سیستم HMI چیست؟ رابط انسان و ماشین توضیح داده شده است

مقدمه: سیستم HMI چیست؟

یک سیستم HMI، مخفف سیستم رابط انسان و ماشیننقطه‌ای است که در آن یک فرد با یک ماشین، خط تولید یا سیستم کنترل خودکار تعامل دارد. به عبارت ساده، این بخشی از تجهیزات است که به اپراتور اجازه می‌دهد تا نظارت، کنترل، تنظیم و عیب‌یابی دستگاه

یک HMI ممکن است یک پنل لمسی، یک نمایشگر صنعتی، یک صفحه کلید غشایی، یک کنترل پنل، یک رابط کاربری مبتنی بر تبلتیا ترکیبی از این‌ها. در اتوماسیون صنعتی، HMI معمولاً به یک ... متصل می‌شود. پی ال ​​سی، کنترلر، حسگرها، محرک‌ها، درایوها یا طیف وسیع‌تری از سیستم اسکادا.

یک سیستم HMI معمولی به اپراتورها کمک می‌کند تا به سؤالاتی مانند موارد زیر پاسخ دهند:

• آیا دستگاه به طور عادی کار می‌کند؟
• دما، فشار، سرعت یا میزان تولید فعلی چقدر است؟
• آیا آلارم یا کد خطایی وجود دارد؟
• کدام حالت عملیاتی فعال است؟
• چه پارامترهایی باید تغییر کنند؟

برای مثال، در یک دستگاه بسته‌بندی، صفحه نمایش HMI ممکن است سرعت تولید، وضعیت دستگاه، تاریخچه هشدار، تنظیمات دستور غذا و کنترل‌های شروع/توقف را نشان دهد. در تجهیزات سخت‌تر، همان HMI ممکن است شامل موارد زیر نیز باشد: کلیدهای غشایی لمسی برای عملکرد مطمئن با دستکش، گرد و غبار، آب یا لرزش.

به طور خلاصه، یک سیستم HMI عبارت است از لایه کنترل و تجسم روبروی اپراتور از یک ماشین.

HMI مخفف چیست؟

HMI مخفف عبارت Human-Machine Interface به معنای رابط انسان و ماشین است. این اصطلاح، سخت‌افزار و نرم‌افزاری را توصیف می‌کند که به انسان‌ها اجازه می‌دهد با ماشین‌ها ارتباط برقرار کنند. طرف «انسانی» اپراتور، تکنسین، مهندس یا کارگر تعمیر و نگهداری است. طرف «ماشین» ممکن است یک PLC، درایو موتور، پمپ، ربات، شبکه حسگر، خط تولید یا یک سیستم اتوماسیون صنعتی کامل باشد.

اصطلاحات مرتبط رایج عبارتند از:

• رابط اپراتور
• رابط دستگاه
• پنل HMI
• صفحه نمایش HMI
• کنترل پنل
• صفحه لمسی صنعتی
• ترمینال اپراتور
• رابط کاربری گرافیکی
• رابط انسان و ماشین، یک اصطلاح قدیمی‌تر
• OITیا ترمینال رابط اپراتور

خارج از صنعت، رابط‌های کاربری به سبک HMI همه جا هستند. دستگاه‌های خودپرداز، آسانسورها، داشبورد خودروها، دستگاه‌های پزشکی، دستگاه‌های فروش خودکار و لوازم خانگی هوشمند، همگی از نوعی تعامل انسان و ماشین استفاده می‌کنند. با این حال، وقتی افراد عبارت ... را جستجو می‌کنند سیستم HMI چیست؟، آنها معمولاً به معنای رابط صنعتی مورد استفاده برای کنترل ماشین، نظارت بر فرآیند، یا اتوماسیون کارخانه.

در تولید، یک HMI فقط یک صفحه نمایش نیست. می‌تواند شامل روکش‌های چاپی، دکمه‌های مهر و موم شده، پنجره‌های LED، کلیدهای تابع، برچسب‌های هشدار دهنده و لوازم الکترونیکی ارتباطی باشد. یک HMI با طراحی خوب، درک داده‌های پیچیده دستگاه را آسان‌تر می‌کند و به اپراتورها روشی ایمن‌تر و سریع‌تر برای کنترل تجهیزات می‌دهد.

III. یک سیستم HMI چگونه کار می‌کند؟

یک سیستم HMI با تبادل اطلاعات بین اپراتور و سیستم کنترل دستگاه کار می‌کند.HMI داده‌های ماشین را به صورت بلادرنگ دریافت می‌کند، آنها را در قالبی قابل خواندن نمایش می‌دهد و به اپراتور اجازه می‌دهد تا دستورات را به کنترلر ارسال کند.

