مقایسه اتوماسیون ماشین آلات صنعتی (PLC، HMI و PC)
18 مهر 1404
معرفی pc و نقش آن در اتوماسیون صنعتی
26 مهر 1404
فهرست مطالب
ارائه راهکارهایی برای ارتباط بین انسان و ماشین به طور کلی HMI نامیده میشود. HMI در صنعت نقش بسیار اساسی و مهمی را ایفا میکنند زیرا به انسان اجازه میدهند تا نیاز خود را به سرعت وارد سیستم کرده و دستگاه پاسخ مناسب آن را در زمان کوتاه اعلام کند.
HMI چیست؟
اپراتور دستگاهها و تجهیزات صنعتی باید به یک روش کارآمد و نسبتا ساده بتوانند دستورهای لازم را وارد دستگاه کنند. همین نیاز مهم، مفهومی به نام HMI را ایجاد کرد اما دقیقا HMI چیست؟ HMI در صنعت (Human Machine Interface) به دستگاههای سختافزاری- نرمافزاری گفته میشود که ارتباط بین انسان و تجهیزات صنعتی را سادهتر و کارآمدتر میکنند.
معمولا ارتباط گرافیکی برای انسان سادهتر بوده و راحتتر کار کردن با آن را یاد میگیرد. به همین دلیل اچ ام آیها یک رابط گرافیکی ساده و قابل فهم دارند. اگر اپراتور بداند که اچ ام آی چیست و چگونه کار میکند، میتواند پیچیدهترین دستگاهها را به راحتی مدیریت کند.
تاریخچه مختصر HMI در صنعت
از زمان اختراع دستگاهها و نیاز به ارتباط بین انسان و ماشین، راهکارهای مختلفی معرفی شدهاند. با نگاهی به روند تاریخی آنها متوجه میشویم که امروزه نقش HMI در اتوماسیون صنعتی بسیار گسترده و مهم است:
- استفاده از کارت پانچ: در 1950 یک روش ساده برای ارتباط وجود داشت که به آن پردازش دستهای (Batch Processing) گفته میشد. در این روش همه دستورها و جزئیات روی کارت پانچ نوشته شده و وارد دستگاه میشد. دستگاه با خواندن اطلاعات روی کارت پانچ، درخواستهای گفته شده را اجرا میکرد.
- توسعه خط فرمان: یک دهه بعد رابط خط فرمان (Command Line Interface) به وجود آمد. در این روش اپراتور دستورهای لازم را به صورت متنی وارد کامپیوتر میکرد. بنابراین میتوانست در هر لحظه یک دستور را به دستگاه بدهد.
- رابط گرافیکی کاربر: بعد از دو مدل قبلی، رابط گرافیکی (GUI) به وجود آمد که روی لپتاپها، گوشیها و سیستمهای الکترونیکی امروزی هم مشاهده میشود. به این مدل WIMP(Window، Icon، Menu، Pointer) نیز میگویند که به جای نوشتن دستور، با دکمهها و آیکونها کار میکند.
اجزای اصلی HMI
هرکدام از اجزای HMI در اجرای کارکرد صحیح دستگاه، نقش بسیار مهمی دارند. پیش از آن که به سراغ کاربرد و نقش نرم افزار HMI برویم، باید اجزای اصلی آن را بررسی کنیم.
1.بخشهای ورودی اطلاعات
بخشهای ورودی (Input) یعنی تاچپد، صفحه کلید و هر قسمت دیگری که با آن میتوان اطلاعاتی را وارد سیستم کرد. بخش ورودی اطلاعات ممکن است فیزیکی یا دیجیتالی باشد که در هر صورت تغییری در نقش آن ایجاد نمیشود.
2.بخشهای خروجی تغییرات
در مقابل بخشهای ورودی، همیشه باید قسمتی برای نمایش اطلاعات خروجی (Output) و بازخورد ماشین نیز وجود داشته باشد. نمایشگر، چراغهای هشدار و مانیتورهای صنعتی همگی خروجی هستند.
3.بخش نرمافزاری سیستم
قسمت نرمافزاری سیستم HMI به بخشی گفته میشود که پارامترهای سیستم درآن تنظیم و آلارمها تعریف میشود. این بدان معنا است که یک پل ارتباطی بین کاربر و سختافزار صنعتی ایجاد میکند. درصد زیادی از آموزش اپراتورها در این قسمت متمرکز میشود.
