Guia de brilho de ecrãs industriais (Nits) para HMIs e equipamento exterior

Introdução

A visibilidade do ecrã é um parâmetro de conceção crítico no equipamento industrial. Os operadores dependem de interfaces gráficas para monitorizar o estado do sistema, ajustar parâmetros e responder a alarmes. Se o ecrã não puder ser lido claramente no ambiente de funcionamento, a facilidade de utilização e a eficiência operacional podem ser afectadas.

Os sistemas industriais funcionam numa vasta gama de condições de iluminação. Os equipamentos podem ser instalados em ambientes fabris interiores com forte iluminação superior, infra-estruturas exteriores expostas à luz solar direta ou locais semi-exteriores, como terminais de transportes e quiosques públicos.

Para os engenheiros que concebem HMIs e interfaces de controlo incorporadas, a seleção da ecrã industrial luminosidade é um passo importante na especificação do ecrã. Um brilho insuficiente reduz a legibilidade, enquanto um brilho excessivo aumenta o consumo de energia, a carga térmica e o custo do sistema.

O brilho, por si só, não determina a visibilidade do ecrã. A relação de contraste, a ligação ótica, os tratamentos de superfície e a conceção da caixa influenciam o desempenho de um ecrã em condições reais de utilização.

Os engenheiros que avaliam as arquitecturas de visualização podem encontrar contexto adicional na visão geral da engenharia de ecrãs industriais disponível no Guia do Monitor de Ecrã Industrial para Equipamento Industrial.

O que é o brilho de um ecrã industrial?

O brilho de um ecrã industrial refere-se à saída de luminância de um painel de visualização, medida em nits (cd/m²). Uma luminosidade mais elevada melhora a legibilidade do ecrã em ambientes com luz ambiente intensa, tais como chão de fábrica, equipamento exterior, quiosques e estações de carregamento de veículos eléctricos.

Os sistemas industriais utilizam normalmente ecrãs entre 500 e 1500+ nits, dependendo das condições de iluminação do ambiente.

As gamas de brilho típicas utilizadas em sistemas industriais incluem:

Muitas interfaces industriais implementadas através de soluções industriais para ecrãs tácteis utilizam níveis de brilho superiores aos dos ecrãs de consumo para manter a legibilidade em ambientes exigentes.

Qual deve ser a luminosidade de um ecrã industrial?

Os requisitos de luminosidade são determinados principalmente pelo condições de iluminação ambiente no ambiente de instalação.

A luz ambiente é normalmente medida em lux, enquanto o brilho do ecrã é medido em lêndeas. À medida que a luz ambiente aumenta, o ecrã tem de produzir uma luminância mais elevada para manter um contraste aceitável.

O quadro seguinte resume as diretrizes de engenharia comuns utilizadas durante a seleção do ecrã.

Em instalações exteriores, a luz solar pode reduzir significativamente a perceção do contraste do ecrã. Por este motivo, ecrãs legíveis à luz solar combinam tipicamente uma elevada luminosidade com ligação ótica e vidro antirreflexo.

Ecrãs industriais legíveis à luz solar

Em ambientes exteriores, a visibilidade do ecrã é fortemente influenciada pela luz solar direta e pelos reflexos na superfície do ecrã. Mesmo os painéis de elevado brilho podem tornar-se difíceis de ler se o controlo dos reflexos não for devidamente tratado.

A ecrã industrial legível à luz solar combina normalmente vários elementos de design:

• luminosidade acima 1000 nits
• ligação ótica para eliminar reflexos internos
• vidro de cobertura antirreflexo ou antirreflexo
• painéis LCD de alto contraste

Estas tecnologias reduzem o encandeamento e melhoram a perceção do contraste sob forte iluminação ambiente.

Os ecrãs legíveis à luz solar são normalmente utilizados em:

• Estações de carregamento de veículos eléctricos
• quiosques exteriores
• terminais de transporte
• interfaces de equipamentos de construção
• sistemas de navegação marítima

Ao conceber interfaces de equipamentos exteriores, o controlo da luminosidade e do reflexo deve ser avaliado em conjunto e não de forma independente.

