني.

طبقة العرض: لماذا تُعدّ الشاشة بنفس أهمية جهاز Raspberry Pi

تفشل العديد من مشاريع واجهة المستخدم الرسومية (HMI) باستخدام Raspberry Pi في طبقة العرض، وليس في المعالج. قد تعمل شاشة مجموعة التطوير على طاولة العمل، لكنها تُخيب الآمال في المصنع بسبب انخفاض سطوعها، أو هشاشة لوحة اللمس، أو ضعف زاوية الرؤية، أو عدم متانة وصلة الكابلات لتحمل الاهتزازات. أما في واجهات المستخدم الرسومية الصناعية، فالشاشة هي الجزء الذي يلمسه المشغل يوميًا.

قوائم عرض كادي وحدات عرض Raspberry Pi باستخدام خيارات شاشة TFT وشاشة اللمس، مع وصلة FPC واحدة تدعم إخراج الفيديو والتحكم باللمس وإمداد الطاقة لتطبيقات Raspberry Pi المدمجة والصغيرة. كما تشير مقالة Raspberry Pi DSI إلى أن الأنظمة الصناعية المدمجة يمكنها استخدام Raspberry Pi كوحدات تحكم HMI، وأن DSI يتطلب توصيلًا صحيحًا للأجهزة، وخطوط طاقة، وتراكبات شجرة الأجهزة، وبرامج تشغيل، بدلاً من سلوك التوصيل والتشغيل البسيط.

بالنسبة للتركيبات الأكبر أو الأبسط، غالبًا ما يكون استخدام شاشة لمس HDMI بالإضافة إلى USB أسهل. من شركة كادي ديسبلاي شاشة صناعية جاهزة للاستخدام مقاس 12.3 بوصة يستخدم منفذ HDMI 1.4a أو منفذ Type-C للفيديو، وشاشة لمس USB، وسطوع 800 شمعة، ويعمل في نطاق درجات حرارة من -20 إلى 70 درجة مئوية، ومدخل طاقة من 6 إلى 27 فولت. تشير الصفحة نفسها إلى توافقه في معظم الحالات مع Raspberry Pi وJetson عبر منفذ HDMI وشاشة اللمس USB، مع إمكانية تخصيص التوصيلات والكابلات والتركيب والهيكل. هذا النوع من المنتجات يناسب مشروع واجهة المستخدم الرسومية (HMI) الخاص بـ Raspberry Pi بشكل أفضل من شاشة جهاز لوحي للاستخدام الشخصي.

يُعدّ السطوع عاملاً مهماً أيضاً. قد تكون شاشة بسطوع 400 شمعة/م² مناسبة لغرفة الخزائن أو محطة العمل الداخلية. بينما تُعدّ شاشة اللمس الصناعية بسطوع 800-1000 شمعة/م² أكثر ملاءمةً لأرضيات المصانع المضيئة، والأكشاك، أو المحطات شبه الخارجية. ويُنصح باستخدام شاشة LCD عالية السطوع بسطوع 1500-2000 شمعة/م² عند وجود ضوء الشمس المباشر في مكان التركيب. يجب أن يُراعي اختيار الشاشة الإضاءة المحيطة، وتصميم الهيكل، وزاوية رؤية المستخدم، وليس سعر لوحة Raspberry Pi.

الجدول 1. مقارنة عملية بين لوحة التحكم PLC HMI ولوحة التحكم Raspberry Pi HMI

خيارات الواجهة: HDMI، MIPI DSI، LVDS، وUSB Touch

عادةً ما تتصل واجهة المستخدم الرسومية (HMI) الخاصة بـ Raspberry Pi بالشاشة عبر مسارين: HDMI مع خاصية اللمس عبر USB، أو MIPI DSI. يُعدّ HDMI المسار الأسهل والأكثر مرونة، فهو سهل الاختبار، ويعمل مع العديد من الشاشات، ويتيح توصيل الشاشات وتشغيلها مباشرةً، كما يمكن استخدامها مع أجهزة الكمبيوتر التي تعمل بنظامي Windows وLinux، ولوحات Jetson، وأنظمة x86 المدمجة. بالنسبة لشاشة اللمس الصناعية المثبتة داخل خزانة، غالبًا ما يكون استخدام HDMI مع خاصية اللمس عبر USB هو أسرع طريقة للوصول إلى نموذج أولي عملي.

