HMI چیست؟

Human Machine Interface واسطی برای ارتباط کاربر و ماشین یا دستگاه است. بدین صورت که کاربر تمام تنظیماتی که یک ماشین صنعتی نیاز داشته باشد را بوسیله HMI به آن انتقال می‌دهد.

روش انتخاب HMI مناسب

مهمترین موارد انتخاب برای یک HMI گزینه های مختلفی همچون: قیمت، ابعاد، پورتهای ارتباطی، نوع کنترلر متصل به مانتیور، کیفیت و رزولوشن تصویر، عمر مفید مانیتور و البته قابلتهای نرم افزاری که مانیتور پشتیبانی می کند در نظر گرفته می شود.

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 اچ ام آی 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 اچ ام آی بر اساس ابعاد

HMI ها بر اساس سایز صفحه نمایش به انواع مختلفی دسته بندی می‌شوند که از اندازه 3.5 اینچ شروع شده و تا سایز 15 اینچ معمولا در بازار یافت می شود. علاوه بر ابعاد صفحه لمسی ابعاد برش مانتیور برای نصب بر روی دستگاه هم دارای اهمیت است بویژه در زمانیکه برند HMI تغییر می کند و یا محدودیت فضا وجود دارد. در زیر جدول ابعاد مانیتور انواع اچ ام آی قابل مشاهده است:

دسته بندی اچ ام آی HMI بر اساس پورت‌های ارتباطی

برای ارتباط یک HMI با یک کنترلر که عموما یک یا چند PLC است، از یک یا چند پورت ارتباطی استفاده می کنند که در ادامه این پورتها معرفی می گردند.

بواسطه وجود نویز بعضا شدیدی که بوسیله المانهای سوئیچینگ نظیر اینورترها و سروو درایوها در ماشین آلات وجود دارد؛ شبکه ارتباطی بین HMI و سایر دستگاه‌ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. بطوری‌که یکی از مشکلات رایج در برقراری ارتباط بین HMI و سایر دستگاه‌ها آلارم قطع ارتباط است.

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 اچ ام آی

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 HMI بر اساس پورت‌های ارتباطی

برندهای مختلفی در بازار وجود دارد که ممکن است ویژگی های سخت افزاری یکسانی اعم از ابعاد ، کیفیت تصویر و تعداد پورتهای اتباطی داشته باشند. در عین حال که این کیفیت ممکن است بسته به نوع برند متفاوت باشد، چیزی که باعث تفاوت چشمگیر بین محصولات برندهای مختلف می شود نرم افزار دستگاه اچ ام آی است. منظور از نرم افزار واسطی است که طراح از آن برای طراحی HMI استفاده می کند که می تواند قابلیت‌های نسبتا متفاوتی بین مانیتورها داشته باشد.

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 HMI نقش بسیار کلیدی در انتخاب آن دارد. دو تا از بهترین برندهای تولید کننده HMI در بازار در حال حاضر Wecon و Delta هستند که در ادامه صفحه اصلی طراحی نرم افزار این مانتیورها آورده شده است.

طراحی نرم افزار اچ ام آی

طراحی یک نرم افزار حرفه ای HMIبخش مهم اجرای یک پروژه اجرایی است. بوسیله نرم افزار می توان تمامی پارامترهای حیاتی یک سیستم را مانیتور کرد و در صورت لزوم آنها را تغییر داد.
بطور مثال اگر یک دستگاه اکسترودر قرار باشد بوسیله HMI کنترل شود. این دستگاه تعداد قابل ملاحظه ای المنت دارد که بوسیله HMI می توان دماهای آنها را مشاهده کرد و یا تغییر داد. در واقع هر زمان نیاز به تغییر دما بر روی سیستم داشته باشید بوسیله HMI فرمان تغییر دمای مورد نظر برای المنتها به PLC ارسال می شود و همزمان تغییرات نیز قابل مشاهده است.
در واقع امکان مشاهده برای سایر پارامترهای یک دستگاه مثل سرعت الکتروموتورها، نوع محصول تولیدی، تعداد محصول و تمام پارامترهایی که در یک سیستم کنترلی وجود دارد هست. البته بسته به سیستم کنترل برخی از پارامترها صرفا امکان مشاهده دارند و امکان تغییر وجود ندارد.

