رابط کاربری انسان و ماشین – اچ ام آی (HMI) چیست؟
رابط انسان و ماشین (HMI) یک رابط کاربری است که کاربران را به یک ماشین، سیستم یا دستگاه متصل می‌کند. از نظر فنی، میتوان این اصطلاح را به هر صفحه نمایشی اطلاق کرد که امکان تعامل کاربر با یک دستگاه را فراهم می‌کند، اما HMI بیشتر در حوزه فرآیندهای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد. برای پاسخ به سوال HMI چیست، پیش از هر چیز شما را دعوت به مشاهده ویدئوی زیر می‌کنیم:
HMI مخفف عبارت Human Machine Interface و به معنی رابط یا واسط بین انسان و ماشین است. از HMI در صنایع و واحدهای صنعتی برای کنترل و نظارت بر دستگاهها و ماشین‌آلات استفاده می‌شود.
یک مثال ساده از HMI در دنیای پیرامون ما، دستگاه خودپرداز بانکها یا ATMها است. صفحه نمایش و دکمه‌های تعبیه شده بر روی آن، به شما این قابلیت را می‌دهد که بتوانید مقدار مشخصی پول از آن برداشت کرده و یا عملیات مد نظر بانکی خود را انجام دهید.
اما داستان HMIهای صنعتی چیست؟
میتوان گفت عملا در صنعت، اجرای یک فرآیند اتوماسیونی بدون HMI دشوار خواهد بود. خیلی از اوقات یک HMI به شکل یک صفحه نمایش است و در گاهی اوقات نیز این صفحه نمایشها لمسی هستند.
در صنایع، یک اپراتور یا فردی که به عنوان مسئول تعمیر و نگهداری است، میتواند دستگاهها یا ماشینها را از طریق HMI نظارت کند. و یا دستورات مشخصی را از طریق آن برای کنترل کننده ارسال کند.
اطلاعاتی که بر روی HMI به اپراتور نشان داده می‌شود، شامل مواردی مثل فشار، دما، مراحل انجام فرآیندها و حتی اطلاع از موجودی دقیق مواد اولیه باشد. این اطلاعات حتی میتواند سطح دقیق پرشده در مخازن یا موقعیت دقیق دستگاهها باشد.
جالب است بدانید که در ساز و کارهای قدیمی، این اطلاعات عمدتا از طریق عقربه‌ها یا اندیکاتورهای کوچکی به صورت جداگانه نمایش داده میشد. اما به لطف HMI اکنون همه این داده‌ها یکجا و به صورت کنترلی در اختیار اپراتورها و مهندسین قرار میگیرد.
امکانات HMIها کاملاً محدود به ظرفیتهای نرم‌افزاری و سخت‌افزار مورد استفاده است.
برای کمک به کارکنان تعمیر و نگهداری میتوان HMIها را به PLC متصل کرد تا اطلاعات جهت تشخیص مشکل بر روی صفحه نمایش نشان داده شوند. این کار در مقایسه با هر بار اتصال کامپیوتر یا لپ تاپ میتواند باعث صرفه‌جویی در زمان شود.
حتما بخوانید: PLC چیست؟ راهنمای جامع
یکی دیگر از مزایای داشتن HMI این واقعیت است که کارخانه‌ها و دیگر واحدهای صنعتی می‌توانند چندین ماشین یا تجهیز را کنترل و بررسی کنند. یک واحد تولیدی کوچک میتواند کل کارخانه را با کمک یک HMI متمرکز نظارت کند.
مثلاً تجهیزات آب و فاضلاب سالها است با هماهنگ کردن یک PLC و یک HMI از این فناوری استفاده می‌کنند. آنها می‌توانند محل‌هایی مانند پمپ آب و همچنین تجهیزات درون کارخانه را از راه دور مدیریت کنند.
نحوه اتصال HMI به تجهیزات
احتمالا تا الان متوجه شده‌اید که HMI یک پنل عملیاتی و نمایشگر مانیتورینگ صنعتی است. اما واقعا HMI چگونه به یک ماشین متصل می‌شود تا قادر به کنترل و بررسی آن باشد؟
در ابتدا باید بدانید که HMIها از نرم‌افزار خاصی استفاده می‌کنند تا مهندسین بتوانند آنها را به خوبی برنامه‌ریزی کنند. نرم‌افزار به مهندسین این امکان را می‌دهد تا چیزی که اپراتور بر روی نمایشگر می‌بیند را طراحی کند. چیزی که می‌توانند کنترل و بررسی کنند، عملیاتی که دکمه ها انجام می‌دهند و کارهایی که اپراتور برای کنترل و نظارت ماشینها انجام می‌دهد.
