hmi چیست ؟

hmi چیست ؟

(اچ ام آی) مخفف عبارت Human Machine Interface است و به معنای ارتباط بین انسان و ماشین می باشد. از آن برای مانیتور کردن و مشاهده و تنظیم پارامترهای دستگاه های صنعتی مثل PLC و اینورتر و…. استفاده میشود. HMIدر واقع یک مانیتور LCD است که می توان آن را برنامه ریزی نمود و همچنین به کمک آن می توان پارامترهای مختلف را تغییرداد و سیستم را کنترل نمود

HMI را می توان عضو جدید اتوماسیون دانست چرا که پیش ازاین به صورت اختصاصی شاهد این دستگاه در پروسه‎های تولید و فرآیندی نبودیم، از آنجایی که این دستگاه بعدا به مجموعه اتوماسیون افزوده شد پس احتمالا نیازی جدی وجود داشته است، این نیاز چه بود؟

آنچه که در این نوشتار خواهید خواند؛

• HMI و پاسخ به نیاز
• پایداری سیستم و تکنسین ها
• تعریف HMI
• کاربردهای HMI
• آسیب پذیری
• یکپارچگی
• پوشش خطاهای انسانی
• انعطاف‌پذیری
• سادگی و سرعت
• مشخصات کلی HMI
• اندازه های HMI
• HMI در اتوماسیون صنعتی
• برندهای HMI
• نسل های جدید HMI

HMI و پاسخ به نیاز

اما اجازه دهید به سراغ سوال ابتدایی بازگردیم که چرا ما به HMI نیاز داشتیم، واقعیت این است که در اتوماسیون صنعتی دستگاه ها به قدری از قابلیت اطمینان برخوردار هستند که نیازی به حضور دائمی متخصص PLC نیست، این موضوع به قدری اثبات شده است که برای برنامه نویسی یک PLC شرکت ها فرد متخصص موردنظر را استخدام نمی کنند!.

بلکه با پرداخت دستمزدی بسیار خوب، رضایت او را برای انجام یکباره تمام کار جلب می نمایند و اگر در بدترین حالت اتفاقی افتاد به راحتی با پرداخت حق پشتیبانی دوباره از خدمات تخصصی او استفاده می کنند.

پایداری سیستم و تکنسین ها

زمانی که یک سیستم پایدار می باشد نیازی به متخصص به صورت تمام وقت نیست و از طرفی شرکت به دنبال استخدام تکنسین های معمولی خواهد رفت که با حقوق بسیار کمتری حاضر به انجام کارهای روتین و دوره ای باشند. این اتفاق باعث شد افرادی وارد حوزه کاری شوند که عملا تخصصی در زمینه کار با PLC نداشته و از طرف دیگر باید با این دستگاه کارها را مدیریت می کردند، به همین دلیل نیاز بود واسطی بین PLC و انسان معمولی قرار بگیرد تا به راحتی بتواند این ارتباط را به ساده ترین شکل ممکن برقرار نماید، اینجا بود که HMI یا Human Machine Interface (واسط بین انسان و ماشین) به وجود آمد.

تعریف HMI

تا اینجا باهم مهمترین کاربرد و البته دلیل پیدایش اچ ام آی را مرور کردیم اما اجازه دهید کمی هم به صورت علمی به بررسی آن بپردازیم؛

HMI درواقع از دو جزء سخت افزار و نرم افزار تشکیل شده است که با تعامل با یکدیگر می توانند نقش یک رابط کاربری بین ماشین و انسان را ایفا نمایند.
نرم افزار

در این قسمت شاهد یک نرم افزار هستیم که در آن باید به صورت شماتیک طرحی از دستگاه های فیزیکی موجود در اتوماسیون را پیاده سازی نماییم به این صورت که برای یک موتور دو کمه به شکل گرافیکی قرار داده که یکی را مسئول روشن کردن موتور و دیگری مسئول خاموش کردن آن قرار داده ایم. در نرم افزار مخصوص HMI شاهد کلیدها (Button)، نمایشگرها (Display)، عقربه ها (Pointer)، شاخص ها (Indicator)، نمودارها (Curve)، آلارمها (Alarm) و سایر موارد هستیم.

این بخش به صورت کلی نیاز به تخصص داشته و باید به شکل برنامه نویسی محیط مناسب در HMI پیاده سازی گردد، این قسمت به صورت کامل در دوره ۰ تا ۱۰۰ آموزش PLC زیمنس آموزش داده شده است.
سخت افزار

کانفیگ (تنظیم) سخت افزار کار خاصی نبوده و تنها به اتصال چند سیم به مانیتور (HMI) خلاصه می گردد، در این بخش تنها یک سخت افزار داریم که درواقع خود HMI می باشد.

