اچ ام ای (HMI) چیست؟|رابط کاربری انسان و ماشین

منظور از اچ ام ای(HMI) چیست و چه نقشی در اتوماسیون صنعتی دارند؟

  اچ ام ای یا (HMI)، مخفف عبارت Human Machine Interface و به معنی سیم رابط یا واسط بین انسان و ماشین است که در صنایع و واحدهای صنعتی برای کنترل و نظارت بر دستگاهها و ماشین‌آلات کاربرد بسیار زیادی دارد. در واقع HMI رابط کاربری محسوب می‌شو که کاربران را به یک ماشین، سیستم یا دستگاه وصل می‌کند. از نظر فنی، صفحه ‌نمایشی نمونه بارز ان اصطلاح است که قادر است تعامل کاربر با یک دستگاه را فراهم کند. بیشترین کاربرد و استفاده HMI بیشتر در حوزه فرآیندهای صنعتی است.

تاریخچه hmi

HMI یا رابط انسان و ماشین، به تعامل بین انسان و دستگاه‌های الکترونیکی اشاره دارد. این تاریخچه HMI به طور کلی با توسعه فناوری‌های رابط کاربری شروع شده است. از آن زمان تاکنون، HMI به صورت چشمگیری تکامل یافته. از این رابط‌های کاربری، در انواع متنوع ساده تا پیشرفته  شامل صفحات لمسی، صدا، و حتی تشخیص چهره می‌شوند، عرضه می‌شود.

مشخصات کلی  آچ ام آی (HMI) و قسمت‌های اصلی آن

• ارائه صفحه نمایش لمسی (LCD نوع TFT) در سایزها مختلف
• نمایش داده ها به صورت انیمیشنی و در قالب منحنی و نمودار
• قابلیت وصل شدن به انواع پی ال سی ها، اینروتر و سرو درایو
• ارتباط همزمان و سریالی از طریق دو پورت
• شبیه سازی آنلاین (online) و آفلاین (Offline)
• انجام محاسبات از طریق ماکرو و ذخیره سازی اطلاعات

پنل HMI اطلاعات مورد نیاز خود را چگونه و از کجا می‌گیرد؟

شرایط برقراری ارتباط بین دو دستگاه چه از لحاظ رابط نرم افزاری و سخت‌افزاری، فرمت داده در قالب استانداردهای بین‌المللی مختلفی تعریف می‌شود. برای اینکه بتوانند اطلاعات را به HMI برسانند نیز از این استانداردهای ارتباطی استفاده می‌کنند. در ساده‌ترین حالت، پنل HMI قادر است به یک PLC متصل شود و اطلاعات مورد نیازش را از آن دریافت کند.

در شبکه‌های صنعتیِ بزرگ‌تر، تجهیزاتِ صنعتی شامل ماشین‌ها، تجهیزات ابزاردقیق و کنترلرها از طریق یک پروتکل ارتباطی پیشرفته با هم در ازتباط هستند و این اطلاعات می‌تواند در سطوح مختلف اتوماسیون صنعتی، توسط HMI‌ها نشان داده شده و بررسی و کنترل شود. بستر ارتباطی بین HMI و PLC غالبا RS232 یا RS485 است. شکل ۲، پورت‌های ارتباطیِ یک پنل HMI را نشان می‌دهد.

نحوه نصب پنل‌های اچ ام آی HMI

تجهیزات مورد استفاده در اتوماسیون صنعتی به دسته های مختلفی تقسیم می شوند که عبازتند از:

• سطح فیلد
• سطح کنترل
• سطح سوپروایزر
• سطح برنامه ریزی
• سطح مدیریتی

در سطوح میانی و پایین اتوماسیون صنعتی در بیشتر مواقع پنل HMI را روی تابلوهای کنترلی نصب می‌کنند. ارتفاع پنل باید مناسب برای اپراتور باشد و hmi روی تابلوی کنترلی و نزدیک به PLC‌ها نصب شود. ارتفاع استاندارد برای نصب پنل HMI حدود ۱۶۰ تا ۱۷۰ سانتی‌متر متغیر است.

