“HMI” مخفف Human Machine Interface است. این دستگاه‌ها به‌عنوان رابط ماشین (MMI)، پایانه رابط اپراتور (OIT)، رابط اپراتور محلی (LOI)، پایانه اپراتور (OT) نیز شناخته می‌شوند، اما برای اهداف این راهنما از آنها به عنوان HMI یاد می‌کنیم.
HMI دقیقاً همان چیزی است که از نام آن پیداست: یک رابط گرافیکی که به کاربران انسانی اجازه می دهد تا با ماشین آلات یک سیستم تعامل داشته باشند. با توسعه فناوری، HMI ها در کارهای روزمره برای مصرف کنندگان فراوان تر می شوند. پمپ‌های پمپ بنزین، کیوسک‌های سلف‌سرویس، دستگاه‌های خودپرداز، و خطوط خودپرداز، همگی از HMI برای پردازش ورودی‌های کاربر، تبدیل آنها به کد قابل خواندن توسط ماشین و انجام وظایف بدون نیاز به متصدی، باجه یا کارمند دیگر استفاده می‌کنند.
در زمینه تولید و سیستم‌های کنترل فرآیند، یک HMI یک نمایش بصری از سیستم کنترل ارائه می‌کند و جمع‌آوری داده‌ها را در زمان واقعی فراهم می‌کند. یک HMI می تواند بهره وری را با ارائه یک نمایشگر متمرکز از فرآیند کنترل که بسیار کاربرپسند است، افزایش دهد.
HMI چیست ؟
در خطوط تولید، HMI زیمنس می توانند فرآیندهای خارج از یک واحد پردازش مرکزی (CPU) را نظارت و کنترل کنند، و ممکن است به دستور العمل های داده، ثبت رویداد، فید ویدئو، و راه اندازی رویداد مجهز شوند، به طوری که کاربران می توانند فرآیندهای سیستم را بدون تغییر هیچ یک از آنها به روز کنند.
سخت افزار برای اینکه یک خط تولید با یک HMI یکپارچه شود، ابتدا باید با یک کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) که به عنوان CPU عمل می کند کار کند. PLC اطلاعات را از ورودی ها (حسگرهای فیزیکی یا دستورات از HMI) گرفته و آن را به فرآیندهایی برای تولید تبدیل می کند. در حالی که این ورودی‌ها و فرآیندها در حال انجام هستند، HMI نمایشی از ورودی‌های دریافتی، خروجی‌های فرآیند کنترل و متغیرهای تعریف‌شده کاربر را ارائه می‌دهد که برای انجام وظایف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
HMI چگونه کار می کند؟
HMI ها معمولاً همراه با یک PLC (کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی) برای نظارت و کنترل فرآیندها در یک سیستم خودکار استفاده می شوند. به طور کلی، HMI به کاربر اجازه می دهد تا از طریق یک رابط گرافیکی (معمولاً یک صفحه لمسی) با PLC ارتباط برقرار کند. این رابط اجازه می دهد تا دستورات داده شود، و همچنین داده های بازخورد را از PLC دریافت و ترجمه می کند، که سپس در یک تجسم به راحتی در دسترس روی صفحه نمایش ارائه می شود. این به اپراتور انعطاف پذیری و کنترل بسیار مورد نیاز را بر روی یک سیستم داده شده ارائه می دهد. یک مثال عالی از HMI معمولی تبلت یا گوشی هوشمند است که دارای صفحه نمایش لمسی داخلی است که به کاربران امکان می دهد مستقیماً با برنامه نویسی دستگاه تعامل داشته باشند.
مزایای HMI
بزرگترین مزیت HMI کاربرپسند بودن رابط گرافیکی آن است. رابط گرافیکی شامل کدگذاری رنگی است که امکان شناسایی آسان را فراهم می کند (به عنوان مثال: قرمز برای مشکل)، و همچنین تصاویر و نمادهایی که امکان تشخیص سریع را فراهم می کند و مشکلات موانع زبان را کاهش می دهد.
