HMI که مخفف Human Machine Interface به معنای «رابط انسان و ماشین» است به نوعی فناوری اشاره دارد که به انسان ها امکان می دهد تا با ماشین ها و سیستم های صنعتی یا اتوماسیون به صورت مؤثر تعامل داشته باشند. HMI به عنوان واسط کاربری عمل می کند و اطلاعات را از سیستم یا دستگاه به کاربر ارائه می دهد و کاربر نیز می تواند از طریق HMI فرمان های خود را به دستگاه ارسال کند.

استفاده از اچ ام آی در صنایع مختلف بسیار گسترده است و نقش کلیدی در کنترل و نظارت بر فرایندهای صنعتی ایفا می کند. به عبارت دیگر HMI نقطه تلاقی بین انسان و ماشین است که امکان تعامل کارآمد و کاربرپسند را فراهم می آورد. در این مقاله به بررسی کامل چیستی HMI کاربردها اجزای تشکیل دهنده و مزایای آن می پردازیم.

1. عملکرد HMI

در واقع HMI ابزاری است که اطلاعات سیستم ها و دستگاه ها را به صورت گرافیکی یا متنی به کاربران نمایش می دهد. کاربر می تواند از طریق صفحه نمایشگر داده ها و وضعیت سیستم های صنعتی را مشاهده کرده و در صورت لزوم با استفاده از ابزارهایی مانند دکمه ها صفحات لمسی یا کیبورد دستوراتی را به سیستم ارسال کند.

برای مثال در یک کارخانه که تولید به صورت خودکار انجام می شود HMI می تواند اطلاعات مربوط به دما فشار سرعت و سایر پارامترهای تولید را نمایش دهد و به اپراتور اجازه می دهد تا این مقادیر را تنظیم یا مانیتور کند. این تکنولوژی نقش بسیار مهمی در

ساده سازی مدیریت و کنترل فرایندهای پیچیده صنعتی دارد.

1.1. اجزای اصلی یک سیستم HMI

HMI شامل چندین جزء کلیدی است که هرکدام نقش خاصی در عملکرد این سیستم ایفا می کنند:

• نمایشگر (Display): نمایشگر وظیفه نمایش اطلاعات سیستم پارامترها و هشدارها را دارد. نمایشگرها می توانند از نوع ال سی دی (LCD) یا ال ای دی (LED) باشند و به کاربر اجازه می دهند تا وضعیت سیستم را به صورت بصری درک کند.
• کنترل های کاربری: کنترل های کاربری می توانند شامل دکمه های فیزیکی یا لمسی باشند که به کاربران اجازه می دهند تا داده ها و پارامترهای سیستم را تغییر دهند یا دستورات را به سیستم وارد کنند.
• رابط های ارتباطی: HMI ها برای برقراری ارتباط با دستگاه ها و سیستم های اتوماسیون صنعتی از پروتکل ها و رابط های مختلفی مانند پروتکل های صنعتی اترنت USB و غیره استفاده می کنند.

2. انواع HMI

با توجه به نیازهای مختلف صنایع و سازمان ها انواع گوناگونی از HMI ها وجود دارند. این تنوع به طور مستقیم به محیط کاری و نوع فرایندهای کنترل شده وابسته است. در ادامه به بررسی انواع مختلف HMI ها می پردازیم:

2.1. HMI های پایه

این نوع HMI ها معمولاً برای کاربردهای ساده و پایه مورد استفاده قرار می گیرند. آن ها از طریق نمایشگرهای کوچک و دکمه های فیزیکی یا لمسی اطلاعات محدودی را به کاربران ارائه می دهند. این نوع HMI ها معمولاً در محیط های غیرصنعتی یا در سیستم هایی که پیچیدگی زیادی ندارند استفاده می شوند.

