رابط انسان و ماشین HMI مخفف کلمه Human-Machine Interface، یک رابط کاربری یا داشبورد است که شخص را به ماشین، سیستم یا دستگاه متصل می کند. در حالی که این اصطلاح از نظر فنی می تواند برای هر صفحه نمایشی که به کاربر اجازه تعامل با یک دستگاه را می دهد به کار رود اما اصطلاح HMI (اچ ام آی) بیش تر در فرآیندهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.
HMI چیست؟
اگرچه HMI رایج ترین اصطلاح برای این فناوری است، اما گاهی اوقات به عنوان رابط فرد و ماشین (Man-Machine Interface-MMI)، پایانه رابط اپراتور (Operator Interface Terminal-OIT)، رابط اپراتور محلی (Local Operator Interface-LOI) و یا پایانه اپراتور (Operator Terminal-OT) نیز شناخته می شود. HMI و رابط کاربری گرافیکی (GUI-Graphical User Interface) ممکن است مشابه به نظر برسند اما از لحاظ کاربردی با یکدیگر تفاوت دارند. رابط های کاربری گرافیکی در HMI بیش تر شامل نمایه‌های گرافیکی هم چون دکمه‌ها، آیکون‌ها و تعاملات قابل انجام با کمک این آیکون‌ها است. در واقع به جای نوشتن متن یا کدهای فرمان، از رابط کاربری گرافیکی استفاده میشود.
در صنعت می توان از سیستم HMI در موارد زیر، بهره گرفت:
- نمایش داده ها به صورت بصری
- پیگیری زمان تولید، روندها و برچسب ها
- نظارت بر شاخص های کلیدی عملکرد
- مانیتورینگ ورودی و خروجی دستگاه
- …
مشابه نحوه تعامل یک شخص با سیستم تهویه مطبوع خانه، برای بررسی و کنترل دمای آن؛ یک اپراتور در داخل کارخانه نیز ممکن است از اچ ام آی برای بررسی و کنترل دمای یک مخزن آب صنعتی استفاده کند یا این که روشن یا خاموش بودن یک پمپ خاص در تاسیسات را بررسی نماید. فناوری HMI در ساختارهای گوناگون، از صفحه نمایش داخلی اتومبیل ها گرفته تا صفحه نمایش رایانه و تبلت به کار گرفته می شوند اما صرف نظر از کاربرد آن ها یا اصطلاحی که برای آن ها استفاده می شود؛ هدف اصلی، ارائه دیدگاهی کامل در مورد عملکرد سیستم های مکانیکی است.
فناوری HMI در صنایع و ساختارها
فناوری HMI به صورت تقریبی توسط تمامی سیستم های صنعتی و هم چنین طیف گسترده‌ای از سازمان ها به جهت تعامل با ماشین‌های آن سیستم و بهینه‌سازی فرآیندهای صنعتی به کار گرفته می شود. از جمله صنایعی که با بهره گیری از سیستم HMI فعالیت می کنند، به صورت زیر طبقه بندی می شوند:
- انرژی
- غذا و نوشیدنی
- ساخت و تولید
- نفت و گاز
- قدرت
- بازیافت
- حمل و نقل
- آب و فاضلاب
- …
بیش ترین قشری که با فناوری HMI تعامل دارند: اپراتورها، یکپارچه سازان سیستم و مهندسان (System Integrators, and Engineers) به ویژه مهندسان سیستم کنترل هستند. سیستم های HMI (اچ ام آی) منابعی پر اهمیت برای این متخصصان بوده که از آن ها در بررسی و نظارت بر فرآیندها (Review and Monitor Processes)، تشخیص ایرادات (Diagnose Problems) و نمایش داده ها (Visualize Data) استفاده می کنند.
بیشتر بخوانید: سیستم ریداندانسی (Redundancy) یا افزونگی چیست؟ انواع آن
ویدئو (1). رابط انسان و ماشین (Human-Machine Interface-HMI)
فناوری HMI و PLC
فناوری HMI به جهت دریافت و نمایش اطلاعات به کاربران با کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی PLC و حسگرهای ورودی/ خروجی، ارتباط برقرار می کند. صفحه نمایش HMI را می توان برای عملکردی واحد، هم چون نظارت و ردیابی، یا عملیاتی پیچیده تر مانند روشن یا خاموش کردن ماشین آلات و یا افزایش سرعت تولید، با توجه به روش اجرایی آن ها به کار برد.