بخش سخت افزار تنها قسمتی است که پس از کانفیگ نرم افزار توسط متخصص اتوماسیون در دسترس تکنسین ها و افراد سطح پایین تر جهت کنترل فرآیندها قرار می گیرد

کاربردهای HMI

اگر از گزینه ابتدایی که طرح کردیم بگذریم، HMI کاربردهای بسیار خوب دیگری نیز دارد که درنهایت باعث شده حضورش در اتوماسیون و صنعت بیش از پیش الزامی و مهم جلوه نماید، در ادامه به بررسی این کاربردها خواهیم پرداخت؛
آسیب پذیری

امروزه دیگر خطوط تولید تنها برای یک هدف خاص کار نمی کنند بلکه به قدری انعطاف پذیر شده اند که می توان پس از یک شیفت کاری، محصول تولیدی را به‌کل تغییر داد، به عنوان مثل یک کارخانه می تواند در شیفت صبح رب گوجه تولید کند و در شیفت شب تن ماهی.

برای رسیدن به این سطح از انعطاف‌پذیری نیازمند تغییر برنامه نوشته شده در PLC ها و یا گاها انتخاب فانشن های مناسب هستیم، اگر از HMI خبری نبود هربار برای تغییر یک فرآیند ساده، نیاز بود لپ تاپی به دستگاه ها وصل شود و برنامه های آن را ویرایش نمایند خوب این شاید به ظاهر مسئله ای نباشد ولی در درازمدت تهدیدات شدید ویروسی و اشتباهات انسانی به دلیل برنامه نویسی در سطح ماشین ممکن است رخ دهد.

خاموش و روشن کردن یک موتور با استفاده از یک دکمه لمسی (HMI) مسلما خیلی ساده تر از برنامه نویسی برای خاموش و روشن کردن آن است!

معمولا از HMI برای مانیتورینگ و کنترل و ثبت اطلاعات یک سیستم استفاده میشود.

مثال: فرض کنید قصد هوشمندسازی یک موتورخانه را دارید در اینصورت باید تجهیزات زیر را تهیه کنید.

۱ – سنسور دما به همراه ترانسمیتر دما که توسط آنها دمای بخش های مختلف موتورخانه اندازه گیری میشود.

۲ – ماژول رله که توسط آن فرمان های لازم برای کنترل مشعل و پمپ ها صورت میگیرد.

۳ – HMI که توسط آن کنترل کل سیستم صورت میگیرد HMI مقدار دما را از سنسورها خوانده و بر اساس تنظیمات انجام گرفته و الگوریتم کنترل تعریف شده ، فرمان های لازم را به ماژول رله ارسال میکند. کاربر از طریق صفحه لمسی HMI تنظیمات دما را میتواند تغییر دهد و یا در هر لحظه میتواند مقادیر دما و یا اطلاعات ثبت شده قبلی را مشاهده کند.

HMI ها مانیتورهای صنعتی هستند که میتوانند با بقیه تجهیزات کنترلی ارتباط برقرار کرده و تبادل اطلاعات کنند. شما توسط HMI قادر خواهید بود در هر نقطه از جهان به اطلاعات سیستم کنترل خود دسترسی داشته باشید.
به دلیل اینکه اچ ام آی یک دستگاه صنعتی است در آن مشکلات نویز و هنگ کردن و Reset شدن کمتر بوجود می آید.

یکپارچگی

یکی از ویژگی های بسیار خوب HMI امکان یکپارچه سازی ادوات کنترلی و کنترل همه از یک واحد (Unit) می باشد، به این صورت شما به راحتی می توانید تمام خط تولید را تحت کنترل خود در آورده و در یک مکان تصمیمات لازم را اتخاذ نمایید.

HMI ها این توانایی را دارند که در یک زمان به ۲۵۵ وسیله متصل شوند و پارامترهای آنها را نمایش دهند

پوشش خطاهای انسانی

این مورد درواقع با حذف تغییرات تخصصی و کدنویسی بوجود می آید، به عنوان مثال تصور کنید از یک کوره برای چند محصول استفاده می کنیم، این محصولات به ترتیب؛ نان لواش، نان فانتزی و شیرینی می باشند و مسلما دمای هر کدام از این نان ها با یکدیگر متفاوت است، اگر از یک HMI استفاده کنیم تکنسین مربوطه به راحتی می تواند با چند لمس ساده مدهای کاری کوره را مشخص نماید، این درحالیست که اگر HMI در دسترس نبود هربار باید برنامه نوشته شده در PLC را تغییر می دانیم و از آنجایی که تغییر برنامه نوشته شده، کاری زمان بر می باشد ممکن بود در یکی از مراحل، به اشتباه عدد کوره بسیار فراتر از حد مجاز وارد می شد که در این حالت باید شاهد صدمات جانی و مالی می بودیم.

انعطاف‌پذیری

انعطاف‌پذیری نیز در واقع از مزایای کاربردهای HMI می باشد چرا که به راحتی می توانیم بدون نیاز به متخصص فرآیندها را ویرایش و یا حتی به کلی تغییر دهیم.