انواع HMI (رابط انسان و ماشین) از نظر کاربرد

• HMI کی پد دار: این مدل hmi یک نوع پنل کنترلی محسوب می‌شود که دکمه هایی روی آن تعبیه شده. هر دکمه مختص کار خاصی است. بسیاری از کارخانجات، جهت بالا بردن راندمان و تولید خود از این مدل HMI استفاده می کنند کاربری آسان دارد و اپوراتور می‌تواند دستورات مختلف را به یک یا چند ماشین صادر کند.
• HMI کنترل داده: از این نوع HMI برای جمع آوری دیتا استفاده می‌کنند. این اطلاعات بسته به تشخیص کاربر می تواند به یک پرینتر و یا کامپیوتر انتقال یابد.
• HMI ناظر: اچ ام آی ناظر معمولا با سیستم عامل ویندوز کار می کند. استفاده از این نوع HMI، به دلیل صفحه گرافیکی و لمسی، اجازه بیشترین سطح تعامل کاربر با ماشین آلات و فرآیند را می دهد.

انواع اچ ام ای از نظر سطح کاربری

• HMI جایزگین پوش باتن (Pushbutton Replacer) : این نوع HMI به‌عنوان جایگزین همه کلیدهای فرمان، LEDها، سوییچ‌ها و برخی فرمان‌های مکانیکی کاربری دارد و از آن استفاده می‌کنند.
• HMI مدیریت داده (Data Handler) : برای گرفتن فیدبک از متغیرهای پروسه و یا گزارش عملکرد آن از این نوع HMI استفاده می‌کنند. HMI مدیریت داده، باید به اندازه کافی بزرگ باشد. اینگونه می‌تواند نمودارها، نمادهای گرافیکی و عملکرد بخش‌های مختلف تولید را به‌درستی نشان دهد.
• HMI ناظر (Overseer): این نوع HMI بیشتر در پروسه‌های صنعتی بزرگ و سیستم‌های مانیتورینگ پیشرفته مانند SCADA به‌کار می‌رود

انواع hmi از لحاظ ظاهری

• Hmi تاچ (لمسی): این نوع HMI ها دارای صفحات نمایشگر لمسی هستند که به کاربران امکان می‌دهد با لمس صفحه، دستورات ورودی را ارسال کنند. این صفحات معمولا با امکانات چند لمسی و قابلیت نمایش گرافیکی پیچیده طراحی می‌شوند.
• Hmi کیبوردی (اچ ام ای صفحه کلیددار) : برخی از HMI دارای کنترل‌های فیزیکی مانند دکمه‌ها، کلیدها، و دیال‌ها هستند که به کاربران امکان کنترل دستگاه را بدون نیاز به لمس صفحه فراهم می‌کنند.

 انواع مانیتور صنعتی (HMI) بر اساس ساختار

انواع اچ ام ای از لحاظ ساختار را می توان به دو دسته لمسی  وغیرلمسی تقسیم نمود. مانیتورهای غیرلمسی بیشتر در صنایع خشک و خشن نظیر صنعت سنگ کاربرد دارند که باید به طور مستقیم از طریق دکمه ها کار با دستگاه انجام شود. اما در مدل های لمسی از لحاظ بصری کار با آن راحت تر بوده و در مقایسه با مانیوترهای غیرلمسی قیمت بالاتری دارند.

پارامترهای مهم اچ ام آی ( HMI ) چیست؟

8 پارامتر مهم اچ ام ای به ترتیب عبارتند از:

