راهنمای رابط ماشین انسانی (HMI): انواع، معیارهای انتخاب و کاربردهای صنعتی

یک اپراتور جلوی خط تولید در یک کارخانه نساجی ایستاده است. دستگاه در حال کار است، اما اپراتور نمی تواند سرعت واقعی خط، دمای داخل محفظه خشک کن، یا کدام یک از هشت آلارم احتمالی را که پنج دقیقه پیش فعال شده است، ببیند. تنها بازخورد از یک ردیف چراغ نشانگر و یک صفحه کلید کوچک می آید. این دقیقا مشکل است رابط ماشین انسان (HMI) برای حل طراحی شده است.

رابط ماشین انسانی چیست؟

HMI ترکیبی از سخت افزار و نرم افزار است که به فرد اجازه می دهد با یک ماشین، سیستم یا دستگاه تعامل داشته باشد. این می تواند به سادگی یک صفحه کنترل فیزیکی با دکمه ها و چراغ های نشانگر یا به اندازه یک صفحه لمسی تمام رنگی پیشرفته باشد که داده های فرآیند، نمودارهای روند و پیام های هشدار را در زمان واقعی نمایش می دهد. در اتوماسیون صنعتی، HMI بین اپراتور و کنترل کننده، معمولاً یک کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) یا یک درایو فرکانس متغیر قرار می گیرد. سیگنال های خام ماشین را به اطلاعات بصری ترجمه می کند و دستورات اپراتور را به تجهیزات ارسال می کند.

این تعریف به دلیلی عملی اهمیت دارد. وقتی HMI را ارزیابی می کنید، فقط اندازه صفحه نمایش را با هم مقایسه نمی کنید. شما در حال تصمیم گیری هستید که چقدر از وضعیت ماشین را می توان در یک نگاه درک کرد و یک اپراتور چقدر سریع می تواند به یک خطا واکنش نشان دهد. ما طیف محصولات HMI نیازهای ساده و پیشرفته، از صفحات متنی گرفته تا صفحات لمسی تمام رنگی را پوشش می دهد.

چرا HMI در عملیات صنعتی اهمیت دارد؟

مزیت اصلی HMI تصمیم گیری سریعتر است. اپراتور می تواند به جای رفتن به کابینت و تفسیر چراغ های چشمک زن، تصویری از کل خط را ببیند، محل خطا را شناسایی کند و زنگ هشدار را در یک مکان تأیید کند.

• کاهش زمان از کار افتادگی: آلارم‌های زبان ساده و صفحه نمایش‌های بصری به تیم‌های تعمیر و نگهداری کمک می‌کنند تا عیوب را زودتر پیدا کنند.
• عملکرد سازگارتر: تجسم و رویه عملیاتی یکسان در چندین ماشین از تغییرات وابسته به اپراتور جلوگیری می کند.
• ثبت داده‌های داخلی: روندها و سوابق رویدادها تجزیه و تحلیل ریشه‌ای و نگهداری پیشگیرانه را بسیار آسان‌تر می‌کنند.
• زمان آموزش کوتاه‌تر: یادگیری رابط گرافیکی آسان‌تر از صفحه کلید سخت‌افزاری با کدهای مرموز است.

در اتوماسیون صنعتی مدرن، HMI نیز جایی است که تحول دیجیتال شروع می شود. حتی یک ارتقا متوسط ​​از یک پنل متنی به یک صفحه نمایش لمسی HMI می‌تواند نحوه جمع‌آوری داده‌های عملیاتی و آموزش کارکنان شرکت را تغییر دهد.

انواع HMI و نحوه تطابق آنها با نیازهای مختلف

سه دسته کلی از HMI های صنعتی وجود دارد. انتخاب مناسب به پیچیدگی دستگاه، محیط و بودجه بستگی دارد.

HMI های مبتنی بر متن در محیط های سخت یا محدود با بودجه ارزشمند باقی می مانند. آنها قوی هستند، به راحتی در نور مستقیم خورشید قابل خواندن هستند و نیازی به کالیبراسیون لمسی ندارند. پانل های صفحه لمسی در تجهیزات مدرن غالب هستند زیرا می توانند اطلاعات بیشتری را در یک صفحه نمایش دهند و از شلوغی دکمه های فیزیکی بکاهند. HMI های متصل به اینترنت اشیا در جایی که اپراتورها باید ماشین ها را از مکان های مختلف ببینند به طور فزاینده ای محبوب هستند.

