HMI اچ ام ای رو قورت بدید

HMI اچ ام ای چیست؟

HMI اچ ام ای ها با پیشرفت سیستم‌های کنترل صنعتی وظایف اپراتورها رو راحت تر کردن و برای رفع این نیاز، HMI ابزار بسیار سودمندی است.

HMI اچ ام ای مخفف چیه؟

HMI اچ ام ای مخفف Human Machine Interface به‌معنیِ رابط بین انسان و ماشین است. یک واسط سخت‌افزاری-نرم‌افزاریِ صنعتی است که امکان ارتباط گرافیکی میان کاربر و تجهیزات یا فرایندهای صنعتی را فراهم می‌کند.

این واسط تصاویر شبیه‌سازی‌شده اجزای پروسه (فرایند) و اطلاعات مربوط به عملکرد آن‌ها را در اختیار کاربر قرار می‌دهد.

کاربردهای HMI اچ ام ای در اتوماسیون صنعتی با چند مثال

اچ ام ای می‌تواند در محیط‌هایی که در آن از ماشین‌آلات، تجهیزات صنعتی، فرآیندهای پیچیده یا ربات‌های صنعتی مانند ربات‌های جوشکار استفاده می‌شود، به کار گرفته شوند.

دستگاه‌های CNC ماشین‌هایی هستند که با اِعمال تراش روی یک جسم جامد (فلز، چوب و …)، آن قطعه را شکل‌دهی می‌کنند. در گذشته، ماشین‌های CNC به‌وسیله یک کنسول بزرگ با کلیدها و لامپ‌های پرشمار و یک مانیتور، راه‌اندازی و کنترل می‌شدند. اما امروزه با اچ ام آی میتوان آنها را کنترل کرد.

فرایند تولید وسایل پلاستیکی به‌دلیل حرارت زیاد و ایجاد گازهای سمّی می‌تواند برای انسان بسیار خطرناک و زیان‌بار باشد. برای فرایندهایی مانند تزریق یا فرم‌دهی پلاستیک، ترکیب HMI با یک PLC می‌تواند همه عملیات مربوط به تنظیم دما، مانیتورینگ محصول و کنترل قطعات مکانیکی را از راه دور انجام دهد.

امکاناتی که HMI اچ ام ای به طور کلی برای کاربر فراهم می‌کند:

• نمایشگر اچ ام ای می‌تواند متغیرهای کمی و کیفی اندازه‌گیری شده توسط سنسورها را لحظه‌ای به کاربر نشان دهد. برای مثال دما، فشار، فلو، وزن، سطح مخازن، شمارش شمارنده‌ها و همچنین کیفیت‌های شیمیایی مانند غلظت و pH سیالات را می‌توان توسط برنامه HMI نمایش داد.
• کاربر می‌تواند از این طریق وضعیت تجهیزات پروسه یا فرایند را در هر لحظه مشاهده کند. مثلاً خاموش یا روشن بودن موتورها، المنت‌ها و دیگر تجهیزات، همچنین باز یا بسته بودن ولوها و یا پر و خالی بودن ظرفیت مخازن توسط اپراتور قابل مشاهده است.
• سیستم اچ ام آی با نمایش آلارم می‌تواند خطاها و ایرادات پروسه را جهت رسیدگی و حفاظت از تجهیزات به کاربر اعلام کند.
• تاریخچه نحوه عملکرد پروسه در زمان‌های پیشین را می‌توان از طریق این دیوایس مشاهده کرد.
• می‌توان به‌عنوان جایگزین کلیدها و پوش‌باتن‌ها استفاده کرد و فرمان‌های قطع و وصل را از طریق پوش‌باتن‌های نرم‌افزاری در HMI-PANEL صادر کرد.

کاربرد HMI اچ ام ای در صنایع خاص:

• خودرو
• الکترونیک
• سرگرمی
• انرژی
• خوردنی و آشامیدنی
• نظامی
• پزشکی
• نفت و گاز
• برق قدرت
• بازیافت
• رباتیک
• آب و فاضلاب
• استفاده در لباسشویی های صنعتی و بویلر های بخار
• حمل و نقل

