HMI چیست، چه انواعی دارد و چه کاربردی دارد؟ — مقاله کامل و تخصصی
مقدمه
در سیستمهای اتوماسیون صنعتی، یکی از مهمترین نیازها ایجاد یک رابط مناسب بین انسان و ماشین است؛ رابطی که بتوان از طریق آن وضعیت دستگاهها را مشاهده و کنترل کرد. این رابط در صنعت با نام HMI شناخته میشود. امروزه تقریباً تمام خطوط تولید، ماشینهای صنعتی، سیستمهای بستهبندی، رباتها، تصفیهخانهها و تجهیزات ساختمانی از HMI استفاده میکنند.
HMI چیست؟
HMI مخفف Human Machine Interface بهمعنی رابط انسان و ماشین است.
این دستگاه یک صفحهنمایش صنعتی است که اطلاعات فرایند را به اپراتور نشان میدهد و امکان ارسال فرمان به ماشین را فراهم میکند.
در واقع:
HMI پنجرهای است که از طریق آن اپراتور میتواند با PLC، درایو، سنسورها و سیستمهای صنعتی ارتباط برقرار کند.
HMI چگونه کار میکند؟
HMI معمولاً از طریق پروتکلهای صنعتی مانند:
- Modbus RTU
- Modbus TCP
- Profibus
- Profinet
- CANopen
- Ethernet/IP
به PLC یا سایر کنترلرها متصل میشود.
PLC اطلاعات را از تجهیزات میگیرد و به HMI ارسال میکند. سپس اپراتور میتواند:
- وضعیت موتور را ببیند
- سرعت یا فشار را تنظیم کند
- خطاها و آلارمها را بخواند
- دستگاه را روشن/خاموش کند
- نمودار و روند دادهها را مشاهده کند
کاربردهای اصلی HMI
HMI تقریباً در همه محیطهای صنعتی قابل استفاده است:
- نمایش وضعیت ماشین و دستگاهها
مثل:
- دور موتور
- دما
- فشار
- سطح مخزن
- کنترل تجهیزات
مانند:
- روشن/خاموشکردن موتور
- تغییر پارامترهای درایو
- راهاندازی خط تولید
- مانیتورینگ خطاها و آلارمها
اپراتور میتواند:
- خطای PLC
- خطای اینورتر
- سطح یا دمای غیرمجاز
را ببیند و سریع واکنش دهد.
- ثبت و نمایش دادهها (Data Logging)
HMI میتواند دادهها را ذخیره و نمودارهای زمانی نمایش دهد.
- کاهش اشتباهات اپراتور
چون اطلاعات کاملاً واضح روی صفحه نمایش داده میشود.
- افزایش ایمنی
HMI باعث جلوگیری از دستکاری غیرمجاز شده و فقط افراد دارای رمز عبور میتوانند وارد تنظیمات شوند.
مزایای HMI
- کاهش سیمکشی و تجهیزات مکانیکی
- پیادهسازی ساده و سریع
- نمایش گرافیکی و جذاب
- امکان تغییر تنظیمات بدون دستکاری تابلو
- افزایش سرعت تشخیص خطا
- کاهش هزینه تعمیر و نگهداری
- اتصال آسان به شبکه و سیستم مانیتورینگ
اجزای HMI
- نمایشگر (LCD/TFT)
- تاچ اسکرین (لمسی) یا کلیدهای فیزیکی
- پردازنده داخلی
- حافظه برنامه و داده
- پورتهای ارتباطی
- سیستمعامل صنعتی
انواع HMI (از نظر طراحی و ساختار)
- HMI متنی (Text HMI)
نمایشگر ساده با نوشته و اعداد.
مناسب پروژههای کوچک و کمهزینه.
نمونه برندها:
- دلتا DOP-B10
- زیمنس OP3
مزیتها
- قیمت پایین
- ساده و کاربردی
محدودیتها
- بدون گرافیک
- امکانات محدود
- HMI گرافیکی (Graphic HMI)
دارای صفحه رنگی و امکان طراحی گرافیک.
مزایا
- نمایش وضعیت با تصویر
- جذاب و کاربرپسند
- مناسب دستگاههای پیشرفته
این نوع محبوبترین HMI در صنعت است.
- HMI تاچاسکرین (Touch Panel HMI)
رایجترین مدل در حال حاضر.