یک جریان داده پایه HMI به شکل زیر است:

حسگرها و محرک‌ها → PLC یا کنترلر → نرم‌افزار HMI یا پنل HMI → اپراتور

پی ال ​​سییا کنترل‌کننده منطقی قابل برنامه‌ریزی، معمولاً منطق کنترل بلادرنگ را مدیریت می‌کند. سیگنال‌ها را از حسگرها می‌خواند، موتورها یا شیرها را کنترل می‌کند و دستورالعمل‌های برنامه‌ریزی‌شده را اجرا می‌کند. سیستم HMI معمولاً جایگزین PLC نمی‌شود. در عوض، رابط بصری و عملیاتی را فراهم می‌کند که به افراد امکان می‌دهد ببینند PLC چه کاری انجام می‌دهد.

برای مثال:

• یک سنسور دما، داده‌ها را به PLC ارسال می‌کند.
• PLC آن مقدار را به HMI ارسال می‌کند.
• HMI دما را روی صفحه نمایش نشان می‌دهد.
• اپراتور یک نقطه تنظیم را تغییر می‌دهد.
• HMI مقدار جدید را به PLC ارسال می‌کند.

روش‌های ارتباطی رایج HMI عبارتند از: اترنت/آی‌پی، مودباس، پروفینت، OPC UA، اتوبوس CAN، RS232، و RS485HMI داده‌های خام دستگاه را به صفحات نمایش، نمودارها، آلارم‌ها، دکمه‌ها، نشانگرهای وضعیت و نمایش روند تبدیل می‌کند و عملکرد دستگاه را بسیار کاربردی‌تر می‌سازد.

IV. اجزای اصلی یک سیستم HMI

یک سیستم HMI معمولاً شامل چندین مؤلفه سخت‌افزاری و نرم‌افزاری است که با هم کار می‌کنند. طراحی دقیق به دستگاه، محیط، بودجه و نیازهای اپراتور بستگی دارد.

اجزای اصلی HMI عبارتند از:

• نمایش: ال‌سی‌دی، تی‌اف‌تی، صفحه لمسی، مانیتور صنعتی یا پنل کامپیوتر.
• دستگاه ورودی: صفحه لمسی، صفحه کلید غشایی، صفحه کلید سیلیکونی، دکمه‌های فشاری، دستگیره‌ها یا سوئیچ‌ها.
• نرم‌افزار HMI: طراحی صفحه نمایش، تنظیم زنگ هشدار، مدیریت دستور پخت، مجوزهای کاربر و ثبت داده‌ها.
• اتصال کنترلر: اتصال PLC، میکروکنترلر، ماژول ورودی/خروجی، حسگر، محرک یا درایو.
• درگاه‌های ارتباطی: اترنت، USB، RS232، RS485، CAN، Wi-Fi یا 4G/5G.
• پنل جلویی: روکش گرافیکی، پنجره محافظ، واشر، برچسب‌ها و برندسازی.
• محفظه: فلزی، پلاستیکی، محفظه آب‌بندی‌شده یا سازه نصب‌شده روی پنل.

از یک سفارشیصفحه کلید غشایی متخصص از دیدگاه دیگر، لایه ورودی جلویی اغلب دست کم گرفته می‌شود. در بسیاری از طراحی‌های صنعتی HMI، صفحه کلید یا روکش باید در برابر روغن، مواد شیمیایی تمیزکننده، رطوبت، قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش، سایش، لرزش و فشار مکرر مقاوم باشد.

صفحه لمسی انعطاف‌پذیر است، اما صفحه کلید غشایی HMI عملکرد لمسی ثابت، قابل اعتماد و پایداری را فراهم می‌کند. این امر به ویژه برای عملکردهای شروع/توقف، انتخاب حالت، عملیات مربوط به اورژانس، ورود اعداد یا ماشین‌هایی که توسط اپراتورهای دستکش‌پوش استفاده می‌شوند، مفید است.

V. انواع سیستم‌های HMI

چندین نوع وجود دارد سیستم‌های HMIو هر کدام برای کاربرد متفاوتی مناسب هستند. انتخاب نوع مناسب به عملکرد دستگاه، محیط عملیاتی، عادات کاربر و سطح کنترل مورد نیاز بستگی دارد.

انواع رایج HMI عبارتند از:

• HMI دکمه‌ای: از دکمه‌های فیزیکی، سوئیچ‌ها و چراغ‌های نشانگر استفاده می‌کند.
• صفحه کلید غشایی HMI: از روکش‌های چاپی مهر و موم شده و کلیدهای لمسی استفاده می‌کند.
• صفحه نمایش لمسی (HMI): از یک صفحه نمایش لمسی گرافیکی برای کنترل انعطاف‌پذیر استفاده می‌کند.
• پنل صنعتی کامپیوتر شخصی HMI: ترکیبی از یک کامپیوتر، صفحه نمایش و نرم‌افزار HMI.
• رابط کاربری تحت وب (HMI): از طریق مرورگر روی رایانه شخصی، تبلت یا دستگاه تلفن همراه قابل دسترسی است.
• رابط کاربری موبایل (HMI): برای نظارت از راه دور از طریق دستگاه‌های دستی یا تبلت‌های مقاوم استفاده می‌شود.
• HMI یکپارچه با SCADA: به سیستم‌های نظارتی بزرگ‌تر در سطح کارخانه متصل است.
• HMI مقاوم: ساخته شده برای محیط‌های سخت صنعتی، فضای باز، وسایل نقلیه، دریایی یا نظامی.