HMI در نقش کنترل کننده

HMI این قابلیت را دارد که از آن در نقش یک PLC البته بصورت محدود استفاده کرد. برای انجام این کار لازم است از دستورات ماکرو استفاده شود. این دستورات گستردگی محدودی دارند و به کمک آنها می توان برخی پروسه ها را بجای اجرا در PLC در HMI اجرا کرد. از مرسوم ترین این پروسه ها انتقال ساعت و تاریخ به PLC از HMI است.
عموما پی ال سی ها چون که باتری پشتیبان ندارند دارای ساعت داخلی یا RTC نیستند. ولی اچ ام آی یا مانیتور به دلیل داشتن باتری پشتیبان، این امکان را فراهم می کند که PLC از ساعت و تاریخ آن برای انجام پروسه های مختلف استفاده کند.
گاهی اوقات بدون نیاز به یک PLC می توان یک پروسه را کنترل کرد حتی اگر نیاز به ورودی و خروجی دیجیتال یا آنالوگ باشد. علی رغم اینکه مانتیورهایی که در مورد آنها صحبت می کنیم دارای PLC داخلی و یا ورودی و یا خروجی دیجیتال نیستند لارم به ذکر است تنها برای پروژه های بشدت اقتصادی و البته محدود انجام این روش امکان پذیر است.

برنامه ریزی HMI

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 (HMI) 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

برای خرید یک HMI نکات مهمی وجود دارد که تا حد زیادی بستگی به پروژه و نیز قیمت مورد انتظار دارد. ولی در حالت کلی علاوه بر قیمت مانیتور لمسی و نرم افزار برنامه ریزی و قابلیت‌های آن، لازم است موارد زیر نیز مد نظر قرار بگیرند:

• 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
• RAM
• ROM

بررسی این موارد قبل از خرید اچ ام آی باعث می شود بهترین گزینه را با توجه به کاربری مد نظرتان انتخاب کنید.

کنترل اچ ام آی HMI از راه دور (IOT)

برخی از HMI ها این امکان را به کابران می دهند تا از راه دور و بدون نیاز به آی پی استاتیک از طریق تلفن همراه عملکرد دستگاه خود را کنترل کنند. این قابلیت برای برخی از مانیتورهایی که شبکه اترنت دارند در دسترس است و در صنعت با قابلیت IOT از آن یاد می شود. معمولا هر HMI نرم افزار خاص خود را برای این امکان دارد ولی نرم افزار VNC Viewer از معروف‌ترین نرم افزار هاست که اکثر برندهای مختلف HMI را ساپورت می کند.

البته در کنار قابلیت IOT مانیتورها این امکان را فراهم می کنند که یک کاربر بتواند بوسیله کامپیوتر پروسه کلی و خود دستگاه را از طریق اتاق کنترل تحت نظارت قرار دهد.

ذخیره سازی اطلاعات در اچ ام آی (دیتا لاگر)

ویژگی است که بوسیله آن می توان اطلاعات مختلف یک پروسه نظیر دماها و یا جریانهای الکتروموتورها را ذخیره کرد و یا آنها را بصورت نمودار مشاهده کرد. عموما مانیتورها در قالب فایل Excel اطلاعات را بصورت موقت ذخیره می کنند و سپس بوسیله یک فلش این اطلاعات را می توان مشاهده و بررسی کرد. این قابلیت بسیار در زمان عیب یابی یک پروسه می تواند مفید باشد.
بطور مثال اگر محصولی از یک پروسه تولید خراب شده باشد با بررسی اطلاعات ذخیره شده می توان دلیل خرابی محصول و احتمالا پیدا کردن قطعه خراب و یا دلیل این رخداد را پیدا کرد.

انواع مانتیور اچ ام آی برند دلتا

در جدول زیر تفاوت های مدلهای مختلف HMI دلتا را مشاهده می کنید.