تتميز واجهة MIPI DSI بتصميمها المدمج والأنيق عندما تكون الشاشة قريبة من اللوحة. فهي تقلل من حجم الموصلات وتدعم تصميمات الأجهزة المدمجة الرقيقة. لكن هذا يتطلب جهدًا أكبر في عملية التكامل. (Kadi Display) إرشادات DSI يشير إلى أن تقنية DSI ليست سهلة الاستخدام كتقنية HDMI، وتحتاج إلى التوصيل المناسب، وخطوط الطاقة، والطبقات الإضافية، وبرامج التشغيل. وهذا ما يجعل DSI جذابة لمنتجات الشركات المصنعة للمعدات الأصلية، ولكنه أكثر تطلبًا للمشاريع الصناعية الفردية.

لا تزال تقنية LVDS شائعة الاستخدام في الشاشات الصناعية التي يتراوح حجمها بين 7 و21 بوصة تقريبًا، نظرًا لمتانتها وقدرتها على تحمل مسارات الكابلات الداخلية الطويلة، ودعمها الواسع من قبل وحدات LCD الصناعية. قد يحتاج جهاز Raspberry Pi إلى لوحة محول أو جسر لاستخدام لوحات LVDS. ويمكن تبرير هذه المكونات الإلكترونية الإضافية عندما لا يتوفر حجم الشاشة أو سطوعها أو متانتها المطلوبة عبر منفذ DSI أو HDMI المباشر.

قاعدة الاختيار العملية بسيطة: استخدم HDMI بالإضافة إلى USB اللمسي من أجل السرعة وسهولة الصيانة والتوافق عبر الأنظمة الأساسية؛ استخدم MIPI DSI للمنتجات المدمجة الصغيرة؛ استخدم LVDS أو eDP عندما يتطلب نظام اللوحة أو التصميم الميكانيكي ذلك.

نموذج التكلفة: أين تكون الوفورات حقيقية وأين لا تكون كذلك

قد يكون مصطلح "شاشة عرض تفاعلية منخفضة التكلفة" مضللاً. صحيح أن لوحة Raspberry Pi رخيصة الثمن، لكن شاشة العرض التفاعلية الصناعية ليست مجرد معالج. تتضمن قائمة المكونات الواقعية لوحة Raspberry Pi أو وحدة الحوسبة، ولوحة الحامل، ووحدة العرض، ولوحة اللمس السعوية، والزجاج الواقي، وحماية مدخل الطاقة، والهيكل، ومعدات التثبيت، والكابلات، ووحدة التخزين، والتصميم الحراري، ووقت هندسة البرمجيات.

تكون الوفورات أكبر ما يمكن عندما يتطلب المشروع برمجيات مرنة، وواجهة مستخدم مخصصة، واتصالاً بالإنترنت، ووسائط متعددة، وتسجيل بيانات، أو تطويراً سريعاً. يمكن لجهاز Raspberry Pi تشغيل نظام Linux كاملاً، وعرض لوحة تحكم عبر المتصفح، وتخزين السجلات المحلية، ونشر البيانات عبر MQTT، وتحديث الرسوم البيانية دون التقيد بسير العمل الجامد للعديد من برامج تحرير واجهة المستخدم الرسومية لوحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). في الإنتاج بكميات صغيرة أو معدات الشركات المصنعة للمعدات الأصلية (OEM)، قد تفوق قيمة هذه المرونة البرمجية قيمة الوفورات في الأجهزة.

تقلّ وفورات التكاليف عندما يتطلب المشروع وحدات إدخال/إخراج صناعية معتمدة، وتحكمًا دقيقًا وحتميًا، ووظائف أمان، ومسؤولية طويلة الأمد من المورّد. في هذه الحالات، يجب أن تبقى وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) هي الجهة المسؤولة عن التحكم. يمكن لواجهة المستخدم الرسومية (HMI) الخاصة بـ Raspberry Pi أن تعمل كواجهة تشغيل، أو لوحة تحكم طرفية، أو محطة صيانة، ولكن لا ينبغي أن تحل محل منطق الأمان أو التحكم في الوقت الفعلي إلا إذا تم تصميم النظام بالكامل والتحقق من صحته لهذا الغرض.