یک ماشین ساده ممکن است فقط به یک صفحه کلید کوچک و نشانگرهای LED نیاز داشته باشد. یک خط تولید ممکن است به یک صفحه نمایش 10 یا 15 اینچی نیاز داشته باشد. صفحه لمسی HMI با هشدارها، دستور العمل‌ها و نمودارهای روند. یک تصفیه‌خانه آب ممکن است از صفحه نمایش‌های HMI متصل به یک شبکه گسترده‌تر استفاده کند. سیستم اسکادا.

در محیط‌های خشن، بسیاری از تولیدکنندگان طرح ترکیبی را انتخاب می‌کنند: صفحه لمسی برای تجسم، به علاوه کلیدهای غشایی برای عملکردهای مکرر یا حیاتی.

ششم. HMI برای چه مواردی استفاده می‌شود؟

یک سیستم HMI برای شفاف‌تر، ایمن‌تر و کارآمدتر کردن عملکرد دستگاه استفاده می‌شود. به جای مجبور کردن اپراتورها به تفسیر سیگنال‌های خام یا بررسی کابینت‌های برق، HMI اطلاعات دستگاه را در قالب بصری کاربردی ارائه می‌دهد.

کاربردهای معمول HMI عبارتند از:

• نظارت بر دستگاه: وضعیت کارکرد، دما، فشار، سرعت، موقعیت، تعداد چرخه و خروجی تولید.
• کنترل ماشین: شروع، توقف، تنظیم مجدد، آهسته دویدن، انتخاب حالت، تنظیم نقطه تنظیم و ورودی پارامتر.
• مدیریت هشدار: کدهای خطا، هشدارها، هشدارهای اضطراری، تاریخچه هشدار و تأیید.
• تجسم داده‌ها: نمودارها، گیج‌ها، نمودارهای فرآیند، نمودارهای میله‌ای و منحنی‌های روند.
• مدیریت دستور پخت: ذخیره و بارگذاری تنظیمات دستگاه برای محصولات یا دسته‌های مختلف.
• عیب‌یابی: شناسایی خطاهای حسگر، خطاهای موتور، خرابی‌های ارتباطی یا علل از کارافتادگی.
• کنترل دسترسی کاربران: رمزهای عبور، سطوح اپراتور، منوهای تکنسین و مجوزهای مدیر.
• پشتیبانی تعمیر و نگهداری: یادآوری‌های سرویس، صفحات کالیبراسیون، صفحات عیب‌یابی و اعلان‌های مربوط به قطعات یدکی.

برای مثال، یک دستگاه بسته‌بندی مواد غذایی ممکن است از HMI برای کنترل دمای بسته‌بندی، سرعت نوار نقاله، تعداد محصول، دستور العمل‌های دسته‌ای و آلارم‌ها استفاده کند. یک دستگاه پزشکی ممکن است از یک دستگاه بسته‌بندی شده استفاده کند. صفحه کلید غشایی HMI برای ارائه کنترل‌های قابل تمیز کردن، لمسی و با برچسب‌های واضح.

طراحی خوب HMI حدس و گمان را کاهش می‌دهد و اطلاعات صحیح را در زمان مناسب در اختیار اپراتورها قرار می‌دهد.

VII. HMI در مقابل PLC در مقابل SCADA: تفاوت چیست؟

خیلی‌ها اشتباه می‌گیرند اچ‌ام‌آی، پی ال ​​سی، و اسکادا، اما آنها یکسان نیستند. آنها اغلب در یک سیستم اتوماسیون صنعتی با هم کار می کنند، اما هر کدام نقش متفاوتی دارند.

پی ال ​​سی کنترل‌کننده منطقی دستگاه است. سیگنال‌های ورودی را دریافت می‌کند، بر اساس منطق برنامه‌ریزی‌شده تصمیم‌گیری می‌کند و خروجی‌ها را کنترل می‌کند. سیستم HMI رابط کاربری است که داده‌های PLC را نمایش می‌دهد و به اپراتور اجازه می‌دهد تنظیمات را تغییر دهد یا دستورات را ارسال کند.

اسکادا معمولاً گسترده‌تر از HMI است. یک سیستم SCADA ممکن است بر بسیاری از ماشین‌ها، ایستگاه‌های راه دور، مناطق تولیدی یا دارایی‌های تأسیسات نظارت داشته باشد. این اغلب شامل ثبت داده‌ها، آلارم‌ها، گزارش‌دهی، دسترسی از راه دور و اتاق‌های کنترل متمرکز است.

یک مثال عملی:

• PLC یک پمپ را کنترل می‌کند.
• HMI به اپراتور اجازه می‌دهد پمپ را روشن کند و فشار را مشاهده کند.
• سیستم SCADA تمام پمپ‌ها را در کل تأسیسات نظارت می‌کند.

بنابراین، HMI رابط کاربری است، PLC کنترل کننده است، و اسکادا، سیستم نظارتی.