مزایای استفاده از HMI اچ ام ای

• نسبت به پنل‌های اپراتوری قدیمی بسیار آسان‌تر است.
• کارایی و عملکرد اپراتور هنگام کار بسیار مؤثرتر و دقیق‌تر است.
• اچ ام آی با فراهم کردن امکان کنترل از راه دور تجهیزات، امنیت محیط کار را برای افراد افزایش می‌دهد.
• دسترسی سریع به اطلاعات پروسه و امکان واکنش سریع باعث افزایش ضریب اطمینان عملکرد ماشین‌آلات می‌شود.
• خطاهای اپراتوری با استفاده از HMI کاهش می‌یابد.
• استفاده از HMI باعث کاهش خرابی و از کار افتادن ماشین‌آلات شده و به کاهش هزینه و افزایش بهره‌وری کمک می‌کند.
• عیب‌یابی و تعمیر تجهیزات با استفاده از اطلاعات نمایش داده شده توسط HMI آسان‌تر و سریع‌تر می‌شود.

معایب HMI اچ ام ای

•  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.
• اپراتور ها می توانند هنگام استفاده از HMI اشتباهاتی مانند وارد کردن دستورات نادرست یا عدم توجه به زنگ هشدار را مرتکب شوند.
• اجرای HMI می تواند هزینه اضافی برای یک سازمان باشد، زیرا نیاز به خرید و نصب و هم چنین یک سری سخت افزار و نرم افزار مرتبط دارد.
• 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.

مشخصات کلی HMI اچ ام ای

• دارای صفحه تاچ اسکرین (LCD نوع TFT) در سایزهای متفاوت
• ارتباط سریال از طریق دو پورت به‌صورت همزمان (485-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

عوامل مهم در انتخاب HMI اچ ام ای مناسب

هنگام انتخاب HMI برای یک پروسه صنعتی باید چند عامل را مورد توجه قرار داد:

سازگاری

بسیار مهم است که اچ ام ای با سیستم کنترلی، پروتکل ارتباطی و فرمت اطلاعات سازگاری داشته باشد.

مقاومت سخت‌افزار

سخت‌افزار HMI باید برای مدت طولانی مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین باید بسته به محل به کارگیری، در برابر شرایط محیطی مانند دمای بالا، رطوبت و لرزش مقاومت کافی داشته باشد.

نمایشگر

صفحه نمایشگر اچ-ام-آی باید پاسخ لمسی روان داشته و از وضوح و روشنایی کافی برای استفاده در محیط‌های پر نور برخوردار باشد.

استفاده آسان

کار با پنل HMI باید ساده و روان و قابل فهم برای اپراتور با هر سطحی از تخصص طراحی شده باشد.

مصوّرسازی اطلاعات

نرم‌افزار اچ ام آی باید قابلیت به تصویر کشیدن اطلاعات به‌صورت گرافیکی، واضح و قابل فهم برای کاربر را دارا باشد.

توسعه‌پذیری

در زمان انتخاب اچ ام ای باید احتمال توسعه و تغییر پروسه پیش‌بینی شود تا در صورت نیاز بتوان برنامه HMI را متناسب با تغییرات پروسه توسعه داد. مثلاً حافظه، قدرت پردازشگر و اندازه نمایشگر باید امکان دریافت برنامه سنگین‌تر را داشته باشد.

خدمات مشتری

پس از خرید HMI ممکن است نیازمند ارائه خدمات از شرکت سازنده مانند قطعات یدکی، آپدیت نرم‌افزار برنامه‌ریزی و مشاوره فنی باشیم. بنابراین باید از تولیدکننده‌ای HMI را خریداری کنیم که پس از فروش، خدمات سخت‌افزاری و نرم‌افزاری مناسب و همچنین اسناد کافی (راهنمای استفاده، مشخصات فنی، …) را به خریدار ارائه دهد.

هزینه

استفاده از اچ ام آی هزینه خرید و راه‌اندازی را به کاربر تحمیل می‌کند. هنگام انتخاب اچ ام آی باید توجه کرد که مزایای استفاده از اچ ام آی  پس از زمان معقولی هزینه‌های انجام شده را جبران کند. بنابراین، اچ ام آی باید به نسبت کاراییِ مورد نیاز، قیمت مناسب و بازگشت سرمایه سریعی داشته باشد.