معیارهای انتخاب کلیدی برای HMI

انتخاب HMI مناسب با دید واضحی از وظایف روزانه اپراتور و الزامات ارتباطی دستگاه شروع می شود. در اینجا معیارهایی هستند که در عمل اهمیت دارند.

1. اندازه و وضوح صفحه: تصمیم بگیرید که چند مقدار فرآیند باید به طور همزمان قابل مشاهده باشد و جزئیات گرافیکی چقدر باید باشد.
2. پروتکل ارتباطی: تأیید پشتیبانی از Modbus RTU/TCP، CANopen، اترنت/IP، یا پروتکل های خاص درایو. یک پروتکل از دست رفته می تواند یک دروازه غیر ضروری را مجبور کند.
3. رتبه‌بندی محیطی: رتبه‌بندی پانل جلویی، مانند IP65، و محدوده دمای عملیاتی محل دستگاه را بررسی کنید.
4. روش ورودی: بین لمس مقاومتی برای استفاده از دستکش و لمس خازنی برای حسی شبیه گوشی هوشمند انتخاب کنید.
5. محیط نرم افزار: در نظر بگیرید که چگونه صفحه نمایش ها می توانند به راحتی ساخته شوند، ثبت داده ها چگونه پیکربندی می شود و آیا دسترسی از راه دور پشتیبانی می شود یا خیر.

برای کارهای اتوماسیون میان رده، یک صفحه نمایش لمسی متعادل HMI با ارتباطات قابل اعتماد اغلب بهترین نقطه شروع است. Raynen UH400 HMI یک صفحه نمایش لمسی جامد، چندین پورت ارتباطی و یک محیط پیکربندی با کاربری آسان برای بسیاری از انواع ماشین های رایج ارائه می دهد.

Raynen سری UH400 HMI با صفحه نمایش لمسی و درگاه های ارتباطی متعدد صفحه نمایش لمسی متعادل HMI برای کارهای اتوماسیون میان رده، دارای گزینه هایی از 4.3 تا 10 اینچ، اتصال سریال و اترنت، و ادغام آسان با سیستم های موجود. مشاهده محصول →

هنگامی که فرآیند پیچیده تر است، مانند کنترل حرکت چند محوره یا مدیریت گسترده دستور العمل، نمایشگر بزرگتر و قابلیت پردازش قوی تر تفاوت را ایجاد می کند. UH500A HMI برای این برنامه های کاربردی قرار گرفته است و فضای صفحه نمایش بیشتر و عملکرد پاسخگو را ارائه می دهد.

UH500A HMI با پلت فرم A8 برای کنترل حرکت پیچیده و مدیریت دستور غذا HMI پیشرفته با نمایشگر بزرگتر، 256 مگابایت فلش و 128 مگابایت DDR3، مناسب برای برنامه های کاربردی که نیاز به عملکرد پاسخگو و مدیریت گسترده دستور پخت دارند. مشاهده محصول →

برای کاربرانی که به دید از راه دور و مدیریت ناوگان نیاز دارند، یک HMI متصل به اینترنت اشیا ارزشی فراتر از کنترل پنل می‌افزاید. اپراتورها می‌توانند آلارم‌ها را روی تلفن همراه دریافت کنند، داده‌های تولید را از چندین کارخانه مقایسه کنند و طرح‌بندی صفحه‌نمایش را از راه دور به‌روزرسانی کنند. خط تولید اینترنت اشیا Raynen به این نیاز پاسخ می دهد و با خانواده HMI موجود ادغام می شود.

خط تولید Raynen IoT برای نظارت از راه دور و مدیریت ناوگان دروازه‌های اینترنت اشیا و HMI‌هایی که دید از راه دور، آلارم‌ها، مقایسه داده‌ها و به‌روزرسانی‌های صفحه نمایش را از طریق پهنای باند، WiFi یا 4G امکان‌پذیر می‌کنند و به طور یکپارچه با خانواده HMI موجود ادغام می‌شوند. مشاهده محصول →

هنگام مقایسه مشخصات، به کل هزینه مالکیت، از جمله مجوز نرم افزار، لوازم جانبی پانل نصب شده و زمان مورد نیاز برای مهندسی توجه کنید. هزینه سخت افزاری کمی بالاتر را می توان به سرعت با تلاش کمتر راه اندازی توجیه کرد.