در بهینه سازی نمودن یک فرآیند صنعتی با دیجیتالی و متمرکز کردن داده ها می توان از سیستم HMI برای بررسی و مشاهده آن استفاده کرد. با استفاده از HMI، اپراتورها می توانند اطلاعات مهم نمایش داده شده در نمودارها، چارت ها یا داشبوردهای دیجیتال را ببینند، آلارم ها را مشاهده و مدیریت کنند و با سیستم های SCADA و MES از طریق یک کنسول ارتباط برقرار کنند.
پیش از این، اپراتورها برای بررسی پیشرفت مکانیکی و ثبت فرایندها، از یک تکه کاغذ یا تخته استفاده می کردند و به طور مداوم در تردد بودند. با به کارگیری PLC به جهت برقراری ارتباط مستقیم اطلاعات در زمان واقعی به یک صفحه نمایش HMI (اچ ام آی)؛ این فناوری، جایگزین بسیار مناسبی برای سیستم های سنتی شده و در نتیجه بسیاری از مشکلات و هزینه های ناشی از کمبود اطلاعات یا خطای انسانی را کاهش داده است.
بیشتر بخوانید: زبان های برنامه نویسی PLC
فناوری HMI و سیستم SCADA
کنترل نظارتی و اکتساب داده (SCADA) و HMI ارتباطی نزدیک با یکدیگر دارند و در زمینه های مشابهی به کار گرفته می شوند. زیرا هر دو بخشی از یک سیستم کنترل صنعتی وسیع تر هستند. اما هر کدام از لحاظ عملکرد و قابلیت، خدمات متفاوتی را ارائه می دهند.
سیستم های مبتنی بر HMI بر انتقال بصری اطلاعات به جهت کمک به کاربر برای نظارت بر فرآیند صنعتی متمرکز هستند. سیستم های SCADA نیز دارای ظرفیت بسیار بالایی برای جمع آوری داده ها و عملیات سیستم کنترل هستند. برخلاف سیستم های اسکادا، فناوری HMI، قابلیت جمع آوری و ضبط اطلاعات را ندارند و به پایگاه داده ها متصل نمی شوند. اما ابزار ارتباطی مؤثری را ارائه می کنند که به عنوان یک بخش و یا در کنار یک سیستم SCADA عمل می‌کند.
فناوری HMI و روند توسعه
در دهه گذشته، تغییر نیازهای عملیاتی و تجاری، تحولات جالب توجهی در فناوری HMI ایجاد کرده است. اکنون، مشاهده اشکال تکامل یافته HMI با کارایی بالا، صفحه نمایش لمسی و دستگاه های تلفن همراه، در کنار نمونه های سنتی تر، رایج تر شده است. این رابطه های مدرن، قابلیت های بالاتری برای تعامل، تجزیه و تحلیل تجهیزات ایجاد می کنند…
- صفحه نمایش لمسی و تلفن همراه
صفحه نمایش های لمسی و HMI موبایل دو نمونه از پیشرفت های فناورانه هستند که با ظهور گوشی های هوشمند به بازار فناوری وارد شدند. HMI های مدرن به اپراتورها اجازه می دهند تا به جای دکمه ها و سوئیچ ها، برای دسترسی به کنترل ها، روی صفحه فیزیکی ضربه زده یا آن را لمس کنند. صفحه نمایش های لمسی به ویژه در زمان استفاده از HMI با تلفن همراه، که از طریق HMI/SCADA مبتنی بر وب یا از طریق یک برنامه کاربردی استفاده می شود، از نمونه های مهم این فناوری هستند. HMI (اچ ام آی) بر روی تلفن همراه، مزایای گوناگونی به اپراتورها ارائه می دهد، از جمله دسترسی فوری به اطلاعات HMI و نظارت از راه دور.