برای مثال، یک HMI ممکن است مخزن بزرگی را بر روی نمایشگر نشان دهد که سطح مایع درون آن نیز مشخص باشد. در کنار مخزن، یک پمپ برای کاهش سطح مایع وجود دارد.
یک HMI همچنین ممکن است دکمه شروع و توقفی داشته باشد که برای استفاده در کنار پمپ نشان داده شده‌اند. این دکمه فقط یک آیتم ظاهری نیست! و واقعاً قادر به روشن و خاموش کردن پمپ خواهد بود.
اما انجام این کار، به سادگی قرار دادن یک دکمه یا مخزن با سطح مایع مشخص بر روی نمایشگر نیست.
شخصی که HMI را برنامه‌ریزی می‌کند، باید هر اندیکاتور و دکمه‌ای را به ورودی یا خروجی مخصوص یک PLC مرتبط کند. برای انجام این کار، PLC و HMI باید با هم سازگار باشند. سازگاری بدین معنی است که این دو باید قادر باشند با هم “گفتگو” کنند.
این کار به لطف پروتکلها انجام می‌شود…
پروتکلهای صنعتی مورد استفاده در HMI
در واقع شرکت‌های مختلف از پروتکلهای متفاوتی استفاده می‌کنند. اما پروتکلهای رایج عبارتند از:
- Modbus
- Profibus
- Ethernet/IP
حتما بخوانید: Modbus چیست ؟ (راهنمای جامع)
اینها پروتکلهای صنعتی هستند، تقریبا مشابه شبکه‌ای که ممکن است شما در خانه بین چندین کامپیوتر، تلویزیون یا دیگر دستگاههای متصل به یکدیگر داشته باشید.
پروتکلهای صنعتی PLCها، HMIهای مختلف و دیگر ماشینها را به یکدیگر متصل می‌کنند. اطلاعات این پروتکلها به راحتی بر روی وب سایت آنها در دسترس است.
زمانی که HMI و PLC صحبت می‌کنند، آن چیزی که در HMI برنامه‌ریزی می‌شود، میتواند برای کنترل و بررسی کارکردهای PLC استفاده شود.
با HMI و مزایای آن بیشتر آشنا شوید!
درست است که رابط کاربری انسان و ماشین (HMI)، رایج‌ترین اصطلاح برای این تکنولوژی است اما اصطلاحات دیگری از جمله رابط شخص و ماشین (MMI)، پایانه رابط اپراتور (OIT)، رابط اپراتور محلی (LOI)، یا پایانه اپراتور (OT) برای آن گاهاً استفاده می‌شود.
رابط HMI و رابط کاربری گرافیکی (GUI) مشابه هستند اما دقیقاً یکسان نیستند؛ در واقع، GUIها بخش گرافیکی HMIها را پیاده‌سازی می‌کنند.
برخی کاربردهای اچ ام آی در صنعت عبارتند از:
- نمایش داده‌ها به صورت گرافیکی
- پیگیری روند و زمان تولید محصولات
- نظارت بر شاخص‌های عملکردی تولید (KPI)
- نظارت بر ورودی‌ها و خروجی‌های ماشین
- و دیگر کاربردها
همان‌طور که از سیستم تهویه مطبوع برای بررسی و کنترل دمای هوا در خانه استفاده می‌شود، اپراتور مستقر در کارخانه نیز از دستگاه HMI برای بررسی و کنترل دمای مخزن آب در محیط صنعتی یا چک کردن فعال بودن یا نبودن یک پمپ خاص در تجهیزات صنعتی بهره میگیرد.
انواع مختلفی از رابط‌های انسان و ماشین (HMI) از جمله نمایشگرهای تعبیه شده درون ماشینها، مانیتورهای کامپیوتری و تبلت‌ها تاکنون ارائه شده است، اما فارغ از نوع رابط یا دلیل کاربرد آنها، هدف استفاده از این رابط‌ها، نمایش فرآیندها و عملکرد سیستم به انسان است.
پیشنهاد ایران‌اتوماسیون: HMI زیمنس + مانیتورینگ حرفه ای
HMI در چه جاهایی کاربرد دارد؟
فناوری اچ ام آی توسط اغلب سازما‌ن‌های صنعتی و همچنین طیف گسترده‌ای از شرکت‌های مختلف برای تعامل نیروی انسانی با سیستم‌ها و ماشین‌آلات و بهینه‌سازی فرآیندهای صنعتی به کار گرفته می‌شوند.