• تعداد رنگ: تعداد رنگ‌های قابل نمایش در یک HMI به وابستگی از نوع نمایشگر و توانایی آن است. برخی از HMI ها قادر به نمایش تعداد رنگ‌های محدودی هستند، در حالی که دیگران قابلیت نمایش رنگ‌های بیشتر را دارند. این تعداد رنگ‌ها ممکن است از سیستم به سیستم متفاوت باشد،
• ابعاد و اندازه: ابعاد و اندازه HMI می‌تواند بسیار متنوع باشد و بستگی به نوع دستگاه و کاربردهای مورد استفاده دارد.
• رزولوشن: رزولوشن یک HMI به تعداد پیکسل‌هایی اشاره دارد که در هر اینچ از صفحه نمایشگر قرار دارند. رزولوشن بالاتر به معنای نمایش تصاویر و متن با جزئیات بیشتر و کیفیت بهتر است.
• پردازنده قدرتمند: یک پردازنده قدرتمند برای HMI (رابط انسان و ماشین) باید قادر به پردازش سریع داده‌ها، اجرای برنامه‌های پیچیده، و ارائه تجربه کاربری بی‌نقص باشد.
• رنج دمای کارکرد بالا: برای برخی از کاربردها، انتخاب یک HMI با رنج دمای کارکرد بالا بسیار اهمیت دارد، به خصوص در محیط‌های صنعتی یا خارج از منزل که دماها ممکن است بسیار متفاوت باشند.
• پورت‌ و پروتکل‌ ارتباطی : (رابط انسان و ماشین) معمولاً دارای انواع مختلف پورت‌ها و پروتکل‌های ارتباطی برای ارتباط با سایر دستگاه‌ها یا سیستم‌ها است.
• درجه حفاظتی: درجه حفاظتی یک HMI (رابط انسان و ماشین) نشان‌دهنده میزان مقاومت دستگاه در برابر ورود آب، گرد و غبار، ضربه، و شرایط محیطی دیگر است. درجه حفاظتی بر اساس استانداردهای مشخصی تعیین می‌شود.
• نرم افزار واسط کاربری: نرم افزار واسط کاربری یا HMI Software نقش بسیار مهمی در ارتباط بین انسان و ماشین دارد. این نرم‌افزارها برای طراحی و پیاده‌سازی رابط کاربری بر روی دستگاه‌های HMI استفاده می‌شوند.

نحوه اتصال HMI به تجهیزات  چگونه است؟

اتصال یک HMI (رابط انسان و ماشین) به تجهیزات مختلف مانند PLC (کنترلر منطقی برنامه‌پذیر)، سنسورها، موتورها و سایر دستگاه‌های صنعتی بستگی به نوع تجهیزات و پروتکل‌های ارتباطی مورد استفاده دارد.

پروتکل های صنعتی رایج در hmi چیست؟

از رایج ترین پروتکلهای صنعتی مورد استفاده در HMI می توان به ترتیب به پروتکل Modbus،Profibus ، Ethernet/IP اشاره کرد. این پروتکل ها وظیفه وصل کردن انواع مختلف پی ال سی و اچ ام ای ها را به یکدیگر بر عهده دارند.

مزایا و معایب اچ ام آی (HMI) چیست؟

در جدول زیر اشاره ای به مزیت های اچ ام ای و معایب آن کرده ایم.

مزایا اچ ام ای (HMI)	معایب اچ ام ای (HMI)
سهولت در استفاده	در صورت از کار افتادن اچ ام ای، امکان دسترسی به اطلاعات توسط اپراتور وجود ندارد که منجر به اختلال در عملکرد شود.
عملکرد دقیق و کارامد اچ ام ای	امکان وارد کردن داده های اشتباه توسط کابران وجود دارد
افزایش امنیت و استفاده بهینه از زمان از طریق مانیتورینگ و نظارت از راه دور	به همراه داشتن هزینه های پنهان در خرید اچ ام ای شامل هزینه نصب و خرید برخی تجهیزات نرم افزای و سخت افزاری
بالا رفتن قابلیت اطمینان دستگاه ها با دسترسی سریع به اطلاعات و انجام اقدامات موثر توس hmi	پیچیده بودن برخی از مدل های اچ ام ای و در نتیجه نیاز به آموزش داشتن
کاهش خطا و خرابی که منجر به پایین امدن هزینه ها و افزایش بهره وری می شود.
آسانتر شدن فرایند عیب یابی و تعمیر دستگاه ها از طریق اطلاعات نشان داده شده توسط اچ ام ای

HMI چه امکاناتی برای کاربران فراهم می‌کند

(رابط انسان و ماشین) امکانات متنوعی برای کاربران فراهم می‌کند:

• نمایش و کنترل دستگاه‌ها:

اچ ام آی به کاربران امکان نمایش و کنترل دستگاه‌ها و فرآیندهای صنعتی را ارائه می‌دهد. این امکان به کاربران این قدرت را می‌دهد که بتوانند دستگاه‌ها را به راحتی کنترل و مانیتور کنند.