نرم‌افزارهای طراحی HMI

• Siemens TIA Portal (برای HMIهای زیمنس)

• EasyBuilder Pro (برای Weintek)

• DOPSoft (برای Delta)

• FactoryTalk View (برای Allen-Bradley)

• Vijeo Designer (برای Schneider)

دسته‌بندی HMI از لحاظ سطح کاربری

پنل های اچ ام آی از لحاظ سطح کاربری به سه دسته تقسیم بندی می‌شوند:

HMI جایگزین پوش‌باتن (Pushbutton Replacer)

این نوع اچ ام ای به‌عنوان جایگزین همه کلیدهای فرمان، LEDها، سوییچ‌ها و برخی فرمان‌های مکانیکی به‌کار گرفته می‌شود و امکان متمرکز کردن فرمان‌های اپراتوری را در یک مکان مشخص به کاربر می‌دهد.

HMI مدیریت داده (Data Handler)

این نوع اچ ام آی برای گرفتن فیدبک از متغیرهای پروسه و یا گزارش عملکرد آن مناسب است. اچ ام ای مدیریت داده، باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا بتواند نمودارها، نمادهای گرافیکی و عملکرد بخش‌های مختلفِ تولید را به‌درستی نمایش دهد.

این نوع اچ ام آی قابلیت نمایش نمودارِ روند تغییرات و همچنین ثبت اطلاعات و اعلام اخطار (آلارم) را دارد. بنابراین باید حافظه بالایی داشته باشد.

HMI ناظر (Overseer)

این نوع اچ ام آی بیشتر در پروسه‌های صنعتی بزرگ و سیستم‌های مانیتورینگ پیشرفته مانند SCADA به‌کار می‌رود. SCADA یک سیستم متمرکز مانیتورینگ است که برای کنترل و مانیتورینگ پروسه‌های پیچیده با ابعاد وسیع استفاده می‌شود.

اچ ام آی ناظر، معمولاً به پایگاه داده و نرم‌افزار SCADA متصل شده و ثبت روند عملکرد سیستم، مدیریت اطلاعات و عیب‌یابی پروسه از طریق آن انجام می‌شود. این نوع اچ ام آی غالباً با سیستم عامل ویندوز کار می‌کند و مجهز به پورت Ethernet برای اتصال به شبکه است.

برندهای پرکاربرد HMI اچ ام ای

• برند Siemens
• برند Delta
• برند LS
• برند Fatek
• برند Schneider
• برند ABB
• برند Omron
• برند Allen Bradley
• برند MITSUBISHI
• برند OMRON
• برند TOSHIBA
• برند VIGOR
• برند BECKHOFF
• برند FUJI
• برند FANUC
• برند PANELMASTER
• برند LITE-ONE
• برند ADVANTECH

نحوه نصب پنل‌های HMI اچ ام ای

در مباحث مربوط به اتوماسیون صنعتی، تجهیزات شبکه اتوماسیون به سطوح چندگانه‌ای دسته‌بندی می‌شوند.

1. سطح فیلد
2. سطح کنترل
3. سطح سوپروایزری
4. سطح برنامه‌ریزی (Planning)
5. سطح مدیریت

استاندارد نصب پانل های HMI اچ ام ای

معمولاً پنل HMI را روی تابلوهای کنترلی نصب می‌کنند. پنل باید در ارتفاع مناسب برای اپراتور و روی تابلوی کنترلی و نزدیک به PLC‌ها نصب شود. ارتفاع استاندارد برای نصب پنل HMI حدود ۱۶۰ تا ۱۷۰ سانتی‌متر است.

از دیگر نکاتی که هنگام نصب پنل HMI باید در نظر گرفت، حفاظت آن در برابر نفوذ آلودگی‌های محیطی مانند رطوبت، گرد و غبار، چربی و مواد شیمیایی است. استاندارد بین‌المللی IEC سطوح حفاظتی IP را برای تجهیزات صنعتی تعریف کرده است که با توجه به سطح و نوع آلودگی محیطی باید پنل با درجه IP مناسب را انتخاب کرد.

در محیط‌های صنعتی، برای HMI معمولاً IP67 در نظر گرفته می‌شود؛ هرچند در صنایع غذایی و دارویی به‌دلیل شست‌وشوی HMI با مواد شوینده شیمیایی، تجهیزاتی با IP69 به‌کار می‌رود. در بعضی محیط‌های صنعتی علاوه‌بر رعایت IP، از درپوشِ مخصوص برای محافظت از HMI استفاده می‌شود.

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.

تفاوت بین HMI و PLC

PLC چیست؟

PLC مخففProgrammable Logic Controller است. آنها معمولاً در کاربردهای صنعتی استفاده می شوند، به طور کلی فاقد صفحه کلید، ماوس و مانیتور هستند، زیرا معمولاً برای اجرای یک سیستم یا ماشین برنامه ریزی شده است.