از آنجایی که HMI ها کارایی سیستم را افزایش می دهند، می توانند هزینه های تولید را کاهش دهند که به طور بالقوه می تواند حاشیه سود را افزایش دهد. دستگاه های مدرن HMI بسیار نوآورانه هستند، قادر به ظرفیت بالاتر و عملکردهای تعاملی تر و پیچیده تر از همیشه هستند. برخی از مزایای تکنولوژیکی که HMI ارائه می‌دهد شامل تبدیل سخت‌افزار به نرم‌افزار، حذف نیاز به ماوس و صفحه‌کلید، و امکان تعامل حرکتی کامپیوتر و انسان است.
مزایای HMI نسبت به PLC
یک PLC به تنهایی نمی‌تواند هیچ بازخوردی در زمان واقعی ارائه دهد و نمی‌تواند آلارم‌ها را تنظیم کند یا سیستم را بدون برنامه‌ریزی مجدد PLC تغییر دهد. مزیت کلیدی HMI عملکرد آن است. یک HMI را می توان برای کارهای ساده ای مانند کنترل کننده دم کردن قهوه یا به عنوان واحد کنترل پیچیده یک نیروگاه هسته ای استفاده کرد. با ظهور طرح های جدید HMI در این زمینه، اکنون HMI هایی را می بینیم که دسترسی از راه دور را ارائه می دهند و به اپراتورها امکان دسترسی از راه دور به ترمینال را می دهند. یکی دیگر از مزایای HMI قابلیت شخصی سازی آن است. کاربر می تواند رابط کاربری را برای حداکثر سهولت استفاده شخصی سازی کند.
راحتی
راحتی که با HMI ارائه می شود بسیار ارزشمند است و عملکردی که با دیجیتالی کردن یک سیستم با HMI به دست می آید بی نظیر است. یک HMI تمام ویژگی‌های کنترلی را که معمولاً در سراسر خط اتوماسیون یافت می‌شوند ترکیب می‌کند و آنها را در یک مکان متمرکز و قابل دسترسی از راه دور قرار می‌دهد، به عنوان مثال، نیازی به اجرای دکمه قرمز رنگ برای توقف خط تولید در مواقع اضطراری را از بین می‌برد. با دسترسی از راه دور، اپراتور برای شروع، توقف یا نظارت بر تولید نیازی به نزدیکی خط اتوماسیون ندارد. اپراتور می تواند به تمام کنترل های یکسان در یک واحد متمرکز به شکل فشرده دسترسی داشته باشد. سادگی نیز عامل مهمی در قابلیت استفاده از HMI است. صفحه نمایش ها و عملکردها، سهولت استفاده را برای نظارت بر خط اتوماسیون فراهم می کنند.
انعطاف پذیری رابط
یکی از با ارزش ترین ویژگی های HMI، قابلیت شخصی سازی رابط است. یک HMI می تواند به طور کامل از پیچیده ترین برنامه ها، با چندین صفحه نمایش و چندین روال در حال اجرا، پشتیبانی کند. اگر کاربر به دنبال برنامه ریزی یک HMI با چیزی ساده تر است، ممکن است دستورالعمل هایی را برای کنترلر مستقیماً در HMI بنویسد. هر HMI دارای ویژگی های متفاوتی است: برخی ممکن است صدا یا ویدیو را پخش کنند، در حالی که برخی دیگر کنترل دسترسی از راه دور را ارائه می دهند. طراحی رابط کاربری باید برای کاربردهای خاص با در نظر گرفتن تمام قابلیت‌های کاربر معمولی و همچنین جنبه‌های محیطی مانند نویز، نور، گرد و غبار، دید و منحنی‌های تکنولوژیکی بهینه شود.
انواع اصلی HMI ها
سه نوع اصلی از HMI وجود دارد: جایگزین کننده فشاری، کنترل کننده داده و ناظر.
تعویض دکمه فشاری
قبل از اینکه HMI وجود داشته باشد، یک کنترل ممکن است شامل صدها دکمه فشاری و LED باشد که عملیات متفاوتی را انجام می دهند. جایگزین دکمه فشاری HMI فرآیندهای تولید را ساده کرده است و تمام عملکردهای هر دکمه را در یک مکان متمرکز می کند. جایگزین دکمه فشاری جای LED ها، دکمه های روشن/خاموش، سوئیچ ها یا هر وسیله مکانیکی که عملکرد کنترلی را انجام می دهد را می گیرد. حذف این وسایل مکانیکی امکان پذیر است زیرا HMI نمایش بصری همه این دستگاه ها را در صفحه LCD خود ارائه می دهد، در حالی که همه عملکردهای مشابه را انجام می دهد.