• نمایش داده‌ها و گزارش‌ها:

اچ ام آی مربوط به قابلیت نمایش داده‌ها، گزارش‌ها، نمودارها و اطلاعات مر فرآیندها را دارد که به کاربران کمک می‌کند تا وضعیت فعلی سیستم را بهتر درک کنند.

• تعامل با سیستم‌های خارجی:

HMI قابلیت ارتباط با سیستم‌ها و تجهیزات خارجی مانند PLC، سنسورها، موتورها و دستگاه‌های دیگر را دارد که به کاربران این امکان را می‌دهد که با این تجهیزات تعامل داشته باشند.

• تعامل انسانی:

HMI امکانات تعامل انسانی را فراهم می‌کند که شامل صفحه‌کلید، لمسی، دکمه‌ها، صفحه نمایش لمسی و … می‌شود. این امکانات به کاربران کمک می‌کند تا به راحتی با سیستم تعامل داشته و دستورات مورد نیاز را اجرا کنند.

 5 وظیفه اصلی HMI

وظیفه اصلی یک HMI در یک سیستم صنعتی یا اتوماسیون به کاربران این امکان را می‌دهد که به صورت موثرتری با دستگاه‌ها، فرآیندها و سیستم‌های مختلف ارتباط برقرار کنند و آنها را کنترل کنند: از جمله دیگر وظایف:

• نمایش اطلاعات
• تعامل با کاربر
• کنترل فرآیندها
• مانیتورینگ و نظارت
• تجزیه و تحلیل داده‌ها

 اچ ام ای (HMI) در چه اندازه هایی وجود دارد؟

• ۲ اینچ TEXT PANEL
• 4  اینچTEXT PANEL
• 7 اینچTOUCH PANEL
• 5 اینچ TOUCH PANEL
• 7 اینچ TOUCH PANEL
• 8 اینچTOUCH PANEL
• 10 اینچ TOUCH PANEL
• 12 اینچ TOUCH PANEL
• 15 اینچ TOUCH PANEL

کاربردهای HMI در صنعت چیست؟

اچ ام آی در صنعت انواع مختلفی از کاربردها دارد که به بهبود عملکرد، کنترل، و نظارت بر فرآیندها کمک می‌کند. برخی از کاربردهای اصلی HMI در صنعت عبارتند از:

• کنترل و نظارت بر خطوط تولید: این رابط به کارخانه‌ها و واحدهای تولیدی این امکان را می‌دهد ک فرآیندهای تولیدی را کنترل کرده و نظارت داشته باشند. این شامل کنترل دما، فشار، سرعت، و سایر پارامترهای مربوط به تولید می‌شود.
• کنترل و نظارت بر سیستم‌های اتوماسیون صنعتی: hmi استفاده می‌شود برای کنترل و نظارت بر سیستم‌های اتوماسیون صنعتی مانند PLC، SCADA، DCS و … . این امکان به کاربران داده می‌شود تا فرآیندها را بهبود دهند و عملکرد سیستم‌ها را بهینه‌سازی کنند.
• مانیتورینگ و کنترل سیستم‌های انرژی: HMI استفاده می‌شود برای مانیتورینگ و کنترل سیستم‌های انرژی مانند سیستم‌های تهویه، سیستم‌های تهویه مصرفی، و سیستم‌های تولید انرژی. این امکان به کاربران داده می‌شود تا مصرف انرژی را کاهش دهند و بهره‌وری را افزایش دهند.
• کنترل و نظارت بر سیستم‌های اتومبیلی: HMI استفاده می‌شود برای کنترل و نظارت بر سیستم‌های اتومبیلی مانند سیستم‌های رانندگی خودکار، سیستم‌های ایمنی، و سیستم‌های ناوبری. این امکان به رانندگان داده می‌شود تا بهبود ایمنی و کارایی خودروها را افزایش دهند.

