HMI چیست و چه کاربردی دارد؟

با HMI یا همان رابط کاربری انسان و ماشین بیشتر آشنا شوید.

به آموزش این جلسه خوش آمدید. در ادامه‌ی سلسله آموزش‌های مربوط به الکترونیک صنعتی و اتوماسیون، امروز قصد داریم شما را با HMI آشنا کنیم. البته ممکن است تا به حال چنین کلمه‌ای حتی به گوش‌تان هم نخورده باشد. اما چه در این حرفه تجربه‌ی عملی داشته باشید و چه نداشته باشید، مطمئن باشید بارها و بارها و به صورت مکرر با آن مواجه شده‌اید و فقط نام آن را نمیدانستید.

HMI چیست؟

HMI خلاصه‌شده‌ی عبارت Human Machine Interface؛ به معنای رابط کاربری ماشین–انسان است. در صنعت از HMI برای کنترل و نظارت بر ماشین‌ها استفاده می‌شود. یک مثال خیلی معمولی و متداول از کاربرد HMI که همگان به طور روزمره با آن سروکار دارند، دستگاه‌های ATM هستند. نمایشگر و دکمه‌هایی که کنار آن تعبیه شده‌اند، به شما این امکان را می‌دهند که این ماشین را کنترل و آن را وادار به یک عملیات مالی کنید. مثلا وجهی دریافت کنید و یا هر تراکنش دیگری انجام دهید.

مثال بالا یک مثال ساده برای ملموس شدن مفهوم بود. اما به بحث صنعت برگردیم. در فرآیندهای صنعتی بسیار مشکل است که شما بتوانید یک فرآیند را بدون استفاده از HMI به صورت کارآمدی اتومات کنید. در موارد متعددی HMI به صورت یک نمایشگر است، چیزی شبیه صفحه‌ی نمایشگر یک کامپیوتر خانگی. اما اغلب به صورت صفحات لمسی بر روی خود دستگاه‌ها و ماشین‌ها تعبیه شده است.

اپراتور یک دستگاه یا ناظران نگهداری و تعمیرات ماشین‌ها، می‌توانند از طریق صفحه‌ی نمایشگر که در واقع همان HMI ماشین است، آن را راه‌اندازی کنند یا بر عملکردش نظارت داشته باشند. اما بر روی این صفحه‌ی نمایشگر چه اطلاعاتی ممکن است وجود داشته باشد؟ دما، فشار، شماره‌ی مرحله‌ای از فرآیند که در هر لحظه در حال اجراست، اطلاعاتی در رابطه با متریال ورودی دستگاه و … حتی می‌توانند سطح دقیق مایعات درون مخازن و یا مکان دقیق یک ماشین را نیز نمایش دهند.

تا پیش از وجود یا استفاده از HMIها، هر کدام از این اطلاعات را باید به صورت پراکنده و جداگانه از یکی از سنسورها یا قسمت‌های مختلف آن ماشین بدست می‌آورند اما اکنون همگی به سادگی در دسترس هستند و تنها محدودیتی که ممکن است وجود داشته باشد، در استفاده از سخت‌افزارها و نرم‌افزارهای مختلفی ‌است که ممکن است HMIها را متفاوت کند.

امکان فوق‌العاده‌ی دیگری که وجود دارد این است که می‌توان تعداد زیادی HMI را به یک PLC متصل کرد و به اطلاعات تمامی آنها به صورت یک‌جا دسترسی داشت و در صورت وجود مشکل آن‌ را ردیابی کرد. این امکان بسیار ارزشمندیست، زیرا در زمانی که پرسنل عیب‌یابی برای تشخیص خرابی یک خط تولید صرف می‌کنند، در مقایسه با حالتی که چنین امکانی وجود نداشته باشد و ناگزیر باشند هر بار تک تک HMIها را به یک سیستم کامپیوتری یا لپ‌تاپ متصل کنند،  به شدت صرفه‌جویی خواهد شد.

از دیگر مزایای استفاده از HMI، علی‌الخصوص انواع به‌روزتر آنها، این است که کل یک کارخانه یا یک مرکز صنعتی، با تمام تجهیزات و ماشین‌های موجود در آن‌ها را می‌توان با استفاده از HMI مدیریت و کنترل کرد. یک مرکز مدیریت و نظارت بر روی تمام کارخانه که بر روی یک HMI مرکزی ایجاد می‌شود.

سیستم‌های مدیریت آب و فاضلاب سال‌هاست که از همین روش و از ترکیب HMI و PLC  استفاده می‌کنند. به این ترتیب قادرند حتی دورترین نقاط سیستم‌ مثلا پمپ‌های آبی که در فاصله‌های طولانی از مرکز سیستم قرار گرفته‌اند و هم‌چنین نقاط نزدیک مثلا تجهیزات داخلی مرکز را به سادگی مدیریت کنند.

احتمالا تا همین ‌جای کار به خوبی متوجه شده‌اید که HMI چیزی نیست به جز یک صفحه‌ی نمایشگر که پنلی برای مدیریت عملکرد ماشین‌هاست. اما سوالی که ممکن است برای شما هم پیش آمده باشد این است که حالا ارتباط این HMI با ماشین چگونه است و چگونه بر اساس این ارتباط می‌توان از طریق HMI ماشین را کنترل و مدیریت کرد؟ با ما همراه باشید.