الموثوقية: قائمة التحقق التي تميز واجهة المستخدم الصناعية عن مشروع الصانع

لا يصبح نظام واجهة المستخدم الرسومية (HMI) المصنوع من Raspberry Pi صناعيًا إلا إذا كان التصميم المحيط به صناعيًا أيضًا. أولى المشكلات هي التخزين. قد تتعطل بطاقات microSD القياسية نتيجة الكتابة المتكررة، أو انقطاع التيار الكهربائي المفاجئ، أو الاهتزاز. عادةً ما تكون تصميمات وحدات الحوسبة المزودة بوحدات تخزين eMMC، وأنظمة تشغيل للقراءة فقط، وتدوير السجلات، أو محركات أقراص الحالة الصلبة (SSD) الصناعية الخارجية، أكثر ملاءمة للأجهزة طويلة العمر.

أما المسألة الثانية فهي الطاقة. غالبًا ما تحتوي خزائن المصانع على ضوضاء التبديل، وانخفاضات الجهد، وأحمال المرحلات، والمحركات، وكابلات طويلة. لا ينبغي تزويد جهاز Raspberry Pi بالطاقة كما لو كان جهازًا تجريبيًا مكتبيًا. استخدم مصدر طاقة تيار مستمر صناعيًا مستقرًا، وحماية من زيادة التيار، وحماية من عكس القطبية، وصمامات، وتأريضًا مناسبًا، وعند الحاجة، واجهات اتصال معزولة.

المسألة الثالثة هي الاستعادة. من المتوقع أن تُعاد تشغيل لوحة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) بسلاسة بعد انقطاع التيار الكهربائي. وينطبق الأمر نفسه على واجهة المستخدم الرسومية (HMI) الخاصة بجهاز Raspberry Pi: خدمة مراقبة النظام، وإعادة تشغيل التطبيق تلقائيًا، واستراتيجية إيقاف تشغيل آمنة، وعملية تحديث موثقة. عندما تكون شاشة المشغل جزءًا من بيئة الإنتاج، فإن تعطل واجهة المستخدم الرسومية يُعدّ توقفًا عن العمل.

المسألة الرابعة هي التصميم الميكانيكي. يجب أن تستخدم الشاشة لوحة لمس متينة، وغطاءً زجاجيًا، وسطوعًا مناسبًا، ونظام تثبيت كابلات موثوقًا، وهيكلًا أماميًا مناسبًا للغبار والزيوت والقفازات وسوائل التنظيف والرطوبة. (Kadi Display) فئة شاشات اللمس TFT يركز على التحكم الصناعي، والأنظمة المدمجة، وخيارات اللمس، ومرونة الواجهة، ودعم OEM/ODM، وهي نقاط مهمة لنقل شاشة Raspberry Pi من النموذج الأولي إلى المعدات.

الجدول 2. قائمة التحقق من تصنيع واجهة المستخدم الرسومية لراسبيري باي

هندسة البرمجيات: واجهة المستخدم الرسومية على الويب، وNode-RED، وQt، وCODESYS

توفر واجهة المستخدم الرسومية (HMI) المبنية على Raspberry Pi للمصمم مسارات برمجية متعددة. غالبًا ما تكون واجهة المستخدم الرسومية عبر الويب هي الأسهل صيانةً. يعمل Raspberry Pi بنظام Chromium في وضع الكشك، ويقوم بتحميل لوحة تحكم محلية أو عن بُعد. يُعد هذا مناسبًا لشاشات SCADA-lite، وصفحات حالة الآلات، ومحطات فحص الجودة، ولوحات معلومات الطاقة، ومحطات الصيانة.

يُعدّ Node-RED مفيدًا لمشاريع تدفق البيانات التي تجمع بين Modbus وMQTT وواجهات برمجة تطبيقات HTTP وقواعد البيانات ولوحات المعلومات البسيطة. وهو ليس بديلاً عن برنامج PLC مُدقّق، ولكنه ممتاز لربط مصادر البيانات وإنشاء شاشات تشغيل بسيطة.