4.پردازش سیستم
مغز متفکر سیستم همان واحد پردازش است. همه دیتایی که از ورودیها به سیستم میدهید و همه نتایج به دست آمده از خروجیها توسط این بخش تحلیل و تفسیر میشوند.
دیگر اجزای HMI را در جدول زیر مشاهده میکنید:
| مشخصات | نام اجزای مختلف | عملکرد هر بخش |
| واحد ارتباطی | Communication Interface | ارائه پروتکلهای صنعتی برای ارتباط بین HMI و دیگر اجزای سیستم |
| منبع تغذیه | Power Supply | تامین انرژی موردنیاز سیستم |
| حافظه | Memory & Storage | مکان نگهداری و ذخیرهسازی اطلاعات |
| سطوح دسترسی | Security System | ارائه سیستمهای امنیتی و تعریف سطوح دسترسی جداگانه |
| رابط کاربر گرافیکی | Graphical User Interface | دکمهها، آیکونها و نشانگرهای هشدار با رابط گرافیکی تعریف میشوند |
نقش HMI در اتوماسیون صنعتی
نظارت روی فرآیندهای در حال اجرا در کارگاه، مدیریت تجهیزات و دستگاهها و نمایش نتایج آنها روی خروجی بخشی از نقش HMI در اتوماسیون صنعتی است. برای اینکه درک کنیم HMI چیست، نگاهی دقیقتر به این نقشها نیاز است.
نظارت بر فرآیندها
نظارت کردن روی فرآیندها چه درون محیط صنعتی و چه به صورت ریموت، از مهمترین نقشهای HMI محسوب میشود. میتوان در هر لحظه روی عملکرد و اطلاعات کلیدی مانند دما، فشار، سرعت و وضعیت تجهیزات تمرکز کرده و خروجیها را رصد کرد.
کنترل تجهیزات و ماشینآلات
HMI در صنعت فقط یک دستگاه برای مشاهده وضعیت ماشین آلات نیست بلکه میتواند آنها را کنترل هم کند. پس اپراتور باید کار با این سیستم و دستگاههای متصل به آن را بلد باشد. البته در مدلهای پیشرفتهتر معمولا فرآیند کنترل کردن به صورت چند مرحلهای و ایمن انجام میشود.
نمایش خطاها و هشدارها
در همه محیطهای صنعتی گاهی اتفاقاتی رخ میدهد که نیازمند شناسایی و رسیدگی سریع هستند. پس باید سیستمهای HMI دارای آلارمهایی برای نمایش خطر یا تغییر وضعیت باشند.
بهبود بهرهوری و کاهش خطا
یک نقش و کاربرد HMI در کارخانهها این است که کتابخانه جامعی از دادهها، گزارشها و نمودارها دارد. بنابراین به مهندسان و اپراتورها کمک میکند تا عملکرد سیستم را بهینه کنند. علاوه بر این، با رابط کاربری ساده احتمال خطای نیروی انسانی را کاهش میدهند.
انواع HMI در صنعت
همانطور که گفتیم HMI این امکان را فراهم میکند که بتوان تجهیزات و دستگاهها را از راه دور هم کنترل و مدیریت کرد. از اینجا متوجه میشویم که انواع مختلفی دارد که بسته به نیاز صنعت، مدیران فنی به سراغ آنها میروند.
HMI محلی (Local HMI)
لوکال HMI یکی از انواع HMI است که باید کنار تجهیز و دستگاه قرار بگیرد. این مدلها به دلیل عدم وابستگی به شبکه، هم فرآیند نگهداری سادهتری دارند و هم در شرایط سختتر همچنان کارکرد خود را حفظ میکنند.
HMI مبتنی بر وب (Web-based)
اگر بتوان HMI را روی مرورگر و سیستم متصل به اینترنت اجرا کرد، به آن مبتنی بر وب میگویند. این مدل اچ ام آی امکان مانیتور کردن و کنترل از راه دور را امکانپذیر میکند. البته به دلیل نیاز به شبکه و اینترنت، از آن نمیتوان در هر محیط و با هر شرایط استفاده کرد زیرا ارتباط HMI با سنسورها و ماشینآلات باید حفظ شود.