صنایعی که معمولاً از HMI ها استفاده می‌کنند، عبارتند از:
- انرژی
- صنعت مواد غذایی و نوشیدنی
- ساخت و ساز
- نفت و گاز
- صنعت برق
- بازیافت مواد
- حمل و نقل
- آب و فاضلاب
- و سایر موارد
اپراتورها، متخصصان یکپارچه‌ساز سیستم، مهندسین، به ویژه مهندسین کنترل سیستم، افرادی هستند که بیشترین تعامل را با دستگاههای HMI دارند.
این دستگاه کاربردی‌ترین ابزار برای این متخصصان هستند زیرا جهت بررسی و نظارت فرآیندها، تشخیص مشکلات و دریافت اطلاعات به صورت بصری کاربرد دارند.
HMI این نمایشگرهای دوست داشتنی!
اچ ام آی ها برای دریافت و نمایش اطلاعات به کاربران با کنترل‌کننده‌های منطقی قابل‌برنامه‌ریزی (PLC) و سنسورهای ورودی/خروجی تعامل برقرار می‌کنند. نمایشگرهای HMI با توجه به نحوه پیاده‌سازی آنها می‌توانند برای یک عملکرد خاص همانند بررسی و پیگیری عملیات و یا کارهای پیچیده‌تری مانند خاموش کردن ماشین‌آلات یا افزایش سرعت تولید به کار گرفته شوند.
این دستگاهها به کمک دیجیتالی و متمرکز کردن داده‌ها برای کاربران، فرآیندهای صنعتی را بهینه‌سازی می‌کنند. اپراتورها به کمک HMIها می‌توانند در قالب یک کنسول، اطلاعات مهم را در قالب نمودارهای گرافیکی مشاهده نموده، آلارم‌ها را مشاهده و مدیریت کرده و با سیستم‌های مدیریت انرژی (EMS) و اسکادا ارتباط برقرار کنند.
پیش از این، اپراتورها مجبور بودند تجهیزات و فرآیندهای مکانیکی را به طور مدام بررسی کنند و نتایج را بر روی کاغذ ثبت نمایند. به کمک نمایشگرهای HMI، اطلاعات به طور مستقیم در تعامل با کنترل‌کننده‌های PLC قرار می‌گیرند؛ بنابراین، HMI توانسته نیاز به روش‌های قدیمی کنترل و بررسی ماشین‌آلات و فرآیندها صنعتی را حذف کرده و در نتیجه، بسیاری از مشکلات پر هزینه ناشی از فقدان یا کمبود اطلاعات و خطاهای انسانی را بین ببرد.
تفاوت بین HMI و SCADA
سیستم اسکادا یا سامانه جمع‌آوری، کنترل و نظارت بر داده‌ها (SCADA) و HMI ممکن است در ظاهر شباهت زیادی داشته باشند. اما واقعاً قابل مقایسه نیستند! از آنجایی که هر دو بخشی از یک سیستم کنترل صنعتی بزرگ‌تر هستند اغلب به اشتباه در حوزه‌های کاری یکسانی به کار برده می‌شوند. اما باید بدانید که هر کدام عملکردها و قابلیت‌های متفاوتی را ارائه می‌کنند.
HMI در عمل یک نمایشگر است که به کمک ارائه بصری اطلاعات برای نظارت بر فرآیندهای صنعتی به کاربر کمک می‌کنند، در حالی که اسکادا یک سیستم است و برای جمع‌آوری داده و عملیات کنترل سیستم ظرفیت بیشتری دارد.
HMI در واقع میتواند جزئی از سیستم اسکادا باشد. دستگاههای HMI بر خلاف سیستم‌های اسکادا عملیات جمع‌آوری و ثبت داده‌ها را انجام نداده و با پایگاه داده ارتباط برقرار نمی‌کنند؛ در عوض، HMI یک ابزار تعاملی مؤثر ارائه می‌کند که به عنوان بخشی یا در کنار سیستم اسکادا فعالیت می‌کند.
پیشرفت فناوری HMI
در طول دهه گذشته، تغییر در نیازهای تجارت و صنعت باعث ظهور تحولات چشمگیری در فناوری HMI شده است. این روزها به وفور مشاهده می‌شود که انواع پیشرفته HMI، نمایشگرهای لمسی و دستگاههای موبایل در کنار مدل‌های سنتی‌تر مورد استفاده قرار می‌گیرند. این رابط‌های جدید امکانات بیشتری برای تعامل با تجهیزات و تجزیه و تحلیل اطلاعات فراهم می‌کنند.