کاربر سیستم یا ماشین به ندرت مستقیماً با برنامه PLC در تعامل است. هنگامی که نیاز به ایجاد یا ویرایش برنامه PLC باشد، معمولاً یک رایانه شخصی به آن متصل می شود. اما HMI دارای یک نمایشگر  است تا به اپراتور اجازه دهد داده های مربوط به عمل انجام شده را تشخیص دهد.

مقایسه PLC و HMI اچ ام ای

HMI اچ ام ای:

1. نمایش واحد در HMI با دکمه های عملکرد وجود خواهد داشت.
2. قادر به نظارت بر اتفاقات جاری در هنگام اعدام است.
3. قادر است در هر دو حالت دستی و خودکار کار کند.
4. قادر به تغییر نقطه تنظیم است.
5. معمولا صفحه لمسی PLC است

PLC:

1. صفحه نمایش واحد وجود ندارد.
2. کاربر نمی تواند آنچه را که در اجرای PLC اتفاق می افتد نظارت کند.
3. خود PLC به عنوان مدار منطقی قابل برنامه ریزی نامیده می شود.
4. خود PLC فقط در حالت خودکار اجرا می شود. اگر در حین عملیات خطایی وجود داشته باشد، کاربر نمی تواند ادامه دهد تا زمانی که آن را تعمیر یا تصحیح کند.
5. نقطه تنظیم را نمی توان در PLC تنظیم کرد. در صورت نیاز به تنظیم، مجوز برنامه باید دانلود شود.

برنامه نویسی HMI اچ ام ای

برنامه نویسی HMI با اکثر زبان‌های برنامه نویسی دیگر متفاوت است. دلیل آن این است که HMI اچ ام ای یک نمایش بصری از آنچه در طبقه تولید اتفاق می‌افتد است. بنابراین، برنامه‌نویسی واقعی HMI معمولاً بعنوان توسعه HMI شناخته می‌شود، زیرا بیشتر زمان صرف طراحی صفحه‌نمایش‌ها می‌شود.

علاوه بر این، برنامه‌نویسی که ورودی و خروجی یک HMI اچ ام ای را کنترل می‌کند، عموماً روی PLC قرار دارد و به برنامه‌نویس PLC بیشتر کنترل بر عملکرد نحوه عملکرد HMI را می‌دهد. با این حال، هر دوی این عملکردها در اکثر امکانات با هم ترکیب می‌شوند و برنامه‌نویس PLC یا طرح‌بندی صفحه‌های HMI را ایجاد می‌کند یا به اندازه کافی با فرآیند آشنایی دارد تا نحوه اجرای برنامه‌نویسی HMI را تعیین کند.

دسته بندی انواع اچ ام آی براساس ساختار

مانیتورهای صنعتی غیر لمسی

در این مدل عموما کاربر از طریق دکمه ها با دستگاه ارتباط برقرار می کند. در حال حاضر این مدل واسط فقط در کاربردهای سنگین و خشن مثل صنعت سنگ استفاده می‌شود. از مزایای رقابتی این مدل می توان به سخت کارتر بودن، قیمت پایین و اقتصادی اشاره کرد.

مانیتورهای صنعتی لمسی

طراحی مدلهای لمسی ضمن زیبایی ظاهری باعث شده کار با آنها برای کاربر راحت تر باشد. قیمت بالا و البته تا حدودی ظرافت بیشتر این مدلها از جمله چالش هایی است که اکثر کاربران با این مدل دارند.

HMI های دارای PLC

اخیرا برخی برند‌های سازنده HMI اچ ام ای از جمله برند دلتا شروع به تولید مدلهای HMI که دارای PLC هستند کرده اند. این مدلها در کنار حالت رنگی لمسی نمایشگرها دارای تعدادی ورودی و خروجی دیجیتال و آنالوگ هستند. این مدلها دارای قیمت رقابتی در مقایسه با زمانی که PLC و HMI بصورت جداگانه تهیه می شوند هستند، ولی بدلیل نداشتن قابلیت ارتقا و نیز از کار افتادن کل سیستم در صورت خرابی HMI هنوز بصورت گسترده در صنعت استفاده نمی‌شود.