HMI در یک اکوسیستم اتوماسیون کامل

ارزش HMI هنگامی که به سایر اجزای اتوماسیون متصل می شود به طور چشمگیری افزایش می یابد. در یک سیستم معمولی، PLC منطق را کنترل می‌کند، درایوهای فرکانس متغیر سرعت موتور را کنترل می‌کنند، درایوهای سروو موقعیت‌یابی دقیقی را ارائه می‌کنند، و HMI به اپراتور یک نقطه فرمان و دید می‌دهد.

این ادغام فشرده زمان راه اندازی را کاهش می دهد زیرا HMI می تواند داده ها را مستقیماً با PLC و درایوها بدون سخت افزار اضافی مبادله کند. همچنین عیب یابی را ساده می کند زیرا اپراتور هم وضعیت ماشین و هم پارامترهای درایو را در یک محیط می بیند.

مجموعه محصولات راینن شامل PLCها، درایوهای فرکانس متغیر، سافت استارترها، سروو درایوها و موتورهای سروو می باشد. این بدان معناست که کاربر می تواند لایه کنترل، لایه درایو و لایه اجرا را از یک تامین کننده خریداری کند و سپس HMI همه آنها را به روشی ثابت کنترل کند.

کاربردهای عملی در سراسر صنایع

سیستم های HMI تقریباً در هر بخش صنعتی ظاهر می شوند، اما نحوه استفاده از آنها متفاوت است. در کاربردهای فن و پمپ، HMI اغلب نقاط تنظیم جریان، فشار و فرکانس را نمایش می‌دهد و به اپراتورها اجازه می‌دهد بین حالت‌های فشار ثابت و جریان ثابت جابجا شوند. در تامین آب و تصفیه فاضلاب شهری، HMI ها پمپ های متعدد را کنترل می کنند و کل ایستگاه را از یک مکان کنترل می کنند.

در کاربردهای ماشین ابزار، HMI ها مسیرهای ابزار، سرعت دوک و موقعیت محور را نشان می دهند و به اپراتورها اجازه بارگذاری و انتخاب برنامه ها را می دهند. در صنعت بالابر، HMI ها حرکت جرثقیل، محدودیت های بار و عیب یابی را مدیریت می کنند. در سیستم های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع، دما، رطوبت و وضعیت تجهیزات را خلاصه می کنند.

بسیاری از این برنامه ها به تنظیمات ارتباطی و استراتژی های هشدار متفاوتی نیاز دارند. به همین دلیل است که راینن فراهم می کند راه حل های خاص صنعت که سخت افزار مناسب، منطق کنترل و پیکربندی HMI را برای هر بخش ترکیب می کند. تاثیر عملی زمان راه اندازی کوتاه تر و تجربه اپراتور بصری تر است.

آینده رابط های انسان و ماشین

فناوری HMI به سمت سیستم های متصل تر و هوشمندتر حرکت می کند. اتصال IoT در حال تبدیل شدن به استاندارد است و امکان نظارت از راه دور و دسترسی به تلفن همراه را فراهم می کند. محاسبات لبه اجازه می دهد تا تجزیه و تحلیل داده های اولیه در نزدیکی دستگاه اتفاق بیفتد، وابستگی به سرورهای راه دور را کاهش می دهد و سیستم را پاسخگوتر می کند.

جهت دیگر رابط های تطبیقی ​​است. به جای یک طرح صفحه ثابت، HMI می تواند نمای خود را بر اساس نقش اپراتور، وضعیت فعلی فرآیند یا سلامت دستگاه تغییر دهد. تعمیر و نگهداری پیش‌بینی شده نیز به شدت بر داده‌های HMI تکیه می‌کند و از روندهای تاریخی و الگوهای هشدار برای پیشنهاد خدمات قبل از توقف تولید استفاده می‌کند.

این روندها جایگزین کار اساسی یک HMI نمی شوند. آنها آن را در آگاه نگه داشتن اپراتورها، قابل اعتماد بودن ماشین آلات و مدیریت خطوط تولید آسان تر می کنند.