هشتم. کاربردهای رایج سیستم‌های HMI

سیستم‌های HMI هر جایی که افراد نیاز به کار، نظارت یا عیب‌یابی ماشین‌آلات دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. آن‌ها به ویژه در اتوماسیون صنعتی، کنترل فرآیند، تولید، حمل و نقل، انرژی و تجهیزات تخصصی رایج هستند.

کاربردهای رایج HMI عبارتند از:

• تجهیزات تولیدی: ماشین‌های بسته‌بندی، ماشین‌های CNC، خطوط مونتاژ، ماشین‌های بازرسی، ماشین‌های قالب‌گیری تزریقی و سیستم‌های تست.
• صنایع فرآوری: فرآوری مواد غذایی، تولید مواد شیمیایی، داروسازی، تصفیه آب، نفت و گاز و تولید برق.
• وسایل نقلیه و تجهیزات سیار: ماشین آلات کشاورزی، تجهیزات ساختمانی، سیستم های دریایی، لیفتراک، سیستم های ریلی و وسایل نقلیه ویژه.
• تجهیزات پزشکی و آزمایشگاهی: استریل کننده‌ها، آنالایزرها، تجهیزات تشخیصی، دستگاه‌های نظارتی و ابزارهای آزمایش.
• انرژی و خدمات رفاهی: سیستم‌های خورشیدی، ژنراتورها، ذخیره‌سازی باتری، سیستم‌های تهویه مطبوع، پمپ‌ها و پست‌های برق.
• تجهیزات تجاری: کیوسک‌ها، دستگاه‌های فروش خودکار، آسانسورها، اتوماسیون ساختمان و سیستم‌های کنترل دسترسی.

در بسیاری از این کاربردها، HMI باید بادوام‌تر از یک صفحه نمایش استاندارد مصرفی باشد. ممکن است لازم باشد آب‌بندی IP65 یا IP67، مقاومت شیمیایی، مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش، پنجره‌های ضد تابش، بازخورد لمسی و دوام طولانی مدت برچسب.

به همین دلیل است که صفحه کلیدهای غشایی سفارشی، پوشش‌های گرافیکی، آیکون‌های دارای نور پس زمینه، پنجره‌های LED و پنل‌های جلویی مهر و موم شده همچنان به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. آنها به تولیدکنندگان تجهیزات اجازه می‌دهند تا یک محصول قابل اعتماد، برندسازی شده و خاص برای کاربرد مورد نظر خود بسازند. رابط HMI صنعتی.

IX. مزایای سیستم HMI

یک طراحی خوب سیستم HMI نحوه تعامل اپراتورها با ماشین‌ها را بهبود می‌بخشد. این فقط مربوط به اضافه کردن یک صفحه نمایش نیست؛ بلکه مربوط به آسان‌تر کردن درک داده‌های ماشین و آسان‌تر کردن انجام کنترل ماشین است.

مزایای کلیدی عبارتند از:

• دید بهتر: اپراتورها می‌توانند وضعیت ماشین، آلارم‌ها، مقادیر فرآیند و داده‌های تولید را به صورت بلادرنگ مشاهده کنند.
• عیب‌یابی سریع‌تر: کدهای خطا، تاریخچه هشدارها و صفحات تشخیصی به کاهش زمان از کارافتادگی کمک می‌کنند.
• بهبود بهره‌وری: اپراتورها می‌توانند تنظیمات را تنظیم کنند، دستور پخت‌ها را بارگذاری کنند و سریع‌تر به مشکلات پاسخ دهند.
• عملیات ایمن‌تر: هشدارهای واضح، کنترل دسترسی و رویه‌های هدایت‌شده، ریسک عملیاتی را کاهش می‌دهند.
• زمان تمرین کمتر: یک طرح منطقی HMI، یادگیری ماشین‌ها را برای اپراتورهای جدید آسان‌تر می‌کند.
• تولید مداوم: مدیریت دستور پخت و کنترل نقاط تنظیم، خطای انسانی را کاهش می‌دهد.
• نگهداری بهتر: صفحات نمایش سرویس، شمارنده‌های زمان اجرا و هشدارهای تعمیر و نگهداری، سرویس برنامه‌ریزی‌شده را پشتیبانی می‌کنند.
• جمع‌آوری داده‌های مفید: نرم‌افزار HMI می‌تواند آلارم‌ها، تعداد تولید، چرخه‌های ماشین‌آلات و روند فرآیند را ثبت کند.

برای سازندگان ماشین آلات OEM، یک HMI همچنین کیفیت درک شده از تجهیزات را بهبود می‌بخشد. یک دستگاه تمیز صفحه نمایش HMI، بادوام روکش گرافیکی، و قابل اعتماد سوئیچ غشاییدستگاه را حرفه‌ای‌تر و کار با آن را آسان‌تر نشان دهید.

در محیط‌های سخت، مزیت آن حتی مستقیم‌تر است: طراحی مناسب HMI از تبدیل شدن آب، گرد و غبار، روغن و سوء استفاده اپراتور به مشکلات قابلیت اطمینان روزانه جلوگیری می‌کند.