تُعدّ تطبيقات Qt وPython وتطبيقات Linux المُخصصة أكثر فعالية عندما تتطلب واجهة المستخدم تحكمًا دقيقًا، أو العمل دون اتصال بالإنترنت، أو أن تكون مُخصصة للعلامة التجارية، أو حساسة للأداء. قد يكون نظام CODESYS للتصور البصري خيارًا جذابًا عندما يرغب الفريق في هندسة على غرار معيار IEC 61131-3 وسلوك أقرب إلى سلوك وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) على المنصات المتوافقة. يكمن الحل في فصل المسؤوليات: فالتحكم الحتمي يقع على عاتق وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة أو وحدة التحكم في الوقت الحقيقي؛ بينما يمكن أن تتولى واجهة المستخدم الرسومية (HMI) الخاصة بـ Raspberry Pi وظائف التصور البصري، وإدارة الوصفات، والتسجيل، وسير عمل الصيانة، والاتصال الطرفي.

أين تناسب شاشات راسبيري باي بشكل أفضل

لا تُعدّ أفضل التطبيقات عادةً أنظمة التحكم في الإنتاج ذات المخاطر العالية، بل هي تلك التي يحتاج فيها المشغلون إلى معلومات، ولكن لا يُبرر النظام استخدام لوحة تحكم كاملة خاصة به. ومن الأمثلة على ذلك: آلات التعبئة والتغليف الصغيرة، ومحطات الاختبار، ووحدات التحكم في الزراعة الذكية، ووحدات معالجة المياه، وأجهزة المختبرات، ولوحات خدمة شواحن السيارات الكهربائية، ومحطات مراقبة الطاقة، ولوحات معلومات تحديث الآلات، وشاشات صيانة خلايا الروبوت، ومحطات المستودعات.

تُعدّ واجهة المستخدم الرسومية (HMI) المُصممة باستخدام Raspberry Pi مفيدةً أيضًا كلوحة تحكم ثانوية بجانب واجهة المستخدم الرسومية (HMI) المُصممة باستخدام وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC). تبقى لوحة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة هي لوحة التحكم الرسمية للمشغل، بينما تعرض شاشة Raspberry Pi التحليلات، ومعاينة الكاميرا، وسجل الإنتاج، وأدلة الصيانة، وكتيبات PDF، وحالة الدعم عن بُعد، وبيانات إنترنت الأشياء الصناعية (IIoT). يتجنب هذا النهج الهجين الاختيار الخاطئ بين واجهة المستخدم الرسومية المُصممة باستخدام وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة وواجهة Raspberry Pi. في العديد من المصانع، يُعدّ التصميم الأمثل هو الجمع بينهما.

بالنسبة لمصنعي المعدات الأصلية، تُعد شاشات Raspberry Pi خيارًا جذابًا عندما يتطلب الأمر تغيير واجهة المنتج بشكل متكرر. قد تكون برامج واجهة المستخدم الرسومية التقليدية فعالة لشاشات التشغيل الآلي، ولكنها أقل مرونة لتصميم واجهات المستخدم الحديثة، والمحتوى متعدد اللغات، وتسجيل الدخول السحابي، وواجهات برمجة تطبيقات الويب، والفيديو، أو العلامة التجارية للعميل. تتميز واجهة المستخدم الرسومية القائمة على Raspberry Pi بمظهر وسلوك أقرب إلى الأجهزة المدمجة الحديثة، مع قدرتها على التواصل مع وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) وأجهزة الاستشعار.

متى يكون استخدام واجهة المستخدم الرسومية (HMI) من Raspberry Pi خيارًا خاطئًا

لا ينبغي لمقال مُحسّن لمحركات البحث متوازن أن يدّعي أن Raspberry Pi يحل جميع مشاكل واجهة المستخدم الرسومية. فهو خيار غير مناسب عندما يتطلب المشروع تحكمًا معتمدًا للسلامة، أو ضمانًا لدورة حياة المنتج من قِبل المورّد، أو تحكمًا صارمًا ومُدقّقًا في تغييرات البرمجيات، أو شهادة للمواقع الخطرة، أو تكاملًا عميقًا مع نظام الإنذار والوصفات الخاص بمورّد واحد لوحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC). وقد يكون خيارًا غير مناسب أيضًا عندما يرفض فريق صيانة المصنع الأنظمة القائمة على Linux أو لا يستطيع دعم البرامج المُخصصة.