دستگاههای HMI پیشرفته
اپراتورها و کاربران هر روز تمایل بیشتری به استفاده از HMIهای پیشرفته دارند زیرا آنها به نوعی طراحی شده‌اند که امکان تعامل سریع‌تر و موثرتر با تجهیزات را فراهم می‌آورند.
این نوع رابط با جلب توجه کاربر به ضروری‌ترین اندیکاتورهای HMI به کاربر کمک می‌کند تا مشکلات را به طور مؤثرتری درک کرده و راه‌حل آنها را پیدا کند و در نتیجه تصمیمات آگاهانه‌تری اتخاذ نماید.
اندیکاتورهای پیشرفته HMIها معمولاً ساده و تمیز بوده و عاری از هر گونه ابزار گرافیکی و کنترلی اضافی هستند. دیگر المان‌های طراحی همانند رنگ، اندازه و محل قرارگیری آنها جهت بهینه‌سازی تجربه کاربر با احتیاط مورد استفاده قرار می‌گیرند.
نمایشگر لمسی و دستگاههای موبایل
نمایشگرهای لمسی و HMI موبایل دو نمونه از پیشرفت‌هایی بوده که حاصل ظهور گوشی‌های هوشمند هستند. HMIها این امکان را فراهم آورده‌اند که اپراتورها به جای دکمه‌ها و سوئیچ‌ها، از صفحات نمایشگر لمسی استفاده کنند.
صفحه نمایش‌های لمسی به ویژه هنگام استفاده از HMIهای موبایلِ کاربردی در یک ساختار مانیتورینگِ مبتنی بر وب یا دیگر سیستم‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار هستند. رابط HMI موبایل مزایای بسیاری از جمله دسترسی فوری به اطلاعات HMI و نظارت و کنترل از راه دور را برای اپراتورها فراهم می‌آورد.
مانیتورینگ، نظارت و کنترل از راه دور
مانیتورینگ یا نظارت از راه دور سازگار با موبایل، انعطاف‌پذیری و امکان دسترسی به اطلاعات بیشتر را برای اپراتورها و مدیران به طور یکسان فراهم می‌کند.
به کمک این ویژگی، چنانچه یک مهندس در محل حضور تجهیزات نباشد، به راحتی میتواند به وسیله دستگاه همراهش از راه دور کلیه عملیاتهای نظارتی را انجام دهد. به طور مثال، دمای انبار را چک کند و عملا با این شرایط بعد از ساعات کاری نیز نیازی به حضور در محل ندارد.
پیشرفت این تکنولوژی و مانیتورینگ‌های از راه دور به نحوی است که به زودی، کنترل و نظارت فرآیندهای کارخانه‌ها و صنایع در حالی که کیلومترها از محل فیزیکی آنجا فاصله دارید، تبدیل به یک مساله عادی خواهد شد.
حتماً ملاحظه کنید: سه نکته کلیدی در طراحی صفحات HMI
دستگاههای HMI مبتنی بر شبکه یا فضای ابری
رابط‌ها یا دستگاههای HMI مبتنی بر شبکه یا فضای ابری نیز تقاضای بالایی دارند زیرا امکان دسترسی به داده‌ها به صورت گرافیکی را به وسیله دستگاهها و از راه دور فراهم می‌آورند. علاوه بر این، ارسال داده‌ها بین HMI های محلی و فضای ابری روز به روز رایج‌تر می‌شود، در نتیجه در حالی که قابلیت کنترل محلی همچنان برقرار هستند، میتوان از راه دور به داده‌ها دسترسی پیدا کرده و آنها را تجزیه و تحلیل نمود.
چشم‌انداز و آینده HMI ها
مهندسان برای آینده HMI به دنبال بررسی روش‌هایی برای پیاده‌سازی واقعیت افزوده (AR) و واقعیت مجازی (VR) برای نمایش گرافیکی فرآیندهای تولیدی هستند. از آنجایی که داده‌ها نقش مهمی را در فرآیند تولید بازی می‌کنند، آینده برای HMI بسیار روشن به نظر می‌رسد.
این فناوری ممکن است از ابتدای راه تاکنون، پیشرفت‌های زیادی را طی کرده باشد، اما پتانسیل رشد آن تقریباً نامحدود است.