طراحی HMI: چه چیزی یک رابط HMI خوب را می‌سازد؟

خوب رابط HMI واضح، کاربردی و مطابق با نحوه کار واقعی اپراتورها ساخته شده است. بهترین طراحی HMI صفحه نمایش را با گرافیک‌های غیرضروری شلوغ نمی‌کند. اطلاعات مهم را به سرعت نشان می‌دهد و انجام اقدامات رایج را آسان می‌کند.

طراحی خوب HMI باید شامل موارد زیر باشد:

• سلسله مراتب صفحه نمایش را پاک کنید: صفحه‌های نمایش خانه، عملیات، زنگ هشدار، تنظیمات، دستور پخت غذا و تعمیر و نگهداری.
• متن خوانا: اندازه فونت، فاصله، کنتراست و انتخاب زبان مناسب.
• جایگذاری منطقی دکمه‌ها: کنترل‌های پرکاربرد باید به راحتی پیدا شوند.
• اولویت‌بندی هشدار: خطاهای بحرانی باید از هشدارهای جزئی متمایز شوند.
• نمادهای سازگار: آیکون‌ها، رنگ‌ها، برچسب‌ها و واحدها باید به طور مداوم استفاده شوند.
• کار با دستکش: در صورت نیاز، کلیدهای لمسی بزرگ یا کلیدهای فیزیکی.
• محافظت در برابر اشتباهات: درخواست‌های تأیید برای عملیات حساس.
• طراحی محیطی خوب: پنل‌های جلویی آب‌بندی‌شده، روکش‌های بادوام و مواد مناسب.

از دیدگاه تولید صفحه کلید، رابط فیزیکی به اندازه صفحه نمایش نرم افزار اهمیت دارد. صفحه کلید غشایی HMI باید از نیروی گنبدی مناسب، فاصله کلیدها، برجسته‌کاری، پنجره‌های LED، انتخاب چسب و طراحی کانکتور برخوردار باشد.

برای تجهیزات صنعتی، هدف ساده است: اپراتور باید بداند چه اتفاقی می‌افتد، چه اقدامی لازم است و چه دکمه‌ای را بدون تردید فشار دهد. یک HMI خوب، سردرگمی، زمان از کار افتادگی و خطاهای عملیاتی را کاهش می‌دهد.

XI. سخت‌افزار HMI: صفحه لمسی در مقابل صفحه کلید غشایی در مقابل طراحی ترکیبی

هنگام طراحی یک سیستم HMIیک تصمیم مهم این است که آیا از صفحه لمسی، صفحه کلید غشایی یا رابط ترکیبی استفاده کنیم. هر گزینه مزایایی دارد.

الف صفحه لمسی HMI این دستگاه برای مواقعی که اپراتور به چندین صفحه نمایش، تغییر پارامترها، نمودارهای روند، آلارم‌ها و مدیریت دستورالعمل‌ها نیاز دارد، ایده‌آل است. این دستگاه انعطاف‌پذیر بوده و به‌روزرسانی آن از طریق نرم‌افزار HMI آسان است.

الف صفحه کلید غشایی برای عملیات ثابت، مکرر یا بحرانی بهتر است. این دستگاه بازخورد لمسی، برچسب‌گذاری واضح، مقاومت شیمیایی و آب‌بندی قوی را فراهم می‌کند. همچنین وقتی اپراتورها دستکش می‌پوشند یا وقتی سطح ممکن است مرطوب، گرد و غبار یا روغنی باشد، عملکرد خوبی دارد.

الف طراحی HMI هیبریدی اغلب بهترین نتیجه را می‌دهد. صفحه لمسی، نمایش تصاویر، منوها و داده‌ها را مدیریت می‌کند. صفحه کلید غشایی، شروع، توقف، تنظیم مجدد، انتخاب حالت، ورود اعداد یا دستورات پرکاربرد را مدیریت می‌کند.

برای سازندگان ماشین‌آلات صنعتی، سوال این نیست که «صفحه لمسی یا صفحه‌کلید؟» سوال بهتر این است: کدام روش کنترل در محیط کاری واقعی قابل اعتماد خواهد بود؟

XII. مشخصات مهم HMI که باید در نظر گرفته شوند

قبل از انتخاب یک سیستم HMIمهندسان و تیم‌های خرید باید مشخصات فنی را تأیید کنند. یک HMI خوب باید با کنترلر، محیط، نیازهای اپراتور و چرخه عمر دستگاه مطابقت داشته باشد.