يُعدّ اختيار شاشات المستهلكين مخاطرةً أيضاً. فالشاشات منخفضة التكلفة قد تعاني من زوايا رؤية رديئة، وإضاءة خلفية ضعيفة، وكابلات قصيرة، وموصلات هشة، وأداء لمس غير مستقر، فضلاً عن عدم وضوح نطاق درجة حرارة التشغيل. أما في مشاريع شاشات اللمس الصناعية، فإنّ مورد الشاشة لا يقل أهمية عن طراز Raspberry Pi نفسه.

ومن العلامات التحذيرية الأخرى تحديثات البرامج غير المنضبطة. يمكن لمشروع هواة تحديث الحزم بحرية، بينما لا يمكن ذلك في واجهة المستخدم الرسومية (HMI) المستخدمة في المصانع. يجب أن تحتوي أي واجهة مستخدم رسومية (HMI) مبنية على Raspberry Pi تُستخدم في الإنتاج على صورة نظام تشغيل ثابتة، وحزمة تطبيقات مُرقمة الإصدار، وطريقة للتراجع عن التحديثات السابقة، وبيانات اعتماد موثقة، وإجراءات استعادة صورة احتياطية.

أمثلة على أسلوب دراسة الحالة

مثال 1: تقوم شركة تصنيع معدات أصلية صغيرة ببناء جهاز اختبار مكتبي. واجهة المستخدم الرسومية التقليدية (HMI) المزودة بوحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) مستقرة، لكنها تجعل واجهة المستخدم تبدو قديمة وتزيد من تكلفة المنتج الذي يتم شحنه بكميات قليلة. جهاز Raspberry Pi 5 مع شاشة لمس صناعية مقاس 10.1 بوصة مزودة بمنفذ HDMI يقوم بتشغيل تطبيق ويب محلي، ويسجل نتائج الاختبار في قاعدة بيانات، ويتصل بوحدة تحكم دقيقة عبر منفذ USB أو RS485. في هذه الحالة، تُعد شاشة Raspberry Pi شاشة عرض HMI ممتازة ومنخفضة التكلفة لأن مخاطر التحكم منخفضة وواجهة المستخدم مهمة.

مثال ٢: يحتاج خط إنتاج الأغذية إلى لوحة تحكم رئيسية للحركة، والوصفات، والإنذارات، والتنظيف، وإجراءات الطوارئ. في هذه الحالة، تظل واجهة المستخدم الرسومية (HMI) لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) هي الواجهة الأساسية المناسبة. يمكن إضافة واجهة مستخدم رسومية (HMI) من نوع Raspberry Pi كلوحة تحكم ثانوية لعرض فعالية المعدات الكلية (OEE)، وأدلة الصيانة، وبيانات الطاقة، أو معاينة الكاميرا، ولكن لا ينبغي استبدال لوحة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) المعتمدة بها دون إجراء تقييم شامل للمخاطر.

مثال 3: تحتاج محطة ضخ بعيدة إلى شاشة خدمة محلية. يزورها المشغل من حين لآخر، ويقرأ الحالة، ويغير المعايير غير الحرجة، ويتحقق من سجل الإنذارات. قد يساهم استخدام وحدة حسابية Raspberry Pi مزودة بذاكرة eMMC، وشاشة لمس صناعية، وبروتوكول Modbus TCP للاتصال، وعلبة محكمة الإغلاق، في خفض التكلفة مع توفير لوحة بيانات أفضل من واجهة المستخدم الرسومية (HMI) الصغيرة الخاصة.