Tecnologias que influenciam o brilho dos ecrãs

Várias tecnologias ópticas e de hardware determinam a eficácia do desempenho de um ecrã industrial em ambientes de elevado brilho.

Sistemas de retroiluminação LED de alto rendimento

A maior parte dos painéis LCD industriais utiliza sistemas de retroiluminação LED. O aumento do brilho requer normalmente uma maior saída luminosa do conjunto de LED.

Os desenhos de alto brilho podem incluir:

• circuitos de acionamento de LED de maior potência
• camadas optimizadas de guia de luz e de difusão
• estruturas de dissipação térmica melhoradas

É necessária uma distribuição uniforme da luz para evitar uma variação visível do brilho no ecrã.

Colagem ótica

A colagem ótica melhora a visibilidade ao eliminar o espaço de ar entre o painel LCD e o vidro de proteção ou o sensor tátil.

Uma camada adesiva transparente une os componentes do ecrã, reduzindo os reflexos internos.

As vantagens incluem:

• melhor relação de contraste
• redução das reflexões internas
• melhor legibilidade à luz solar
• maior resistência mecânica do conjunto do ecrã

A colagem ótica é normalmente utilizada em ecrãs industriais exteriores e equipamento de transporte.

Superfícies antirreflexo e antirreflexo

Os reflexos externos podem reduzir significativamente o brilho efetivo.

Os ecrãs industriais incorporam frequentemente tratamentos de superfície concebidos para controlar os reflexos, incluindo:

• revestimentos ópticos antirreflexo
• vidro antirreflexo gravado
• camadas protectoras de baixa refletividade

Estes tratamentos reduzem o encandeamento provocado pela luz solar e pela forte iluminação suspensa.

Integração do PCAP Touch

Muitas HMIs industriais utilizam capacitivo projetado (PCAP) tecnologia tátil.

A integração de um sensor tátil introduz camadas adicionais na pilha do ecrã. A espessura do vidro, os materiais do sensor e os adesivos influenciam as caraterísticas de transmissão e reflexão da luz.

Engenheiros de conceção soluções industriais para ecrãs tácteis deve equilibrar a durabilidade ao tato com o desempenho ótico.

Considerações de engenharia

A seleção do brilho do ecrã requer a avaliação de vários factores ao nível do sistema.

Condições de iluminação ambiente

O ambiente de instalação é o fator mais importante.

Exemplos típicos incluem:

• chão de fábrica com iluminação LED de alta intensidade
• infra-estruturas exteriores expostas à luz solar direta
• terminais de transporte com condições de iluminação mistas

Os ecrãs instalados no exterior requerem normalmente níveis de brilho superiores a 1000 nits combinada com técnicas de conceção legíveis à luz solar.

Gestão térmica

Uma maior luminosidade requer um aumento da potência da retroiluminação, o que gera calor adicional.

Uma temperatura excessiva pode acelerar a degradação do LED e reduzir a vida útil do ecrã.

Os ecrãs industriais incluem normalmente:

• estruturas de chassis em alumínio
• vias passivas de dissipação de calor
• materiais de interface térmica

A gestão térmica torna-se particularmente importante em armários exteriores selados.

Consumo de energia

O consumo de energia da retroiluminação aumenta com a luminosidade.

Para sistemas com disponibilidade limitada de energia - como infra-estruturas assistidas por energia solar ou dispositivos alimentados por bateria - a luminosidade deve ser equilibrada com as restrições energéticas.

O controlo adaptativo do brilho utilizando sensores de luz ambiente é por vezes implementado.

Fiabilidade a longo prazo

O equipamento industrial pode funcionar continuamente durante muitos anos.

As retroiluminações LED perdem gradualmente o brilho ao longo do tempo. Os engenheiros especificam frequentemente ecrãs com um brilho inicial mais elevado para compensar a degradação a longo prazo.