مشخصات مهم HMI عبارتند از:

• اندازه نمایشگر: اندازه‌های رایج شامل ۴.۳ اینچ، ۷ اینچ، ۱۰.۱ اینچ، ۱۲.۱ اینچ، ۱۵ اینچ و ۲۱.۵ اینچ است.
• وضوح تصویر: وضوح بالاتر، خوانایی را برای صفحات نمایش با جزئیات بیشتر بهبود می‌بخشد.
• روشنایی: محیط‌های بیرونی یا پرنور ممکن است به نمایشگرهای قابل خواندن در نور خورشید نیاز داشته باشند.
• نوع لمسی: لمس مقاومتی، لمس خازنی، لمس سازگار با دستکش یا بدون لمس.
• روش ورودی: صفحه لمسی، صفحه کلید غشایی، صفحه کلید سیلیکونی، دکمه‌های فیزیکی یا کنترل ترکیبی.
• پردازنده و حافظه: برای گرافیک پیشرفته، ثبت داده‌ها یا عملکردهای کلاینت SCADA مهم است.
• سیستم عامل: ویندوز، لینوکس، اندروید، سیستم عامل تعبیه‌شده یا سیستم عامل اختصاصی.
• ارتباطات: اترنت، RS232، RS485، CAN، USB، Wi-Fi، 4G/5G، Modbus، PROFINET یا OPC UA.
• رتبه‌بندی زیست‌محیطی: IP65، IP67، مقاومت در برابر ارتعاش، محدوده دمایی وسیع، مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش و مقاومت شیمیایی.
• نصب: نصب روی پنل، نصب روی VESA، ریل DIN، دستی یا نصب روی خودرو.
• ورودی برق: ۱۲ ولت DC، ۲۴ ولت DC، ورودی ولتاژ بالا یا برق خودرو.

برای پنل‌های جلویی HMI سفارشی، همچنین الزامات مربوط به جنس روکش، چسب، برجسته‌کاری، پنجره‌های LED، گام کانکتور، طول دنباله و نور پس‌زمینه را بررسی کنید.

۱۳. ویژگی‌های نرم‌افزار HMI

نرم‌افزار HMI بخشی از سیستم است که برای ایجاد، پیکربندی و اجرای رابط اپراتور استفاده می‌شود. این بخش داده‌های دستگاه را به دکمه‌ها، نشانگرها، آلارم‌ها، نمودارها و صفحات کنترل تبدیل می‌کند.

ویژگی‌های رایج نرم‌افزار HMI عبارتند از:

• ویرایشگر صفحه نمایش: طرح‌بندی بصری، شامل دکمه‌ها، متن، کنتورها، آیکون‌ها و گرافیک فرآیند را می‌سازد.
• پایگاه داده برچسب: اشیاء HMI را به آدرس‌ها، ثبات‌ها یا متغیرهای PLC متصل می‌کند.
• مدیریت هشدار: نمایش خطاها، هشدارها، تاریخچه آلارم، وضعیت تأیید و سطوح اولویت.
• ثبت داده‌ها: داده‌های تولید، مقادیر فرآیند، زمان‌های از کارافتادگی یا اقدامات اپراتور را ثبت می‌کند.
• نمایش روند: منحنی‌های دما، فشار، سرعت، جریان یا سایر مقادیر را به صورت لحظه‌ای و تاریخی نشان می‌دهد.
• مدیریت دستور پخت: پارامترهای دستگاه را برای محصولات یا دسته‌های مختلف ذخیره و بارگذاری می‌کند.
• مجوزهای کاربر: دسترسی را بر اساس سطح اپراتور، تکنسین، مهندس یا مدیر کنترل می‌کند.
• نظارت از راه دور: دسترسی از طریق مرورگر، تبلت، موبایل، VPN، فضای ابری یا SCADA را امکان‌پذیر می‌کند.
• پشتیبانی چندزبانه: برای ماشین‌آلات صادراتی و کارخانه‌های جهانی مفید است.
• کارکردهای امنیت سایبری: رمزهای عبور، نقش‌های کاربری، ارتباط امن و کنترل به‌روزرسانی نرم‌افزار.

نرم‌افزار HMI خوب باید به راحتی قابل نگهداری باشد. ماشین‌ها اغلب سال‌ها در حال کار هستند، بنابراین ساختار پروژه واضح، نام‌های برچسب خوانا، صفحات هشدار سازماندهی شده و منطق صفحه مستند ارزشمند هستند.

بهترین نرم‌افزار HMI هم از عملکرد روزانه و هم از خدمات بلندمدت پشتیبانی می‌کند.

XIV. ارتباط HMI با سیستم‌های صنعتی

یک سیستم HMI باید به طور قابل اعتمادی با دستگاه‌های صنعتی ارتباط برقرار کند. بدون ارتباط پایدار، HMI نمی‌تواند داده‌های صحیح دستگاه را نمایش دهد یا دستورات دقیقی ارسال کند.

بیشتر HMI ها با ... ارتباط برقرار می کنند. پی ال ​​سی یا کنترلر. HMI مقادیری مانند دما، فشار، سرعت، تعداد، بیت‌های وضعیت و سیگنال‌های هشدار را از PLC می‌خواند. همچنین می‌تواند مقادیری مانند نقاط تنظیم، دستورات تنظیم مجدد، انتخاب حالت یا پارامترهای دستورالعمل را در PLC بنویسد.