دسته بندی HMI اچ ام ای بر اساس پورت‌های ارتباطی

مانیتورها عموما از چند پروتکل ارتباطی تحت شبکه پیروی می کنند. انواع پورتهای RS232، RS422، RS485 از نوع مدباس هستند و شبکه اترنت از مرسوم ترین شبکه های ارتباطی است. البته برخی از مانیتورها ممکن است از پروتکل‌های ارتباطی دیگری نظیر پروفی نت و یا پروفی باس هم پشتیبانی کنند.

پروتکل ارتباطی HMI اچ ام ای

انتخاب اینکه از چه پورتی برای ارتباط دستگاه‌ها به یکدیگر استفاده شود به فاصله دستگاه ها (فاصله HMI از PLC) ، نوع و برند دستگاه‌ها، سرعت و حساسیت دستگاه بستگی دارد.

با این حال در اکثر موارد پروتکل ارتباطی؛ بر اساس کنترلر (PLC)، سرعت ارتباطی و تعداد دستگاه‌های متصل شده به HMI انتخاب می شود. در حال حاضر مرسوم‌ترین پروتکل ارتباطی RS485 مدباس است. درواقع ارزانترین شبکه ارتباطی و در عین حال ایمن‌ترین شبکه در رنج قیمتی پایین شبکه مدباس RS485 است.

عموم دستگاه‌های مرسوم بازار مثل اینورترها، دماسنج ها، سروو درایوها از شبکه RS485 برای ارتباط با HMI استفاده می کنند. ولی بطور مثال PLC سری 1200 زیمنس، بدلیل دارا بودن پورت اترنت بصورت پیش فرض و با توجه به سرعت بالا و ایمنی مطلوب پورت اترنت در مقایسه با شبکه مدباس انتخاب طراحان مانیتورهای دارای پورت اترنت است.

دسته بندی اچ ام آی بر اساس پورت‌های ارتباطی

ذکر این نکته ضروری است که گاهی نرم افزار ضعیف یک مانیتور باعث می شود امکان استفاده از مانیتور برای یک کاربری خاص وجود نداشته باشد. بنابراین نرم افزار اچ-ام-ای نقش بسیار کلیدی در انتخاب آن دارد. دو تا از بهترین برندهای تولید کننده در بازار در حال حاضر Wecon و Delta هستند که در ادامه صفحه اصلی طراحی نرم افزار این مانتیورها آورده شده است.

برنامه ریزی اچ ام آی

مانتیورها به روش های مختلفی بوسیله یک کامپیوتر برنامه‌ریزی می شوند. قدیمی ترین روش برنامه ریزی از طریق پورت RS232 است. گرچه امکان برنامه ریزی مانیتورها همچنان بوسیله این پورت وجود دارد؛ ولی روش‌های سریع‌تر و ایمن‌تر کنونی این روش را به آخرین روش برای برنامه‌ریزی اچ ام آی تبدیل کرده است.
در حال حاضر مرسوم‌ترین روش برنامه‌ریزی اچ ام آی از طریق پورت USB است. در کنار این پورت برنامه ریزی از پورت اترنت برای مانیتورهای دارای پورت اترنت نیز امکان پذیر است. ویژگی جالبی که بعضی از مانیتورها دارند این است که امکان برنامه ریزی از طریق فلش مموری USB فراهم است.

نکات مهم در خرید HMI اچ ام ای

• تعداد و نوع پورتهای ارتباطی
• رزولوشن صفحه نمایش ( نشاندهنده کیفیت تصویر در مانیتور)
• پردازنده اصلی یا MCU که نشانگر سرعت پردازش مانیتور است
• دارا بودن باتری پشتیبان
• پشتیبانی از حافظه فلش در جهت ذخیره اطلاعات برای دیتا لاگر
• توان و جریان مصرفی برای انتخاب مناسب منبع تغذیه مورد نیاز
• قطعه RAM
• قطعه ROM

قیمت HMI اچ ام ای

عوامل بسیار متعددی در قیمت HMI اچ ام ای تاثیرگذار هستند؛ از جمله:

• برند
• اندازه و تکنولوژی صفحه نمایشگر
• قابلیت‌های سخت‌افزاری مانند حافظه و پردازشگر
• قابلیت‌های نرم‌افزاری مانند سیستم عامل و پشتیبانی از پروتکل‌های شبکه
• درجه IP

توی کامنت ها شما از تجربیاتتون در خصوص استفاده از HMI اچ ام ای بهمون بگید.