2.2. HMI های پیشرفته

این نوع HMI ها از قابلیت های پیشرفته تری برخوردار هستند. آن ها دارای نمایشگرهای بزرگ تر و باکیفیت تری هستند که معمولاً لمسی بوده و امکانات بیشتری را به کاربران ارائه می دهند. در این نوع HMI ها کاربر می تواند داده ها را به صورت گرافیکی و با جزئیات بالا مشاهده کند. همچنین این نوع HMI ها از نرم افزارهای پیشرفته ای برای مدیریت داده ها مانیتورینگ و تحلیل اطلاعات استفاده می کنند.

2.3. HMI های صنعتی

HMI های صنعتی به طور خاص برای استفاده در محیط های صنعتی طراحی شده اند و معمولاً دارای بدنه های مقاوم در برابر شرایط سخت محیطی مثل گرد و غبار رطوبت و شوک های مکانیکی هستند. این نوع HMI ها اغلب در کارخانه ها پالایشگاه ها خطوط تولید و سایر محیط های صنعتی که نیاز به کنترل و نظارت دقیق بر فرایندها وجود دارد استفاده می شوند.

2.4. HMI های قابل حمل

این نوع HMI ها به صورت دستگاه های قابل حمل طراحی شده اند و به اپراتورها امکان می دهند که به صورت متحرک و از هر نقطه ای در کارخانه یا محیط صنعتی فرایندها را کنترل و مانیتور کنند. این دستگاه ها معمولاً از طریق بی سیم به سیستم های صنعتی متصل می شوند و دارای قابلیت هایی مشابه با HMI های ثابت هستند.

3. کاربردهای HMI

HMI ها در طیف وسیعی از صنایع و کاربردهای مختلف استفاده می شوند. برخی از مهم ترین کاربردهای HMI عبارتند از:

3.1. کنترل و نظارت بر فرایندهای صنعتی

در کارخانه ها و خطوط تولید صنعتی HMI ها نقش کلیدی در نظارت و کنترل فرایندهای تولید ایفا می کنند. اپراتورها می توانند با استفاده از HMI ها پارامترهای مختلفی مانند دما فشار جریان و سرعت را مشاهده کنند و در صورت نیاز تنظیمات لازم را انجام دهند.

3.2. مدیریت سیستم های اتوماسیون

HMI ها در سیستم های اتوماسیون صنعتی نیز مورد استفاده قرار می گیرند. این سیستم ها به صورت خودکار و با استفاده از حسگرها و کنترلرهای مختلف فرایندهای تولید را مدیریت می کنند و HMI به اپراتور اجازه می دهد تا به صورت مستقیم با این سیستم ها تعامل داشته باشد.

3.3. نمایش و ثبت داده ها

یکی از کاربردهای اصلی HMI نمایش و ثبت داده های تولیدی و صنعتی است. این داده ها می توانند شامل اطلاعاتی در مورد کارکرد دستگاه ها مصرف انرژی میزان تولید و سایر پارامترهای حیاتی باشند. HMI ها به کاربران این امکان را می دهند تا داده های جمع آوری شده را به صورت گرافیکی مشاهده کنند و تصمیمات بهتری برای بهبود عملکرد سیستم ها بگیرند.

3.4. هشدارها و اعلام خطر

یکی دیگر از کاربردهای مهم HMI ارائه هشدارها و اعلام خطرها در صورت بروز مشکلات یا خرابی های احتمالی در سیستم ها است. این هشدارها می توانند به صورت بصری (مثل روشن شدن چراغ های هشدار) یا صوتی به کاربر اطلاع داده شوند و به او اجازه می دهند تا سریعاً اقدام های لازم را برای جلوگیری از آسیب های بیشتر انجام دهد.

4. مزایای استفاده از HMI

استفاده از HMI ها در محیط های صنعتی و غیرصنعتی دارای مزایای متعددی است که در ادامه به برخی از آن ها اشاره می کنیم:

4.1. بهبود بهره وری

HMI ها با ارائه اطلاعات دقیق و لحظه ای به اپراتورها امکان کنترل بهینه تر و تصمیم گیری بهتر را فراهم می کنند. این موضوع به بهبود بهره وری فرایندهای تولید و کاهش زمان های توقف سیستم ها کمک می کند.

