При изготовлении сенсорных панелей используют две основные технологии – резистивные или емкостные экраны. Разберем преимущества и недостатки каждого типа при использовании их в промышленных человеко-машинных интерфейсах (HMI). Приводим статью Сета Прайса (Seth Price) – научного сотрудника и преподавателя кафедры химической инженерии Технологического института Нью-Мексико, опубликованную на портале Control.com
Сенсорные панели есть везде: от смартфонов и планшетов, до банкоматов и промышленного оборудования. С точки зрения HMI хорошо спроектированный визуальный пользовательский интерфейс может быть более интуитивно понятным, чем практически любая другая система. Оператор может просто нажать на экран и посмотреть нужные ему данные, либо выбрать элементы управления. Сенсорные экраны также и более удобны, поскольку их проще использовать, чем клавиатуру и мышь для людей, страдающих артритом или с травмой руки.
Резистивные и емкостные сенсорные экраны
Как было отмечено выше существуют две конкурирующие технологии, а именно резистивные и емкостные экраны, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки, поскольку предназначены для использования в различных условиях. В конечном счете, выбор типа сенсорного экрана зависит от приложения.
Резистивные экраны
Это более старая из двух технологий. Резистивные сенсорные экраны, состоят из сэндвич-структуры: два внешних слоя являются проводящими, но имеют известное сопротивление. Между двумя слоями находится зазор, заполненный воздухом или каким-либо диэлектрическим веществом. Когда нажимается экран, материал между слоями отодвигается и позволяет резистивным слоям контактировать. На основе обнаруженного сопротивления по осям x и y датчик определяет, где был контакт с экраном.
В целом, резистивные экраны дешевле в производстве и могут быть активированы касанием пальцев, стилусом, руками в перчатках или различными другими способами. Для их работы требуется большее давление, но не требуется проводящее устройство для нажатия на экран. Упрощенная природа делает их хорошим выбором, когда требуются простые нажатия кнопок, например, в банкоматах, бензоколонках и в большинстве промышленных устройств.
Поскольку резистивные экраны должны прогибаться с тем, чтобы обеспечить деформацию проводящей пластины, их, как правило, легче поцарапать и повредить. Не один экран бензоколонки был испорчен ключом замка зажигания, поскольку материал экрана легко режется и трескается. Кроме того, сложные действия, требующие нескольких точек касания, скольжения или точного расположения, такие как увеличение или выбор элементов из нескольких подменю, с резистивными сенсорными экранами становятся затруднительными.
Емкостные экраны
Другой метод создания сенсорных экранов использует изменяющиеся электрические поля для регистрации прикосновения. В емкостных экранах стеклянный слой покрыт прозрачным проводником. Когда к экрану прикасается проводник, например, палец человека без перчатки, электрическое поле изменяется. Это происходит потому, что человеческое тело по сути действует как другая сторона конденсатора. Из уроков физики все помнят, что конденсатор – это просто два проводника, зажатые между диэлектриком. В состоянии покоя есть только один проводник и стеклянный слой, но при контакте конденсатор замыкается и происходит передача заряда.
Наиболее распространенными вариантами использования этих экранов являются потребительские электронные устройства, такие как ноутбуки, смартфоны и планшеты, автомобильные медиа-центры, а также некоторые модели из числа защищенных промышленных систем управления и дисплеев. Самый внешний слой – это стекло, часто закаленное для дополнительной прочности. Понятно, что оно не будет прогибаться, как поверхность резистивных экранов. Это делает сенсорную панель более прочной и менее подверженной царапинам или поломкам по сравнению с резистивной.
Емкостные сенсорные экраны, как правило, более дорогие, однако могут передавать взаимодействие нескольких точек касания. Это позволяет сдвигать или раздвигать пальцы для масштабирования карты, открывать различные меню и выполнять другие действия, которые стали широко распространенными благодаря использованию смартфонов. Сложные действия обеспечивают большую универсальность программного обеспечения HMI, что позволяет реализовать больше опций и команд, а значит, и больше действий, которые может выполнять оператор.
Чувствительность емкостного сенсорного экрана может быть ограничением в определенных ситуациях, например, экран может быть активирован даже легким касанием. Капли дождя, капающий пот, развевающаяся пыль и другие загрязняющие вещества также могут вызвать ложное считывание. Более того, капля дождя может вызывать взаимодействие экрана, а рука в перчатке или стилус не могут, поскольку они не являются проводником и не изменяют электрическое поле.
Хотя на химическом заводе, в биологической лаборатории или других чувствительных зонах емкостный сенсорный экран может быть преимуществом в плане безопасности. Находясь рядом с химикатами, операторы будут носить нитриловые перчатки (из искусственного каучука). Но правила промышленной гигиены требуют смены или снятия перчаток, когда оператор касается поверхностей, которые, скорее всего, не будут загрязнены химикатами, таких как дверные ручки, ящики, шкафы и сенсорные экраны. Поэтому размещение емкостного экрана в этих зонах заставит операторов снимать перчатки.
Сенсорный ввод в системах управления
Сенсорные экраны будут продолжать оставаться важной частью промышленного управления так же, как и в повседневной жизни. Их простота использования и доступность будут продвигать рынок вперед, позволяя пользователям совершать интуитивные движения для принятия решений по управлению. В течение следующего десятилетия недостатки обеих технологий начнут исчезать, а эффективность каждого типа экранов будет улучшаться.
Материал подготовлен Московским заводом тепловой автоматики (МЗТА)