کنترل کننده داده ها
کنترل کننده داده برای برنامه هایی که نیاز به بازخورد مداوم از سیستم یا پرینت گزارش های تولید دارند عالی است. با کنترل کننده داده، باید اطمینان حاصل کنید که صفحه نمایش HMI به اندازه کافی بزرگ است تا اطلاعاتی مانند نمودارها، نمایش های بصری داده ها و خلاصه های تولید را نمایش دهد. کنترل کننده داده شامل عملکردهایی مانند دستور العمل ها، روند داده ها، ثبت داده ها و کنترل/ ثبت زنگ هشدار می باشد. کنترل کننده داده برای برنامه هایی استفاده می شود که نیاز به بازخورد و نظارت مداوم دارند. اغلب این گرداننده های داده مجهز به حافظه های با ظرفیت بالا هستند.
ناظر
هر زمان که یک برنامه شامل SCADA یا MES باشد، HMI ناظر بسیار سودمند است. ناظر HMI به احتمال زیاد به ویندوز برای کار کردن نیاز دارد و چندین پورت اترنت دارد. ناظر با SCADA و MES کار می کند. اینها سیستم های متمرکزی هستند که کل سایت ها یا مجتمع های سیستم های بزرگ را که در مناطق وسیعی پخش شده اند، نظارت و کنترل می کنند. یک HMI معمولاً به پایگاه‌های داده و برنامه‌های نرم‌افزاری سیستم SCADA متصل می‌شود تا روند، داده‌های تشخیصی و اطلاعات مدیریتی را ارائه دهد.
ویژگی های HMI
همه HMI ها دارای پردازنده و حافظه هستند. مهم است که مطمئن شوید که پردازنده و قابلیت های حافظه برای کنترل یک سیستم به اندازه کافی کافی است.
ویژگی‌های فیزیکی اضافی یک HMI از مدلی به مدل دیگر، برنامه‌ای به کاربرد دیگر و در بین تولیدکنندگان متفاوت است. یک HMI که در یک کارخانه آب قرار دارد ممکن است دارای آب بندی های مختلف در اطراف محیط خود باشد، برخلاف HMI که در یک انبار دارویی قرار دارد که نیازی به عایق رطوبتی ندارد.
اندازه HMI نیز یک ویژگی فیزیکی کلیدی است که متفاوت خواهد بود، زیرا همه برنامه ها به یک مانیتور بزرگ و با وضوح بالا نیاز ندارند. برخی از برنامه‌ها ممکن است فقط به یک نمایشگر لمسی کوچک سیاه و سفید نیاز داشته باشند. وقتی صحبت از انتخاب یک HMI می شود، ویژگی های فیزیکی بسیار مهم است زیرا باید محیط عملیاتی و اقدامات ایمنی HMI برای محافظت از خود را در نظر گرفت. همچنین، به دلیل محدودیت فضا، ممکن است اندازه خاصی مورد نیاز باشد.
نحوه انتخاب HMI
یک HMI خرید قابل توجهی است، بنابراین مهم است که دقیقا بدانیم چه چیزی از آن نیاز است. HMI ها معمولاً یکی از سه نقش اصلی را انجام می دهند: تعویض دکمه، کنترل کننده داده یا ناظر. جایگزین دکمه فشاری HMI جای LED ها، دکمه های روشن/خاموش، سوئیچ ها یا هر وسیله مکانیکی که عملکرد کنترلی را انجام می دهد را می گیرد. Data Handler برای برنامه هایی استفاده می شود که نیاز به بازخورد و نظارت دائمی دارند. اغلب، این دسته‌دهنده‌های داده مجهز به حافظه‌های با ظرفیت بالا هستند. ناظر با SCADA و MES کار می‌کند، سیستم‌های متمرکزی که کل سایت‌ها یا مجموعه‌های سیستم‌های بزرگ را که در مناطق وسیعی پخش شده‌اند، نظارت و کنترل می‌کنند. یک HMI ناظر معمولاً به پایگاه‌های داده و برنامه‌های نرم‌افزاری سیستم SCADA مرتبط می‌شود تا روند، داده‌های تشخیصی و اطلاعات مدیریتی را ارائه دهد.