گزینه‌های ارتباطی رایج HMI عبارتند از:

• اترنت/آی‌پی
• مدباس TCP
• مدباس RTU
• پروفینت
• پروفیباس
• OPC UA
• اتوبوس CAN
• RS232
• RS485
• یو اس بی
• 
  اتصال وای‌فای یا تلفن همراه، در صورت لزوم

در بسیاری از سیستم‌ها، HMI به طور غیرمستقیم از طریق PLC با حسگرها و محرک‌ها ارتباط برقرار می‌کند. در سیستم‌های پیشرفته‌تر، HMI همچنین ممکن است به ... متصل شود. اسکادا، ما، پلتفرم‌های ابری یا داشبوردهای IIoT.

مشکلات ارتباطی رایج شامل آدرس IP اشتباه، تنظیمات پروتکل نادرست، نرخ انتقال داده ناهماهنگ، درایور PLC اشتباه، کابل شل، خطاهای آدرس برچسب یا تأخیر شبکه است.

برای تجهیزات صنعتی، ارتباط باید تحت شرایط عملیاتی واقعی آزمایش شود. یک صفحه نمایش HMI زیبا اگر داده‌ها با تأخیر، نادرست یا غیرقابل اعتماد باشند، مفید نخواهد بود.

پانزدهم. نمونه‌هایی از سیستم‌های HMI

ساده‌ترین راه برای فهمیدن سیستم HMI چیست؟ این است که به نمونه‌های واقعی نگاه کنیم.

روی یک دستگاه بسته بندیHMI ممکن است تعداد تولید، دمای آب‌بندی، سرعت نوار نقاله، آلارم‌های خطا، دستور العمل‌های دسته‌ای و دستورالعمل‌های تعمیر و نگهداری را نشان دهد. اپراتور می‌تواند دستگاه را روشن کند، سرعت را تنظیم کند، آلارم‌ها را مجدداً تنظیم کند و تنظیمات محصول را تغییر دهد.

روی یک سیستم تصفیه آبHMI ممکن است وضعیت پمپ، سطح مخزن، سرعت جریان، موقعیت شیر، فشار، دوز مواد شیمیایی و سابقه هشدار را نمایش دهد. اپراتورها از این رابط برای نظارت بر فرآیند و پاسخ به شرایط غیرعادی استفاده می‌کنند.

روی یک دستگاه سی ان سیHMI ممکن است سرعت اسپیندل، موقعیت محور، اطلاعات ابزار، حالت عملیاتی، وضعیت برنامه و پیام‌های خطا را نشان دهد.

روی یک وسیله نقلیه یا سیستم دریاییHMI ممکن است شامل وضعیت موتور، ولتاژ باتری، داده‌های GPS، تشخیص عیب، کنترل روشنایی و عملکردهای مرتبط با ناوبری باشد.

الف صفحه کلید غشایی سفارشی HMI ممکن است ساده‌تر به نظر برسد اما همچنان نقش مهمی ایفا می‌کند. این می‌تواند شامل آیکون‌های عملکرد چاپ‌شده، کلیدهای گنبدی فلزی لمسی، پنجره‌های نشانگر LED، یک پنجره نمایشگر شفاف و یک دنباله FPC متصل به PCB اصلی باشد.

در هر مورد، سیستم HMI به اپراتور یک روش عملی برای درک و کنترل دستگاه می‌دهد.

شانزدهم. چگونه سیستم HMI مناسب را انتخاب کنیم

انتخاب درست سیستم HMI با کاربرد شروع می‌شود، نه اندازه صفحه نمایش. بهترین HMI برای یک دستگاه تمیز داخلی ممکن است برای یک سیستم خارجی، مرطوب، غبارآلود یا نصب شده روی وسیله نقلیه نامناسب باشد.

با پرسیدن شروع کنید:

• HMI چه دستگاه یا فرآیندی را کنترل خواهد کرد؟
• از کدام PLC، کنترلر یا پروتکل ارتباطی استفاده می‌شود؟
• چه داده‌هایی باید نمایش داده شوند؟
• اپراتور باید چه دستوراتی را وارد کند؟
• آیا اپراتورها از دستکش استفاده خواهند کرد؟
• آیا محیط مرطوب، گرد و غبارآلود، روغنی، گرم، سرد یا در معرض نور خورشید است؟
• آیا سیستم به آلارم، دستور پخت، روندها یا ثبت داده‌ها نیاز دارد؟
• آیا نظارت از راه دور لازم است؟
• چه گواهینامه‌ها یا رتبه‌بندی‌های IP مورد نیاز است؟

برای یک ماشین ساده، یک ماشین جمع و جور پنل HMI با چند صفحه نمایش ممکن است کافی باشد. برای یک خط تولید پیچیده، یک پنل صنعتی کامپیوتر شخصی HMI با اتصال SCADA ممکن است مناسب‌تر باشد. برای یک دستگاه مقاوم، یک دستگاه آب‌بندی شده صفحه کلید غشایی یا HMI هیبریدی ممکن است انتخاب بهتری باشد.

همچنین چرخه عمر را در نظر بگیرید. ماشین‌های صنعتی اغلب به مدت ۵، ۱۰ یا حتی ۱۵ سال کار می‌کنند. HMI باید قابل سرویس، قابل تعویض و به اندازه کافی برای طول عمر واقعی تجهیزات پشتیبانی شود.