ملخص: بديل عملي، وليس بديلاً شاملاً

أصبحت شاشات Raspberry Pi خيارًا جديًا لواجهات المستخدم الصناعية نظرًا لأنها تجمع بين انخفاض تكلفة الأجهزة، ومرونة البرامج القوية، وقدرات واجهة المستخدم الحديثة، ونطاق واسع من الميزات. خيارات واجهة العرضيمكن أن يكون جهاز Raspberry Pi HMI بديلاً عمليًا لجهاز PLC HMI للآلات التجريبية ومعدات OEM ومحطات البيانات ولوحات المراقبة عن بعد وواجهات التشغيل منخفضة المخاطر.

يكمن السر في الهندسة النزيهة. لا ينبغي التعامل مع Raspberry Pi كلوحة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) معتمدة إلا إذا تم تصميم النظام بالكامل واختباره ودعمه وفقًا لذلك. استخدم شاشات عرض صناعية، واحمِ مسار الطاقة، واختر وحدة تخزين موثوقة، وقم بتأمين صورة البرنامج، وخطط لاستعادة النظام ميدانيًا، واحتفظ بالتحكمات بالغة الأهمية للسلامة داخل وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) أو وحدة تحكم مناسبة.

في العديد من المشاريع، لا يكمن الحل الأمثل في المفاضلة بين وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) وواجهة المستخدم الرسومية (HMI) وراسبيري باي. بل يكمن الحل الأمثل في استخدام كل منهما في نقاط قوته: أجهزة PLC للتحكم الدقيق والموثوقية العالية التي تضاهي معايير المصانع؛ وشاشات راسبيري باي لعرض البيانات بمرونة، ولوحات تحكم طرفية، وسير عمل مخصص، وواجهات مستخدم رسومية مدمجة تراعي التكلفة. وهنا تبرز أهمية شاشة واجهة المستخدم الرسومية منخفضة التكلفة، ليس فقط من حيث السعر، بل أيضاً من حيث الفائدة.

ملاحظات المصدر

تم تحميل مستند مرجعي للتنسيق والأسلوب الهيكلي: 10-brightness-spectrum-framework.docx.

Raspberry Pi Compute Module 4 product page: https://www.raspberrypi.com/products/compute-module-4/

Raspberry Pi Compute Module documentation: https://www.raspberrypi.com/documentation/computers/compute-module.html

Raspberry Pi 5 product page: https://www.raspberrypi.com/products/raspberry-pi-5/

Kadi Display Raspberry Pi display category: https://www.kadidisplay.com/product_category/displays-for-raspberry-pi/

Kadi Display MIPI DSI Port on Raspberry Pi article: https://www.kadidisplay.com/blog-news/what-is-the-mipi-dsi-port-on-raspberry-pi-and-how-is-it-used/

Kadi Display 10 inch Raspberry Pi touchscreen setup article: https://www.kadidisplay.com/blog-news/how-to-set-up-a-10-touchscreen-lcd-for-raspberry-pi-2/

Kadi Display 12.3 inch IPS HDMI industrial monitor product page: https://www.kadidisplay.com/products/12-3-inch-ips-monitor-with-capacitive-touch-hdmi-plug-play-industrial-display/

Kadi Display display interface selection guide: https://www.kadidisplay.com/blog-news/display-interface-selection-guide/

Kadi Display TFT LCD touch display category: https://www.kadidisplay.com/product_category/displays-tft-touch-2/

تنصل: هذه المقالة مخصصة للتسويق التقني والتعليم الهندسي. مواصفات المنتج، والتكاليف، والتوافق، وسطوع الإضاءة الخلفية، ودرجة حرارة التشغيل، وقيم العمر الافتراضي هي مؤشرات عامة وقد تختلف باختلاف الطراز، والمورد، وإصدار نظام التشغيل، والهيكل، وبيئة التشغيل. Raspberry Pi هي علامة تجارية مسجلة لشركة Raspberry Pi Ltd. أما PLC وHMI وHDMI وLinux وModbus وOPC UA وMQTT وغيرها من الأسماء فهي ملك لأصحابها المعنيين. يُرجى التحقق من متطلبات السلامة، والتوافق الكهرومغناطيسي، والبيئة، والأمن السيبراني، والمتطلبات التنظيمية قبل استخدام أي واجهة مستخدم رسومية (HMI) قائمة على Raspberry Pi في آلات الإنتاج.