 کدام صنایع از HMI استفاده می کند؟

• پزشکی و داروسازی
• خمیر
• فلز و فولاد
• آب و فاضلاب
• برق
• خودروسازی
• حمل و نقل
• معدن
• رباتیک
• نفت و گاز

نرم‌افزارهای طراحی، برنامه نویسی و برنامه ریزی HMI

برنامه نویسیHMI بسته به نوع برند تولید کننده اچ ام ای در نرم افزارهای مختصص هر برند انجام می شود. در ادامه به نرم افزارهای معروف برنامه نویسی HMI برای هر یک از برندها اشاره شده است.

نام برند	نرم افزار طراحی
آلن بردلی	Factory Talk view
امرون	CX-one
اشنایدر	Vijio Designer
فتک	FV Designer
ال اس	XP-builder
دلتا	DOP Soft
زیمنس	WinCC

ارتباط بین plc و hmi چیست؟

اتصال بین PLC (کنترلر منطقی برنامه پذیر) و HMI (رابط انسان و ماشین) یکی از ارتباطات اساسی در سیستم‌های کنترل صنعتی است که به کنترل و نظارت بهتر بر فرآیندها کمک می‌کند. این دو دستگاه به صورت معمول از طریق پروتکل‌های ارتباطی مختلف به یکدیگر متصل می‌شوند. 

 تفاوت بین اسکادا SCADA و  HMI چیست؟

هر دو نقش مهمی در سیستم‌های کنترل صنعتی ایفا می‌کنند، اما وظایف و قابلیت‌های آن‌ها متفاوت است. پیشنهاد می کنیم مقاله مارش شاپ با عنوان تفاوت HMI و Scada را مطالعه فرمایید.

چرا از hmi به جای کامپیوتر استفاده می کنند؟

استفاده از HMI (رابط انسان و ماشین) به جای کامپیوتر در برخی از موارد می‌تواند مزایایی داشته باشد:

• سهولت استفاده
• مقاومت بیشتر
• اندازه و فضای فیزیکی
• کارایی و سرعت
• هزینه

 نسل‌های جدید hmi چیست و چه پیشرفتی داشته اند؟

در نسل ها جدید و دستگاه های پیشرفته hmi امکان برقرار ارتباط به هر گونه سیستم صنعتی وجود دارد. همچنین از لحاظ بصری استفاده آن آسانتر و ملموس تر می باشد.  بسته به نحوه استفاده و کاربرد سیستم، آپشن های دستگاه متفات خواهد بود. از دیگر ویژگی های نسل جدید اچ ام ای امکان استفاده از نمایشگر لمسی و دستگاه‌های موبایل است. کاربران خیلی سریع و راحت می توانند از طریق اچ ام ای موبایل به اطلاعات دسترسی داشته باشند و دیگر نیازی به استفاده از دکمه یا سوئیچ نیست.

همچنین امکان مانیتورینگ و کنترل از راه دور برای کاربران وجود دارد. بدون آنکه نیازی به مراجعه حضوری آنها در محل باشد.

برندهای مشهور hmi، معتبر و پرکاربرد اچ ام ای در بازار ایران

برندهای مختلفی ارائه دهنده انواع اچ ام ای صنعتی می باشند که از محبوب ترین آنها می توان به موارد زیر اشاه کرد:

• اچ ام ای زیمنس (Siemens HMI)
• دلتا (Delta)
• ای بی بی (ABB)
• اشنایدر (Schneider)
• فتک (Fatek)
• امرون (Omron)
• آلن بردلی (Alen Bradley)
• ال اس (LS)
• توشیبا (Toshiba)
• فوجی (Fuji)
• ویگور (Vigor)
• بکهوف (Beckhoff)
• فانوک (Fanuc)
• اینوت (Invt)
• وکن (Wecon)
• اچ ام ای ایتون مولر (Eaton Moeller)
• پنل مستر (Panel Master)
• میتسوبیشی (Mitsubishi)
• پروفیس (Pro Face)
• وین تک (Weintek)

فاکتورهای تاثیر گذار بر قیمت  HMI چیست؟

عوامل متعددی در قیمت خرید اچ ام ای تاثر گذار هستند که برخی از آنها عبارتند از:

• اندازه و آپشن های استفاده شده در نوع اچ ام ای
• برند hmi
• ویژگی های سخت افزاری و نرم افزاری که به ترتیب می توان به مقدار فضای حافظه و نوع سیستم عامل اشاره داشت.
• درجه IP

دستگاه‌های HMI مبتنی بر شبکه یا فضای ابری چه ویژگی دارد؟

این گونه اچ ام ای ها امکان دسترسی بصری به داده ها از مسافت دور را برای کاربران فراهم می کنند.