سادگی و سرعت

اگر تمام موارد گفته شده در این پست را در کنار هم قرار دهیم بدون شک خروجی چیزی جز سادگی و سرعت بالای انجام کارها نخواهد بود، همواره در تمام صنایع، صاحبان کسب و کار تمایل زیادی به ساده‌تر شدن فرآیندها و البته افزایش سرعت کارها دارند چرا که در نهایت خروجی آن افزایش فروش و گردش سرمایه بیشتر خواهد بود.

مشخصات کلی HMI

• دارای صفحه تاچ اسکرین (LCD نوع TFT) در سایزهای متفاوت
• ارتباط سریال از طریق دو پورت به‌صورت همزمان (۴۸۵-RS, RS-232)
• شبیه سازی (سیمولاتور) on-line/off line
• پورت USB برای ارسال و دریافت برنامه
• امکان ذخیره سازی اطلاعات به‌صورت Record
• قابلیت Slave بودن در یک شبکه مانیتورینگ
• دارای ماکرو جهت انجام محاسبات و اعمال منطقی
• قابل اتصال به انواع PLC
• قابل اتصال به اینورتر، سرو درایو و هر وسیله دارای پورت RS-485
• قابلیت نمایش اطلاعات به‌صورت منحنی یا نمودار
• توانایی نمایش انیمیشن
• دارای RTC به منظور عملکرد در تاریخ و ساعت معین

اندازه های HMI

HMI ها در اندازه های مشخص و مختلف به بازار عرضه میشود.اندازه ها به این ترتیب است.

۲ اینچ TEXT PANEL
۷/۳ اینچ TEXT PANEL
۳/۴ اینچ TOUCH PANEL
۵ اینچ TOUCH PANEL
۷ اینچ TOUCH PANEL
۸ اینچ TOUCH PANEL
۱۰ اینچ TOUCH PANEL
۱۲ اینچ TOUCH PANEL
۱۵ اینچ TOUCH PANEL

HMI ها با پروتوکل های ارتباطی مختلف به PLC یا PC یا هر کنترلر دیگر متصل میشود مثل RS232 – RS485 – RS422 و همچنین در HMI های جدیدتر با پروتوکلETHERNET و شبکه شدن نیز متصل میشود.البته از طریق پورت USB برای DOWNLOAD برنامه نیز استفاده میشود.

HMI در اتوماسیون صنعتی

به صورت کلی، دستگاه HMI به کاربر قابلیت کنترل و مشاهده دستگاه‌های کاربردی را می دهد. این موضوع با استفاده از تکنولوژی‌های I/O (رابط کاربری) پیشرفته، میسر می‌شود. از این تکنولوژی‌ها می‌توان به عنوان مثال به Ethercat اشاره کرد.

Ethercat یک سیستم ارتباطی بین دستگاه‌های اتوماسیون است که بر پایه Ethernet ساخته شده است

سیستم‌های مدرن دارای سیستم عامل مجزا هستند که در مواردی جاسازی شده درون خود دستگاه است.

برندهای HMI

شرکت های زیادی وارد مقوله ساخت HMI شده اند، برخی از این شرکت ها پیش‌تر به تولید PLC نیز پرداخته بودند که مسلما صرفا برای محصولات خود HMIهای اختصاصی طراحی می کنند بااین وجود شرکت های فرعی دیگری نیز هستند که برای تمام برندهای مطرح HMI طراحی می کنند. در زیر نام برخی از شرکت های مطرح سازنده HMI را ذکر نموده ایم؛

SIEMENS (زیمنس)
ALLEN BRADELY (آلن بردلی)
MITSUBISHI (میتسوبیشی)
OMRON (امرون)
TOSHIBA (توشیبا)
DELTA (دلتا)
VIGOR (ویگور)
LS (ال اس)
BECKHOFF (بکوف)
FATEK (فتک)
FUJI (فوجی)
FANUC(فانوک)

نسل های جدید HMI

HMI های مدرن به شما اجازه می‌دهند که با هرنوع سیستم تولیدی ارتباط برقرار کنید. دقت داشته باشید که بر اساس نوع کاربرد ویژگی‌های دستگاه می‌توانند تغییر کنند. این ویژگی‌ها شامل رابط‌های ارتباطی، تکنولوژی‌های رابط کاربری و حتی اندازه خود دستگاه می‌شود. به همین جهت، در اتوماسیون صنعتی، HMIها از دستگاه‌های استاندارد۱۱ اینچی تا صفحات پیچیده پهن ۱۵.۶ اینچی پشتیبانی می کنند. برای ساده‌سازی هرچه بیشتر کار اپراتور، تکنولوژی صفحه لمسی وجود دارد که اجازه می‌دهد کاربر با ماشین‌ها و کارخانه تعامل بصری داشته باشد.