Monitores tácteis industriais robustos concebidos para ambientes industriais incluem normalmente sistemas de retroiluminação LED de longa duração.

Integração de sistemas

Os ecrãs industriais raramente são componentes autónomos. Normalmente, estão integrados em plataformas de computação incorporadas ou em eletrónica de controlo.

Em muitos sistemas, os ecrãs estão ligados a sistemas HMI baseados em PC de painel, permitindo o controlo por software do brilho, da gestão da energia e do tempo de visualização.

Para projectos de equipamentos especializados, os conjuntos de ecrãs também podem ser concebidos através de soluções tácteis OEM personalizadas para corresponder à geometria do armário e aos requisitos de vedação.

Aplicações típicas

Os requisitos de brilho dos ecrãs industriais variam consoante as condições de utilização.

Postos de carregamento de veículos eléctricos

Sistemas de carregamento de veículos eléctricos são normalmente instalados no exterior e devem permanecer legíveis sob luz solar direta. Estes sistemas utilizam frequentemente ecrãs entre 1000 e 1500 nits, combinada com colagem ótica e vidro antirreflexo.

Equipamento de automação industrial

Equipamento de fabrico As interfaces são geralmente instaladas em interiores, mas podem funcionar sob forte iluminação da fábrica.

Níveis de brilho de 500-800 nits são normalmente utilizados para estas HMI.

Quiosques e terminais públicos

Quiosques self-service em centros de transporte ou em ambientes de infra-estruturas públicas devem funcionar em condições de iluminação mista e suportar interfaces tácteis duradouras.

HMIs de equipamentos de construção

As máquinas de construção, como escavadoras e carregadoras, funcionam frequentemente sob luz solar direta. Os ecrãs utilizados nestes ambientes requerem normalmente Mais de 1000 nits de luminosidade combinados com interfaces tácteis robustas.

Sistemas de navegação marítima

Equipamento marítimo funciona sob fortes reflexos da luz solar nas superfícies da água. Por conseguinte, os ecrãs marítimos dependem de brilho elevado, ligação ótica e revestimentos antirreflexo para manter a legibilidade.

Quando é que os ecrãs de alto brilho são adequados

Os ecrãs com maior brilho são adequados quando o equipamento funciona em ambientes com luz ambiente significativa.

As situações típicas incluem:

• interfaces de equipamentos de exterior
• instalações de infra-estruturas públicas
• chão de fábrica com iluminação forte
• equipamento de transporte

Nestes ambientes, as melhorias de luminosidade combinadas com o controlo do reflexo melhoram significativamente a usabilidade.

Conclusão

O brilho dos ecrãs industriais é um fator chave para determinar a usabilidade das interfaces dos equipamentos. No entanto, o brilho, por si só, não garante a legibilidade.

A conceção eficaz de um ecrã industrial exige um equilíbrio entre o brilho e a conceção do conjunto ótico, o controlo da reflexão, o desempenho do contraste e as condições ambientais.

Ao avaliar o brilho como parte da arquitetura global da HMI industrial, os engenheiros podem conceber sistemas de visualização que permaneçam legíveis e fiáveis durante toda a vida operacional do equipamento.

FAQ

Que nível de brilho é necessário para ecrãs industriais de exterior?

O equipamento de exterior requer normalmente ecrãs entre 1000 e 1500+ nits, combinada com colagem ótica e superfícies antirreflexo.

Um brilho mais elevado melhora sempre a legibilidade?

Não. A legibilidade do ecrã também depende da relação de contraste, do controlo da reflexão e da conceção da pilha ótica.

O que é considerado um ecrã industrial legível à luz solar?

Um ecrã legível à luz do sol fornece normalmente Brilho de 1000 nits ou superior combinada com colagem ótica e vidro antirreflexo.

Como é que o brilho afecta a vida útil do ecrã?

Um brilho mais elevado aumenta a carga da retroiluminação LED, o que pode acelerar a degradação do brilho ao longo do tempo.