XVII. مشکلات رایج HMI و نکات عیب‌یابی

حتی یک چیز خوب سیستم HMI اگر سخت‌افزار، نرم‌افزار، ارتباطات یا حفاظت از محیط زیست به درستی طراحی نشده باشند، می‌توانند مشکلاتی ایجاد کنند.

مشکلات رایج HMI عبارتند از:

• بدون ارتباط PLC: کابل، آدرس IP، پروتکل ارتباطی، درایور PLC، نرخ انتقال داده (baud rate) و آدرس برچسب را بررسی کنید.
• صفحه لمسی واکنش نشان نمی‌دهد: کالیبراسیون، آلودگی سطح، سفت‌افزار، آسیب لمسی یا سازگاری با دستکش را بررسی کنید.
• داده‌های اشتباه روی صفحه نمایش: نگاشت تگ، آدرس‌های رجیستر PLC، مقیاس‌بندی، واحدها و نرخ به‌روزرسانی را بررسی کنید.
• عدم نمایش آلارم: منطق فعال‌سازی آلارم، تنظیمات اولویت، قوانین تایید و بیت‌های آلارم PLC را بررسی کنید.
• پاسخ کند HMI: بار شبکه، گرافیک بیش از حد، ظرفیت پردازنده و تنظیمات ثبت داده‌ها را بررسی کنید.
• صفحه نمایش ناخوانا: روشنایی، زاویه دید، میزان قرار گرفتن در معرض نور خورشید، سطح ضد تابش یا وضعیت نور پس زمینه را بررسی کنید.
• دکمه‌های صفحه کلید کار نمی‌کنند: دم FPC، کانکتور، پیوستگی مدار، تماس گنبد فلزی، فشار چسب و آسیب روکش را بررسی کنید.
• رطوبت داخل پنل: طراحی واشر، آب‌بندی محفظه، ورودی کابل، انتخاب چسب و رتبه‌بندی IP را بررسی کنید.

برای صفحه کلید غشایی HMI برای عیب‌یابی، آزمایش پیوستگی بسیار مفید است. یک کلید خراب ممکن است ناشی از فروپاشی گنبد، ترک خوردگی مسیر مدار، عدم هم‌ترازی کانکتور، آسیب شیمیایی یا فشار مکانیکی روی دم باشد.

عیب‌یابی خوب با یک اصل شروع می‌شود: مشکل را به بخش‌های مختلف تقسیم کنید قدرت، ارتباط، نرم‌افزار، ورودی، و محیطی علل.

هجدهم. روندها و توسعه آینده HMI

سیستم HMI با افزایش ارتباطات در اتوماسیون صنعتی، این فناوری به سرعت در حال تکامل است. پنل‌های سنتی HMI هنوز به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما سیستم‌های جدیدتر در حال افزودن دسترسی به وب، نظارت از طریق موبایل، داده‌های ابری و تشخیص هوشمندتر هستند.

روندهای مهم HMI عبارتند از:

• رابط کاربری تحت وب (HMI): اپراتورها و مهندسان می‌توانند از طریق یک مرورگر به صفحات نمایش دسترسی داشته باشند.
• ادغام IIoT: داده‌های HMI با حسگرها، پلتفرم‌های ابری، داشبوردها و ابزارهای تحلیلی به اشتراک گذاشته می‌شوند.
• نظارت از راه دور: تیم‌های تعمیر و نگهداری می‌توانند وضعیت دستگاه را بدون ایستادن در کنار تجهیزات بررسی کنند.
• نگهداری و تعمیرات پیش‌بینانه: داده‌های زمان اجرا، آلارم‌ها، لرزش، دما و روندها می‌توانند به پیش‌بینی خرابی‌ها کمک کنند.
• رابط کاربری موبایل (HMI): تبلت‌های مقاوم و پایانه‌های دستی برای عملیات و سرویس از راه دور استفاده می‌شوند.
• الزامات امنیت سایبری بالاتر: احراز هویت کاربر، شبکه‌های امن، دسترسی مبتنی بر نقش و به‌روزرسانی‌های نرم‌افزار اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند.
• طراحی مقاوم‌تر: تقاضای بیشتر برای رابط‌های ضد آب، قابل خواندن در نور خورشید، سازگار با دستکش و مقاوم در برابر لرزش.
• رابط‌های ترکیبی: صفحه نمایش‌های لمسی همراه با صفحه کلیدهای غشایی، LEDها، دستگیره‌ها و دکمه‌های فیزیکی.

حتی با وجود نرم‌افزارهای پیشرفته‌تر، طراحی رابط فیزیکی همچنان مهم خواهد بود. در بسیاری از کارخانه‌ها، اپراتورها هنوز به کنترل‌هایی نیاز دارند که بتوانند با اطمینان در حالی که دستکش پوشیده‌اند، در نور شدید ایستاده‌اند یا در اطراف آب، روغن، لرزش و سر و صدا کار می‌کنند، فشار دهند.