- کار با لمس
- سرعت بالا
- امکان طراحی صفحهنمایشهای پیچیده
نمونه برندها:
- سری زیمنس KTP
- دلتا DOP-100
- اشنایدر Harmony STU/STO
- HMI صنعتی با سیستمعامل (Advanced HMI)
دارای سیستمعاملهایی مثل:
- Windows CE
- Linux
- Windows Embedded
این مدلها قابلیت اجرای نرمافزارهای صنعتی را دارند.
- HMI مبتنی بر وب (Web HMI)
در این مدل، هیچ پنل فیزیکی نیاز نیست و اپراتور از طریق مرورگر به سیستم وصل میشود.
مزایا:
- دسترسی از موبایل و لپتاپ
- بدون نیاز به خرید پنل
- مناسب سیستمهای بزرگ و توزیعشده
- SCADA و HMI های پیشرفته
در پروژههای بزرگ، سیستمهای SCADA استفاده میشود که نسخه پیشرفته HMI هستند.
کاربردها:
- پالایشگاهها
- نیروگاه
- خطوط تولید گسترده
انواع HMI از نظر برند
- Siemens HMI
سریهای معروف:
- KTP
- TP
- Comfort Panels
محبوب در صنایع سنگین و اتوماسیون پیشرفته.
- Schneider Electric HMI
سری:
- Harmony STO
- Harmony STU
- Magelis
سازگار با PLCهای M221 , M241 , M580
- Delta HMI
اقتصادی و بسیار پرکاربرد
سریها:
- DOP-B
- DOP-W
- DOP-100
- Omron HMI
برای دستگاههای سرعت بالا مناسب است.
- Weintek HMI
یکی از بهترین و ارزانترین مدلها
با نرمافزار EasyBuilder Pro.
اتصال HMI به PLC چگونه است؟
با استفاده از کابل ارتباطی و پروتکلهای مختلف:
پروتکلهای رایج:
- Modbus RTU
- Modbus TCP
- Profinet
- Profibus
- Ethernet/IP
- CANopen
در HMI نقشه گرافیکی طراحی میشود و آدرسها (Tagها) به آدرسهای PLC لینک میشوند.
تفاوت HMI با SCADA
| ویژگی | HMI | SCADA |
| محل استفاده | دستگاه یا خط کوچک | کارخانههای بزرگ |
| سختافزار | پنل فیزیکی | سرور و نرمافزار |
| مقیاس | کوچک تا متوسط | بزرگ و توزیعشده |
| هزینه | کمتر | بسیار بالا |
| امکانات | محدود | مدیریت کامل شبکه صنعتی |
کاربردهای HMI در صنعت
- دستگاههای بستهبندی
- تنظیم وزن
- کنترل سرعت دستگاه
- نمایش خطا
- خطوط تولید
- نمایش وضعیت هر مرحله
- تغییر برنامه توسط اپراتور
- سیستمهای تهویه صنعتی
- کنترل فن
- مانیتورینگ دما
- پمپخانه و بوسترپمپ
- کنترل فشار
- مشاهده آلارمها
- سیستمهای انرژی
- کنترل ژنراتور
- مانیتورینگ اینورترها
- پالایشگاه و نیروگاه
- کنترل شبکه گسترده
- ثبت دادهها
مزیتهای استفاده از HMI در پروژهها
- سهولت استفاده اپراتور
- افزایش کیفیت کنترل
- کاهش اشتباهات انسانی
- تعمیر و نگهداری ساده
- قابلیت رمزگذاری برای سطوح دسترسی
- نمایش گرافیکی جذاب
- کاهش چشمگیر سیمکشی
جمعبندی
HMI یکی از مهمترین تجهیزات اتوماسیون صنعتی است که بهعنوان رابط اصلی بین انسان و ماشین عمل میکند. انواع مختلف HMI از مدلهای ساده متنی گرفته تا پنلهای گرافیکی، پنلهای تاچاسکرین، HMIهای مبتنی بر وب و سیستمهای SCADA برای پروژههای بزرگ وجود دارد.
به کمک HMI:
- اپراتور میتواند وضعیت سیستم را ببیند
- دستگاه را کنترل کند
- خطاها را سریع تشخیص دهد
- فرآیند تولید با دقت بیشتری مدیریت شود
به همین دلیل HMI بهعنوان چشم و زبان سیستم اتوماسیون شناخته میشود.