نکته اول این است که در HMI از نرم‌افزار بخصوصی استفاده می‌شود که مهندسان مرتبط، می‌توانند آن را به خوبی برنامه‌نویسی کنند و البته برندهای مختلف عرضه‌کننده، طبیعتا از نرم‌افزارهای مختلفی ممکن است استفاده کنند.

به کمک این نرم‌افزار مهندسان تصمیم می‌گیرند که چه اطلاعاتی بر روی صفحه‌ی نمایشگر HMI نشان داده شوند، کدام از آنها قابل تنظیم و مدیریت باشند و چه دکمه‌هایی برای تنظیمات وجود داشته باشند. و در نهایت اینکه اپراتور دستگاه این ماشین را در چه چهارچوبی می‌تواند مدیریت و کنترل کند.

مثلا بر روی صفحه‌ی نمایشگر یک HMI می‌تواند تصویر یک مخزن نشان داده شود که سطح مایع درون آن مشخص است. کنار آن ممکن است تصویر یک پمپ باشد که در صورت بالا بودن سطح مخزن، می‌توان با لمس پمپ سطح آب را کاهش داد تا به ارتفاع مطلوب برسد. برای روشن و خاموش کردن پمپ هم ممکن است گزینه‌های استارت و استاپ تعبیه شده باشند. این HMI قادر است پمپ و مخزنی که در عالم واقع وجود دارند را به همین ترتیب مدیریت کند.

البته همه‌چیز هم به این سادگی‌ که ممکن است به نظر برسد نیست، اینکه تصویر یک مخزن و یک پمپ را برنامه‌ریزی کنیم و سطح مایع درون مخزن نشان داده شود.

برنامه‌نویسی که HMI را برنامه‌نویسی می‌کند باید با دقت گزینه‌ها و آنچه‌ قرار است بر روی نمایشگر نشان داده شوند را به ورودی و خروجی‌های PLC مرتبط کند تا طرح‌هایی که گفتیم نشان داده شده و درست کار کنند.

در اینجا به نکته‌ی دوم می‌رسیم. اینکه HMI و PLC باید با هم هماهنگ باشند. به عبارت واضح‌تر این دو باید بتوانند با هم صحبت (تبادل اطلاعات) کنند. این کار باید از طریق یک پروتکل مخصوص اتفاق بیفتد که شرکت های مختلف از پروتکل‌های مختلفی که خودشان به این منظور طراحی کرده‌اند استفاده می‌کنند. معروف‌ترین آن‌ها پروتکل‌های Modbus ،Ethernet/IP و Profibus هستند. همه‌ی این‌ها شبکه‌های اختصاصی صنعتی هستند، چیزی شبیه شبکه‌ی خانگی‌ای که شما ممکن است میان وسایل مختلف موجود در منزل‌تان برقرار کنید، مثلا میان تلویزیون و کامپیوترها و …

اطلاعات تخصصی در مورد هر کدام از این پروتکل‌ها را می‌توان در وب‌سایت شرکت‌های طراحی‌ کننده‌ی آن‌ها پیدا کرد.

به این ترتیب پس از فراهم کردن امکان مبادله‌ی اطلاعات میان HMI و PLC، تمام چیزهایی که در HMI برنامه نویسی می‌شوند را می‌توان در PLC و سیستم مدیریتی آن استفاده کرد و بالعکس.

بسیار خوب. آموزش امروز را هم با مرور نکاتی که یادگرفتیم به پایان می‌رسانیم.

مطالبی که آموختیم درباره‌ی HMI یا همان رابط کاربری میان انسان و ماشین بود. به زبان ساده HMI نمایشگری است که به اپراتور یک دستگاه اجازه می‌دهد آن ماشین را راه‌اندازی کند، بر عملکرد آن نظارت داشته باشد و در صورت لزوم عیب‌یابی کند.

هم‌چنین گفتیم که مهندسان می‌توانند HMI را طوری برنامه‌نویسی کنند که بتواند با استفاده از تمام قابلیت‌های PLC و توابع ورودی و خروجی آن‌، ماشین‌ها و تجهیزات را مدیریت و کنترل کند. به این ترتیب میان HMI و PLC یک کار مشترک و هماهنگ صورت می‌گیرد که تبادل اطلاعات لازم میان آن‌ها برای انجام این کار مشترک به زبانی مخصوص و از طریق پروتکل‌هایی مخصوص اتفاق می‌افتد. این پروتکل‌های به خصوص را پروتکل‌های صنعتی می‌نامیم. تبادل اطلاعات از طریق شبکه‌ای که در صنعت میان تجهیزات و ماشین‌های مختلف برقرار می‌شود.

ویديو معرفی HMI

• منبع: ترجمه از سایت realpars.com

اگر آموزش HMI چیست؟ براتون مفید واقع شده ما را نیز دعا کنید و اگر خواستین می‌توانید از محتوا‌ی رایگان آموزشی حمایت مالی کنید. همچنین نظرات، پیشنهادات و درخواست‌های خود را در کامنت‌ها ⇓ بنویسید.

اگر این نوشته‌ برایتان مفید بود لطفا کامنت بنویسید.