HMI چیست و چه کاربردی دارد؟

ممکن است متوجه آن نباشید، اما در حال حاضر از HMI استفاده می کنید. HMI یا Human-Machine Interface یک رابط کاربری است که شخص را به ماشین، سیستم یا دستگاه متصل می کند. اگرچه این اصطلاح برای هر دستگاهی که دارای صفحه نمایش است و کاربر با آن تعامل دارد گفته می شود، اما معمولاً در زمینه اتوماسیون و فرآیند صنعتی استفاده می شود. در این مقاله، ضمن تعریف HMI و کاربرد آن، با نحوه کار آن ها آشنا شده و مزایا، معایب و انواع آن ها را مورد بررسی قرار می دهیم. در نهایت برند های مختلف HMI را معرفی کرده و یک راهنمای انتخاب HMI را ارائه می دهیم. همراه با آموزشگاه پایتخت فناوری باشید.

HMI چیست؟

HMI در واقع مخفف عبارت Human Machine Interface بوده و به معنای رابط انسان و ماشین می باشد. به عبارت دیگر، HMI امکان برقراری ارتباط شخص را با هر گونه تجهیزات الکتریکی، سیستم یا دستگاه فراهم می کند و به عنوان یک رابط کاربری محسوب می شود.

همانطور که شما از کولر گازی برای بررسی و کنترل دمای خانه استفاده می کنید، یک اپراتور در کارخانه نیز از HMI برای بررسی و کنترل دمای یک مخزن آب صنعتی استفاده می کند، یا می ببیند آیا پمپ خاصی وجود دارد یا خیر. از نمونه‌ های واقعی و کاربردی HMI در اطراف خود می توانیم به صفحه ‌نمایش ‌های موجود روی دستگاه ها، مانیتور های رایانه و تبلت ‌ها اشاره کنیم.

با وجود اینکه، HMI از نظر فنی به هر صفحه نمایشی که به کاربر امکان ارتباط و تعامل با یک دستگاه را می دهد به کار می رود، HMI بیشتر در زمینه فرآیند های صنعتی استفاده می شود. در فرایند های صنعتی، HMI ها را می توان برای موارد زیر استفاده کرد:

• نمایش بصری داده ها
• پیگیری زمان، روند و مراحل تولید محصولات
• پیگیری اجرای صحیح شاخص های کلیدی عملکرد (KPI)
• مانیتورینگ ورودی و خروجی دستگاه

HMI چگونه کار می کند؟

HMI ها معمولاً همراه با یک PLC کار می کنند و برای نظارت و کنترل فرآیند ها در یک سیستم اتوماتیک استفاده می شوند. به طور کلی، HMI به کاربر اجازه می دهد تا از طریق یک رابط گرافیکی با PLC ارتباط برقرار کند. این رابط گرافیکی که معمولا یک صفحه لمسی است، اجازه می دهد تا دستورات داده شود، داده های بازخورد را از PLC دریافت و ترجمه می کند و در نهایت به راحتی روی صفحه نمایش در دسترس قرار می گیرد. این امر به اپراتور، انعطاف پذیری و کنترل مورد نیاز را بر روی یک سیستم خاص ارائه می دهد. یک مثال عالی از HMI معمولی تبلت یا گوشی هوشمند است که دارای صفحه نمایش لمسی داخلی است که به افراد امکان می دهد مستقیماً با برنامه نویسی دستگاه تعامل داشته باشند. در صورت علاقه مند بودن می توانید مقاله “تفاوت بین PLC و HMI” را بخوانید.

آشنایی با کاربرد HMI ها

به طور کلی، HMI ها برای رسیدن به یک هدف کاربردی خاص، صرفه جویی در زمان و افزایش بهره وری به کار می روند. به همین دلیل، از آن ها در همه صنایع استفاده می شود، مانند:

• خودرو
• الکترونیک
• سرگرمی
• انرژی
• خوردنی و آشامیدنی
• تولید
• نظامی
• پزشکی
• نفت و گاز
• برق قدرت
• بازیافت
• رباتیک
• آب و فاضلاب
• حمل و نقل

به عنوان مثال، در صنعت پزشکی، HMI ها برای دستگاه های پزشکی، کنترل تجهیزات، صفحه کلید و پانل ها استفاده می شوند. در حوزه سرگرمی می توان  HMI ها را برای نمایشگر ها، تجهیزات میکس و کنترل نور استفاده نمود.

بیشترین افرادی که با HMI ها سر وکاردارند، اپراتور ها، یکپارچه سازان سیستم و مهندسان، به ویژه مهندسان سیستم کنترل هستند. HMI ها منابع ضروری برای این متخصصان هستند که از آن ها برای بررسی و نظارت بر فرآیند ها، تشخیص مشکلات و نمایش داده ها استفاده می کنند.

