坚固型操作面板的实际意义是什么?

多样的人机界面(HMI)或操作面板宣称“坚固”就是难以知道坚固的实际意义。 许多评估、标准和法规可以参考,但是究竟有哪些必需条件呢?
坚固意味着某个东西结实、耐用、建造和设计均坚固,且适用于严苛条件。 真正坚固的HMI经过测试并通过认证,能够运行于潮湿、粉尘、炎热、寒冷、强振动,和/或危险环境中。
坚固型的评估、标准和法规的目的是确保设备能够:
在所遇到的环境中长时间正常运行
不会成为触发安全事故的源头
工业上,在某些方面能被称为坚固在其他方面未必如此。 根据使用条件和国家的不同,界定“坚固性”的国家和国际评估、标准和法规会有所不同并包括不同的方面。

坚固型的需求
在清洁、气候可控的环境中运行良好的设备运行于恶劣的室外环境中可能会立即出现故障。 工程师必须根据需要操作的环境确定部件、设备和电脑。 HMI包括在这个确定流程中。
HMI 是并入机械或电脑系统的触控面板显示屏,通过与操作人员的想法进行通讯,从而管理和控制机械。
所有HMI都是根据将要投入使用的环境进行设计和制造的。 考虑下列HMI的分类,按坚固性强弱来分:

了解产品的使用场合会简化选择过程。 使用环境越恶劣,部件和技术就必须越坚固。 不能只是简单的将HMI设计用于极端条件,还必须进行测试和认证。

下面着重关注坚固型HMI的重要设计和测试。

温度
最常见的问题和资质是扩展的使用和存储的温度范围。 超过半数要求坚固型HMI的应用实际上是需要解决方案,从而能够保证在极端炎热和/或寒冷温度下具有良好性能。 在中东的油田和南美的矿场,温度经常达到50℃甚至更高。 在加拿大和俄罗斯,运行温度为-30℃。

湿气, 雨雪

作为电子产品,湿气是HMI的一个重要考虑因素。 微量的湿气、雨或雪都会毁坏电气部件,缩短设备寿命或使其完全毁坏。 因此,坚固型HMI需要进行测试和认证,需能经受水分渗入。.

灰尘和颗粒
灰尘引起电子元件损坏和可靠性问题,影响HMI的性能、可靠性和使用寿命。 某些食品加工设备(糖果、香料、糖)、燃煤设备和造纸设备会造成灰尘集中,在某些条件下会发生爆炸。 HMI绝对不能成为点燃粉末材料的火星源。

振动
对于HMI,其机械和安装设备的机械振动可能会引起疲劳寿命、共振和密封问题。 标准HMI不进行或很少进行振动测试。 坚固型操作面板使用多种方法进行测试,包括正弦波扫频和随机测试(加速或能量谱密度测试)。

冲击
HMI掉落或发生机械碰撞或击打时会产生冲击。 取决于不同的冲击力度,HMI显示屏可能会破裂;触摸屏部分或完全不能修复;电子元件破裂或松动;或整体密封受损。 坚固型HMI设计于能够在目标工作环境中承受适当的冲击。

阳光
在露天应用中,如果有阳光直接照射,标准HMI显示屏的可读性或可视性会比较差。 坚固型HMI的背光非常亮,使得在阳光直射下也能读取HMI信息。 标准HMI的屏幕亮度为300-500 cd/m²;用于阳光直射环境下的坚固型HMI显示屏所需背光为1000 cd/m²或更高。 阳光直接照射到HMI上,产生附加热量,破坏了紫外(UV)射线的效果。 这是坚固型HMI的操作温度设计为60℃-70 ℃并包含特殊UV涂层的重要原因。

电源问题
露天环境的电源通常不稳定,这对电气设备非常危险。 对于标准HMI,负荷突降、极性转换和尖峰电压都能造成电气毁坏。 所设计的坚固型操作面板可用于不可靠或不稳定的电源条件下。

电磁兼容性
操作面板必须能够抵抗一定程度的电磁干扰(EMI),以保证正常运行。 同时,它们也不能发出会影响附近电气设备运行的电磁干扰。 坚固型操作面板能够承受较高的静电放电(ESD)并容许更高的辐射发射。

坚固型面板无处不在
某些行业要求其大多数的电气和计算机设备能够具备一定的坚固特性。 坚固型操作面板经常用于露天、阳光直射、危险和易爆环境,以及粉尘、潮湿、和/或腐蚀性环境中。 在破冰船等极端严苛的应用中,坚固型操作面板能够在甲板上使用并可靠地攻克冰雪和北极寒冷气候中的可视化这一难题。 需要坚固型操作面板的最常见行业包括:

石油和天然气 (钻探、精炼、处理、分配)
供水和水处理
造纸和纸浆
化学品
海事和近海工程
采矿
农业 (储存、处理、精炼)
纺织品
运输业
发电和送电(煤、生物、水能、风能、太阳能)
坚固型行业

生产坚固型操作面板的制造商深谙这些行业的特殊需要。 他们会确保集体产品能够满足坚固型测试和认证的要求。 坚固型操作面板能够承受标准操作面板所不能承受的滥用,而且依旧能可靠、高效地运行。 尽管一些室内环境(粉尘、高振动、潮湿)也需要使用坚固型操作面板,但是实际上却是户外环境使得坚固型操作面板的独特特性发挥地淋漓尽致,而这些特性正是现有的标准操作面板所缺乏的。

认证对大多数坚固型应用都是非常重要的。 在工业制造阶段,认证指定并规定了合理安装和使用所需满足的的电气、机械、排放、环境、安全要求等一系列条件。 通常,认证仅适用于产品将要安装和运行的行业、个体国家和/或已经确定的国际标准中。

结论
坚固型不只是结实或耐用。 坚固型操作面板必须从内而外都很强固——其设计、测试和认证都要满足在潮湿、粉尘、极端温度、阳光直射、强振动、不可靠电源和有害环境中使用的要求。
石油和天然气、采矿、供水和水处理以及海事都需要使用经受过极端条件测试的操作面板。 操作面板必须根据一些世界上最严格的标准进行测试和认证。

对坚固性操作面板进行设计、制造、测试和认证的这一过程是该产品的核心竞争力。 这些公司基于需要使用的行业和环境制作坚固型操作面板。 他们希望他们的产品坚固可靠,能够运行多年。 “早测试、勤测试”不只是一句口号,也是这些制造商的基本修养。