ابتدا اجزای دیگری را که برای کارکرد یک سیستم کنترل تولید ضروری هستند در نظر بگیرید. خط تولید شامل کلیه ماشین آلاتی است که کار مورد نیاز در تولید محصول را انجام می دهند. سپس، سنسورهای مختلف ورودی/خروجی را در نظر بگیرید که دما، سرعت، فشار، وزن و نرخ تغذیه را کنترل می‌کنند. سوم، در مورد کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC زیمنس) تصمیم بگیرید که داده ها را از حسگرهای ورودی/خروجی دریافت می کند و داده ها را به ترکیبات منطقی تبدیل می کند.
یک HMI را بر اساس نیازهای سیستم انتخاب کنید. HMI ها ابتدا با اندازه نمایشگرشان از هم جدا می شوند. معمولاً از قطر 4.3 تا 15 اینچ می باشد. در این اندازه ها، HMI ها بر اساس ویژگی هایشان، یعنی قابلیت های ارتباطی شان، از هم جدا می شوند. HMI با چندین پورت COM و/یا اترنت معمولاً گران‌تر است، اما به برنامه‌های نوع سرپرست اجازه می‌دهد به خوبی به چندین PLC متصل شود. ابتدا با بررسی پروتکل PLC و اطمینان از وجود آن در راهنمای ارتباطات و اتصالات HMI، مطمئن شوید که پروتکل ارتباطی مورد استفاده PLC شما می تواند به HMI متصل شود.
اگر سیستمی دارید که فرآیندهای بسیار ساده و قابل تکرار زیادی دارد، ممکن است نیازی به HMI با ظرفیت حافظه زیاد نداشته باشید. در این مثال، می توانید یک HMI را بر اساس اندازه انتخاب کنید و یکی را با قیمت مناسب انتخاب کنید.
کدام نرم افزار برنامه نویسی HMI را انتخاب کنیم؟
HMI ها معمولاً نرم افزار مخصوص به خود را دارند که از طریق آن برنامه ریزی می شوند. هنگام انتخاب یک HMI برای جاسازی در سیستم خود، مطمئن شوید که درایورهای پروتکل ارتباطی موجود در آن نرم افزار HMI وجود دارد. اگر این کار را انجام ندهند، نمی توانید HMI را به CPU خود متصل کنید و هیچ داده ای برای نمایش ارسال نمی شود.
سیم کشی HMI
اگر یک PLC قبلاً یکپارچه شده باشد، سیم کشی HMI به یک سیستم ممکن است کار آسانی باشد. این اتصال به سادگی اتصال کابل USB/RS-232/RS-485 بین HMI و PLC است. در برخی موارد، هر دو واحد به ویژگی‌های بی‌سیم مجهز شده‌اند و اتصال را آسان‌تر می‌کنند. اگرچه ممکن است سیم کشی بین PLC و HMI کار آسانی باشد، سیم کشی بین PLC و خط اتوماسیون واقعی ممکن است دشوارتر باشد.
بسته به اندازه و پیچیدگی برنامه، ممکن است پسوندهای PROFIBUS برای PLC مورد نیاز باشد. پسوند PROFIBUS شبیه یک نوار برق است که با اتصال به درگاه توسعه PLC، یک ورودی/خروجی را به چندین ورودی/خروجی گسترش می‌دهد. شماتیک سیم کشی از خط تولید به PLC بسیار توصیه می شود که برنامه ریزی HMI را به طور قابل توجهی سریعتر می کند. برای اطلاعات بیشتر در مورد سیم کشی مدل های خاص، لطفاً به برگه مشخصات دستگاه مورد مراجعه کنید.
کاربرد HMI
HMI ها در صنایع مختلف از جمله کارخانه های تولیدی، ماشین های فروش خودکار، مواد غذایی و آشامیدنی، داروسازی و آب و برق و بسیاری از کاربردهای دیگر استفاده می شوند. HMI ها به همراه PLC ها معمولاً ستون فقرات خط تولید در این صنایع هستند. ادغام HMI در هر سیستم تولیدی می تواند عملیات را بسیار بهبود بخشد. HMI امکان کنترل نظارتی و جمع آوری داده ها را در کل سیستم فراهم می کند، بنابراین تغییرات پارامتر به انتخاب اپراتور در دسترس است.