HMI پیشرفته با اتصال به SCADA
یکی دیگر از انواع HMI اتصال آن به SCADA است. با اتصال اچ ام آی به اسکادا، اطلاعات در بازه زمانی بسیار طولانیتری در سیستم ذخیره میشوند. پس با مشاهده و آنالیز دیتای دستگاه در بلندمدت میتوان راهکارهای عملی برای سیستم اجرا کرد.
جدول مقایسه انواع HMI
در جدول زیر انواع سیستم HMI را در کنار هم مقایسه کردهایم تا در یک نگاه متوجه تفاوت آنها شوید:
| انواع HMI | ویژگیها | مزایا | معایب |
| محلی | اتصال مستقیم به دستگاه | پاسخ سریع، راهاندازی ساده، مقاومت در محیطهای صنعتی | نیاز به دسترسی حضوری |
| مبتنی بر وب | دسترسی با شبکه، استفاده از مرورگر | امکان مانیتورینگ از راه دور، آپدیت ساده | نیاز به شبکه و اینترنت، در معرض خطر حملات سایبری |
| پیشرفته با اتصال به SCADA | یکپارچه شدن با سیستمهای تحلیل داده | امکان ثبت دیتا، اعلام هشدار | هزینه بالا، کارکرد پیچیده |
تفاوت بین HMI و SCADA
HMI و SCADA هرکدام برای کنترل و نظارت روی فرآیندهای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند. HMI معمولا یک پنل گرافیکی بوده که اطلاعات دستگاه و تجهیزات را به اپراتور نشان داده و امکان کنترل را فراهم میکند.
در مقابل SCADA یک سیستم جامعتر بوده که میتواند اطلاعات را از چند دستگاه دریافت، جمعآوری و تحلیل کند. به بیان سادهتر SCADA مدیریت جامع سیستمها و ذخیرهسازی را فراهم میکند.
کاربردهای HMI در صنایع مختلف
کاربردهای مهم اچ ام آی در اتوماسیون صنعتی و کارخانههای تولیدی، صنایع نفت و گاز، صنایع غذایی و دارویی و همچنین اتوماسیون ساختمانی کاربردهای زیر را دارد:
- هشدار دادن و مدیریت آلارمها
- نگهداری و ذخیرهسازی دیتا
- تشخیص و عیبیابی
- پشتیبانی
- مدیریت انرژی
- کنترل مستقیم تجهیزات
نتیجهگیری
طراحی نیازهای یک کارخانه و ارائه یک HMI مناسب برای اینکه بیشترین کاربرد را داشته باشد، باید توسط مهندسان باتجربه صورت بگیرد. در آذرتسکا مشاوره، نیازسنجی و طراحی HMI کاملا متناسب با شرایط کارگاه ارائه میشود. همین حالا با تیم مشاوران آذرتسکا در ارتباط باشید. برای آشنایی با دیگر اتوماسیون ها مانند PLC به مقاله پی ال سی PLC چیست و نقش آن در اتوماسیون صنعتی مراجعه کنید.
سوالات متداول
چطور میتوانیم امنیت HMI در محیط صنعتی را فراهم کنیم؟
با ارائه شبکهبندی منطقی، استفاده از احراز هویت 2 مرحلهای، فعالسازی مکانیزم آپدیت و جدا کردن شبکهها میتوان امنیت را بیشتر کرد.
چطور میتوان از HMI برای کاهش زمان آموزش اپراتور استفاده کرد؟
با داشتن صفحات آموزشی تعاملی و حالت شبیهسازی در HMI میتوان اپراتورها را سریعتر آموزش داد.
چه معیارهایی برای انتخاب بین HMI مبتنی بر وب باید داشت؟
عدم تاخیر ارتباطی و پایایی دو عامل بسیار مهم در انتخاب HMI مبتنی بر وب است.
در طراحی LCD اچ ام آیها باید چه نکاتی را رعایت کرد؟
رعایت سلسله مراتب بصری، نمایش خطاها، دستورالعمل گام به گام و پیامهای کوتاه در یک نمایشگر خوانایی و عملکرد بهتر اپراتور با دستگاه میشوند.