4.2. سهولت در استفاده

HMI ها به صورت کاربرپسند و با واسط های گرافیکی طراحی شده اند که استفاده از آن ها برای کاربران حتی بدون داشتن تخصص فنی بالا آسان است. اپراتورها می توانند به راحتی با دستگاه ها و سیستم ها تعامل داشته باشند و تغییرات لازم را در فرایندها اعمال کنند.

4.3. افزایش ایمنی

HMI ها با ارائه هشدارها و اعلام خطرها به کاربران کمک می کنند تا مشکلات و خطرات احتمالی را به موقع شناسایی کنند و از وقوع آسیب های جدی جلوگیری کنند. این موضوع باعث افزایش سطح ایمنی در محیط های صنعتی می شود.

4.4. کاهش هزینه ها

استفاده از HMI ها با افزایش بهره وری و کاهش زمان های توقف به کاهش هزینه های عملیاتی و تولیدی کمک می کند. همچنین امکان نظارت دقیق تر بر عملکرد سیستم ها باعث کاهش نیاز به تعمیرات پرهزینه می شود.

5. تکنولوژی های مرتبط با HMI

HMI ها معمولاً با سایر فناوری های مرتبط با اتوماسیون صنعتی و کنترل سیستم ها همگام شده اند تا عملکرد بهتری ارائه دهند. برخی از این تکنولوژی ها عبارتند از:

5.1. SCADA

SCADA مخفف Supervisory Control and Data Acquisition به معنای «کنترل نظارتی و جمع آوری داده» است. SCADA به طور معمول در کنار HMI ها مورد استفاده قرار می گیرد و امکان نظارت و کنترل سیستم های صنعتی بزرگ تر و پیچیده تر را فراهم می کند.

5.2. PLC

PLC یا Programmable Logic Controller کنترلرهای منطقی برنامه پذیری هستند که برای کنترل فرایندهای صنعتی استفاده می شوند. HMI ها معمولاً با PLC ها ارتباط دارند و داده ها و دستورات را به این کنترلرها منتقل می کنند.

5.3. IoT و صنعت 4.0

در عصر صنعت 4.0 اینترنت اشیا (IoT) به عنوان یکی از فناوری های کلیدی شناخته می شود. HMI ها با اتصال به اینترنت اشیا و دستگاه های متصل به شبکه امکان کنترل و مانیتورینگ فرایندها را از راه دور فراهم می کنند.

6. چالش های استفاده از HMI

اگرچه استفاده از HMI ها مزایای زیادی دارد اما با چالش هایی نیز همراه است:

6.1. هزینه های اولیه

راه اندازی و نصب سیستم های HMI ممکن است هزینه های اولیه بالایی داشته باشد. به ویژه در محیط های صنعتی بزرگ که نیاز به HMI های پیشرفته دارند هزینه ها می تواند به چالش تبدیل شود.

6.2. نیاز به آموزش کاربران

برای استفاده صحیح از HMI ها کاربران باید آموزش های لازم را ببینند. عدم آموزش مناسب ممکن است باعث اشتباهات در کار با HMI ها و کنترل نادرست سیستم ها شود.

نتیجه گیری

HMI ها به عنوان واسطی حیاتی بین انسان و ماشین نقش کلیدی در بهبود کارایی و کنترل فرایندهای صنعتی ایفا می کنند. با ارائه اطلاعات دقیق و لحظه ای و امکان تعامل مؤثر با سیستم های صنعتی HMI ها به بهبود بهره وری کاهش هزینه ها و افزایش ایمنی کمک می کنند. استفاده از این تکنولوژی در کنار سایر سیستم های اتوماسیون آینده ای روشن برای صنعت و فناوری های مرتبط با آن رقم خواهد زد.