- نظارت از راه دور
نظارت از راه دور سازگار با تلفن همراه، انعطاف و دسترسی بیش تری را برای اپراتورها و مدیران به صورت یکسان فراهم می نماید. با استفاده از این شاخصه، یک مهندس سیستم کنترل هنگام عدم حضور در سایت می تواند به عنوان نمونه دمای انبار را روی یک دستگاه قابل حمل تایید کند و نیازی به نظارت در محل بعد از ساعات کاری نداشته باشد. به زودی، بررسی یک فرآیند در بخشی از کارخانه شما در حالی که کیلومترها از مرکز فاصله دارید، به امری عادی بدل خواهد شد.
- نگاهی به آینده HMI
مهندسان پیشرو حتی در حال بررسی راه‌کارهایی در جهت پیاده‌سازی واقعیت افزوده (AR) و واقعیت مجازی (VR) برای نمایش عملکردهای تولید هستند. از آن جا که داده ها نقشی مهم در صنعت تولید ایفا می کنند، آینده برای HMI (اچ ام آی) بسیار روشن به نظر می رسد. این فناوری ممکن است راه طولانی را طی کرده باشد، اما پتانسیل رشد آن، نامحدود پیش بینی می شود و راهی طولانی نیز پیش روی خود خواهد داشت.
بیشتر بخوانید: معرفی PLC های آلن برادلی
برنامه نویسی HMI
برنامه نویسی HMI فرآیند ایجاد رابط کاربری (UI) برای یک سیستم نظارت و کنترل (SCADA) یا دستگاه اتوماسیون صنعتی است. این رابط به اپراتورها اجازه می دهد تا با ماشین یا فرآیند ارتباط برقرار کرده و آن را کنترل کنند. برنامه نویسی HMI به طور معمول شامل موارد زیر است:
- صفحات نمایش (طراحی گرافیکی): این قسمت شامل طراحی فرایند با استفاده از المانهای موجود در نرم افزار HMI می‌باشد. شامل دکمه‌ها، سوئیچ‌ها، نمودارها و آلارم ها و غیره می‌باشد
- نوشتن اسکریپت ها: این اسکریپت ها به HMI اجازه می دهد تا بر اساس ورودی ها و شرایط خاص، اقداماتی را انجام دهد. به عنوان مثال، یک اسکریپت می تواند یک آلارم را در صورت بالا رفتن بیش از حد دما فعال کند.
- برقرار کردن ارتباطات: این شامل برقراری اتصال بین HMI و PLC ها، سنسورها و سایر دستگاه های جانبی است.
برخی از نرم افزارهای محبوب برنامه نویسی HMI عبارتند از:
- Siemens WinCC
- Rockwell Automation FactoryTalk HMI
- Beijer Ecomate
- Cimplicity HMI
نرم افزار WINCC از نرم افزارهای محبوب در سیستم مانیتورینگ محسوب میشود. نرم افزار WINCC توسط شرکت زیمنس تهیه شده است از این نرم افزار در صنایع مختلف مانند صنعت فولاد، صنعت برق، نفت و گاز، آب و فاضلاب و خودرو استفاده میشود. نرم افزار WINCC امکان کنترل و مدیریت از راه دور، ثبت و گزارش گیری دقیق و همچنین مانیتورینگ و نظارت لحظه ای را فراهم می کند.
شرکت نیکسا، شرکت برق، کنترل و ابزار دقیق است که سابقه طولانی در انجام برنامه نویسی اتوماسیون صنعتی دارد این شرکت اقدام به طراحی ماشین حساب آنلاین جهت محاسبه قیمت برنامه نویسی PLC زیمنس و قیمت برنامه نویسی HMI زیمنس بر اساس چندین پروژه PLC که انجام داده است نموده، جهت استفاده از این ماشین حساب به صفحه “برنامه نویسی اتوماسیون صنعتی و برنامه نویسی PLC نیکسا” مراجعه نمایید.
سخن پایانی
در این مقاله ما آموختیم که HMI چیست و در واقع یک رابط انسان و ماشین هست به این معنا که یک کاربر انسانی را به ماشین یا دستگاه متصل می‌کند. اچ ام آی در اتوماسیون صنعتی و سیستم کنترل مورد استفاده می‌باشد تا به اپراتورها اجازه کنترل و نظارت بر فرآیند و ماشین آلات را بدهد. HMI شامل نمایشگرهای لمسی و دکمه ای جهت ارائه اطلاعات می‌باشند بعضی از انواع سیستم HMI شامل ورودی و خروجی بوده و به عنوان یک کنترل کننده نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.