مزیت HMI ها

HMI ها همه جا هستند و به این زودی ها از بین نمی روند. اگرچه ما از HMI در تلفن‌ های هوشمند، رایانه ‌ها و لپ ‌تاپ خود استفاده می‌ کنیم، اما مکان‌ های تجاری و صنعتی برای ارتباط کارآمد، بهره‌ وری، جلوگیری از خطا ها و ثبت داده ‌ها به HMI متکی هستند. مزیتHMI  ها شامل موارد زیر است.

1- ارتباطات را تقویت می کند: اگر وارد یک دفتر تجاری شوید، بلافاصله متوجه خواهید شد که تقریباً همه افراد پشت میز کار خود هستند. این احتمال وجود دارد که همه افراد در دفتر از طریق کامپیوتر و رایانه خود با هم ارتباط برقرار کنند – چه از طریق یادداشت، ایمیل یا پیام‌ رسانی. هم چنین، دیدن تولید کنندگان و انبار های تولیدی با HMI امکان پذیر است که موجب افزایش ارتباطات در یک سازمان می شود.

2- بهره وری را بهبود می بخشد: اگر در یک سازمان افراد کارها را به صورت دستی انجام می دهند، به این معنی نیست که بهترین ایده است. دستگاه ها و ماشین ها می توانند همان کار ها را به کمک HMI ها سریع تر انجام دهند و در نتیجه بهره وری و کارایی را بهبود بخشند.

3- از آسیب های ناشی از کار جلوگیری می کند: به جای کار با دستگاه ها به صورت دستی، افراد می توانند از طریق صفحه نمایش لمسی HMI با دستگاه کار کنند که موجب می شود خطر آسیب کمتری در محل کار آن ها را تهدید کند و سطح ایمنی و سلامت شان افزایش یابد.

4- ثبت داده ها را آسان تر می کند: HMI ها به راحتی می توانند اطلاعات را ثبت و ضبط کنند و به همین علت در تنظیمات صنعتی گزینه ایده آلی هستند. افراد می توانند با وارد کردن یک سری دستورات در HMI سیستم مربوطه، اطلاعات را ثبت کنند و بعدا در سایر کارها از این اطلاعات استفاده کنند. به علاوه استفاده از HMI مانند کامپیوتر به کسب و کار ها اجازه می دهد تا به طور موثر با مشتریان ارتباط برقرار کنند. برای شرکت های تولیدی، مشتریان می توانند به صورت آنلاین سفارش دهند. پردازنده HMI داده های سفارش را به انبار ارسال می کند و امکان سفارش و ارسال سریع تر را فراهم می کند.

معایب HMI ها

HMI ها با وجود مزایای گسترده ای که به عنوان رابط بین انسان و ماشین دارند، دارای نقاط ضعفی نیز می باشند. معایب HMI عبارتند از:

1- وابستگی به HMI: اگر HMI از کار بیفتد یا در دسترس نباشد، اپراتور ممکن است نتواند به داده ‌های پردازش یا دستورات ورودی دسترسی پیدا کند. این موضوع می ‌تواند عملکرد فرآیند تحت کنترل را مختل کند.

2- احتمال خطای انسانی: اپراتور ها می توانند هنگام استفاده از HMI اشتباهاتی مانند وارد کردن دستورات نادرست یا عدم توجه به زنگ هشدار را مرتکب شوند. این امر بعنوان یکی از معایب HMI مطرح شده و می تواند منجر به مشکلاتی در روند کنترل شود.

3- هزینه اضافی: اجرای HMI می تواند هزینه اضافی برای یک سازمان باشد، زیرا نیاز به خرید و نصب خود HMI و هم چنین یک سری سخت افزار و نرم افزار مرتبط دارد.

4- پیچیدگی: برخی از HMI ها می توانند پیچیده باشند که می تواند استفاده از آن ها را دشوار کند یا نیاز به آموزش اضافی برای اپراتور ها داشته باشد. این مساله می تواند یک نقطه ضعف در برنامه هایی باشد که اپراتور باید بتواند به سرعت و به راحتی به داده های پردازش شده و دستورات ورودی دسترسی داشته باشد.

انواع مختلف HMI

مانند اکثر قطعات الکتریکی، HMI ها انواع مختلفی دارند. اینکه از چه نوع HMI استفاده کنید به نیاز شما بستگی دارد. در زیر نگاهی عمیق به انواع HMI می اندازیم و هر کدام را به صورت جداگانه بررسی می کنیم.