نکات مهم  انتخاب HMI مناسب چیست؟

هنگام  سفارش اچ ام ای بهتر است به فاکتورهای زیر توجه کنیم:

سهولت در استفاده	کاربران باید بتوانند با هر میزان از تخصصی که دارند با چ ام ای به راحتی کار کنند.
مقیاس پذیری	باید امکان تغییر ویژگی های اچ ام ای نظیر مقدار حافظه، سایز نمایشگر بسته به نوع فرایند وجود داشته باشد.
خدمات پس از فروش	هنگام خرید اچ ام ای بهتر است مواردی را انتخاب کنیم که خدمات پس از فروش نظیر مشاوره های فنی، نحوه نصب یا بروز رسانی نرم افزار را ارائه دهند.
صفحه نمایش مناسب	رزولوشن خوبی داشته باشد و قابلیت لمسی آسانی ارائه دهد و در فضاهایی که نور زیادی دارد به خوبی بنوات از آن استفاده نمود.
مصورسازی داده ها	نمایش بصری داده ها به شیوه ای قابل درک برای کاربران

چشم‌انداز و آینده HMI چیست؟

بسیاری از کاربران به دنبال اجرای دو ویژگی واقعیت افزوده (Augmented Reality)  و واقعیت مجازی (Virtual Reality) هستند تا بتوانند فرایندها را به صورت بصری نمایش دهند.

جمع‌بندی

HMI یا رابط انسان و ماشین، یک دستگاه یا سیستم است که به انسان امکان ارتباط و تعامل با دستگاه‌های مختلف را می‌دهد. این دستگاه‌ها معمولاً دارای صفحه نمایش، دکمه‌ها، صفحه لمسی، و یا دیگر اجزای کنترلی هستند که به کاربر امکان کنترل و نظارت بر دستگاه‌ها یا سیستم‌های مختلف را می‌دهند.

سوال متداول

hmi  مخفف چیه؟

Hmi  مخفف عبارت “Human-Machine Interface”  به معنای “رابط انسان و ماشین” است.

HMI چگونه کار می کند؟

Hmiیک دستگاه است که به کاربران امکان ارتباط و تعامل با سیستم‌های صنعتی و اتوماسیون را فراهم می‌کند. در اصل، HMI به عنوان یک واسط بین انسان و دستگاه‌های صنعتی عمل می‌کند و اطلاعات را به کاربران نمایش می‌دهد و از آنها دستورات را دریافت می‌کند.

مهم ترین شاخصه HMIچیست؟

یکی از مهم‌ترین شاخصهای یک HMI (رابط انسان و ماشین)، کیفیت تجربه کاربری ( User Experience – UX) است. کیفیت تجربه کاربری تاثیر بسیار زیادی بر استفاده واقعی کاربران از HMI دارد. به عبارت دیگر، اینکه یک HMI چقدر ساده، قابل فهم، و کارآمد برای کاربران است، می‌تواند تعیین‌کننده موفقیت یا شکست آن باشد.

بهترین برند HMI چیست؟

برندهای مختلفی از اچ ام آی در بازار ایران وجود دارد که می توان برندهای زیمنس، ای بی بی و ایتون مولر را از بهترین نمونه های آن نام برد. تمامی این برندها در مارش شاپ قابل تامین می باشند.

آیا استفاده از اچ ام ای نیاز به دانش برنامه نویسی دارد؟

خیر. اکثر hmiها به صورت بصری قابل تنظیم می باشند اما برخی موارد نیاز به دانستن زبان برنامه نویسی C دارد.