به طور کلی سه نوع مختلف از HMI وجود دارد که عبارتند از:

• HMI کی پد دار
• HMI کنترل کننده داده ها
• HMI ناظر

HMI کی پد دار

قبل از این که HMI وجود داشته باشد، یک کنترل کننده ممکن بود شامل صد ها دکمه فشاری و LED باشد که عملیات متفاوتی را انجام می دادند. HMI کی پد دار فرآیند های تولید را ساده کرده است و تمام عملکرد های هر دکمه را در یک مکان متمرکز می کند. این نوع رابط کاربری HMI جای LED ها، دکمه های روشن/ خاموش، سوئیچ ها یا هر وسیله مکانیکی که عملکرد کنترلی را انجام می دهد، می گیرد. حذف این قطعات مکانیکی امکان پذیر است زیرا HMI نمایش بصری همه این قطعات را در صفحه LCD خود ارائه می دهد، در حالی که همه عملکرد های مشابه را انجام می دهند.

HMI 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 نمودار ها، نمایش های بصری داده ها و خلاصه های تولید را نمایش دهد. HMI کنترل کننده داده شامل عملکرد هایی مانند دستور العمل ها، روند داده ها، ثبت داده ها و کنترل یا ثبت زنگ هشدار می باشد. کنترل کننده داده برای برنامه هایی استفاده می شود که نیاز به بازخورد و نظارت مداوم دارند. اغلب این HMI های کنترل داده مجهز به حافظه های با ظرفیت بالا هستند.

HMI ناظر

هر زمان که یک برنامه شامل SCADA یا MES باشد، HMI ناظر بسیار سودمند است. HMI ناظر به احتمال زیاد به ویندوز برای کار کردن نیاز دارد و چندین پورت اترنت دارد. این HMI ها 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 ناظر معمولاً به پایگاه ‌های اطلاعاتی و برنامه‌ های نرم‌ افزاری سیستم SCADA متصل می ‌شود تا روند، داده‌ های 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 HMI، برای کنترل سیستم شما به اندازه کافی پاسخگو می باشد. ویژگی‌های فیزیکی یک HMI از مدلی به مدل دیگر، در بین تولید کنندگان متفاوت است. یک HMI که در معرض آب و مایعات دیگر قرار دارد ممکن است دارای آب بندی های مختلف در اطراف محیط خود باشد، برخلاف آن HMI ای که در یک انبار دارویی قرار دارد، 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 برنامه‌ ها 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 هستند زیرا باید محیط عملیاتی و اقدامات ایمنی HMI برای محافظت از خود را در نظر گرفت. هم چنین به دلیل محدودیت فضا، ممکن است اندازه خاصی مورد نیاز باشد.

برند های HMI

HMI ها در برند های مختلف برای کاربرد های گوناگون تولید شده است. با توجه به این که این رابط های انسان و ماشین در کنار PLC کاربرد دارند، تولید کنندگان HMI ها عموما همان تولید کنندگان PLC هستند. در این قسمت می خواهیم با برند های HMI آشنا شویم:

1. زیمنس (SIEMENS)
2. فتک (FATEK)
3. امرون (OMRON)
4. کینکو (KINCO)
5. دلتا (DELTA)
6. پنل مستر (PANEL MASTER)
7. میتسوبیشی (MITSUBISHI ELECTRIC)
8. لایت آن (LITE-ONE)
9. ال اس (LS)
10. اشنایدر (SCHNEIDER ELECTRIC)
11. ادونتک (ADVANTECH)

نحوه انتخاب HMI

انتخاب و خرید HMI یک کار بسیار مهم است، بنابراین باید دقیقا بدانیم چه چیزی از HMI می خواهیم و چه کاربردی برای ما دارد. قبل از خرید HMI، اجزای دیگری که برای کارکرد یک سیستم کنترل تولید ضروری هستند را در نظر بگیرید. خط تولید شامل کلیه ماشین آلاتی است که کار مورد نیاز در تولید محصول را انجام می دهند. سپس، سنسور های مختلف ورودی/ خروجی را در نظر بگیرید که دما، سرعت، فشار، وزن و نرخ تغذیه را کنترل می ‌کنند. سوم، در مورد کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) تصمیم بگیرید که داده ها را از حسگر های ورودی / خروجی دریافت می کند و داده ها را به ترکیبات منطقی تبدیل می کند.

یک HMI را بر اساس نیاز های سیستم انتخاب کنید. HMI ها با اندازه نمایشگرشان طبقه بندی می شوند. معمولاً از اندازه 4.3 تا 15 اینچ در بازار موجود هستند. اگر سیستمی دارید که فرآیند های بسیار ساده و قابل تکرار زیادی دارد، ممکن است نیازی به HMI با ظرفیت حافظه زیاد نداشته باشید و یک HMI با اندازه متوسط و قیمت مناسب انتخاب کنید.