اتوماسیون صنعتی و برنامه نویسی HMI
در دنیای اتوماسیون صنعتی، کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی یا PLC، تجهیزات کف کارخانه را برای تولید کالاهای خاص کنترل می‌کنند. اگرچه زمینه اتوماسیون در چند دهه اخیر به شدت رشد کرده است، اما انسان‌ها نقش مهمی در عملیات، عیب یابی و نگهداری این سیستم‌های پیچیده ایفا می‌کنند.
مطالب مرتبط:
اچ ام آی (HMI) چیست؟ کاربرد آن
رابط ماشین انسانی یا به اختصار HMI، دستگاهی است که به انسان اجازه می‌دهد جهت‌ها را بدهد و از PLC که فرآیند تولید را کنترل می‌کند، بازخورد دریافت کند. بعبارت دیگر، ابزاری برای وارد کردن دستورات به ماشین‌های شما و کسب بازخورد در مورد وضعیت آنها است. به زبان ساده، HMI یک کامپیوتر صنعتی است که به درستی برای برقراری ارتباط بین PLC و اپراتور طبقه تولید قرار داده شده است. با مقاله امروز سپیانی همراه باشید تا تمام اطلاعات لازم را در مورد برنامه نویسی HMI کسب کنید.
برنامه نویسی HMI
برنامه نویسی HMI با اکثر زبان‌های برنامه نویسی دیگر متفاوت است. دلیل آن این است که HMI یک نمایش بصری از آنچه در طبقه تولید اتفاق می‌افتد است. بنابراین، برنامه‌نویسی واقعی HMI معمولاً بعنوان توسعه HMI شناخته می‌شود، زیرا بیشتر زمان صرف طراحی صفحه‌نمایش‌ها می‌شود تا کدنویسی به معنای سنتی تعریف.
علاوه بر این، برنامه‌نویسی که ورودی و خروجی یک HMI را کنترل می‌کند، عموماً روی PLC قرار دارد و به برنامه‌نویس PLC بیشتر کنترل بر عملکرد نحوه عملکرد HMI را می‌دهد. با این حال، هر دوی این عملکردها در اکثر امکانات با هم ترکیب می‌شوند و برنامه‌نویس PLC یا طرح‌بندی صفحه‌های HMI را ایجاد می‌کند یا به اندازه کافی با فرآیند آشنایی دارد تا نحوه اجرای برنامه‌نویسی HMI را تعیین کند.
برنامه نویسی HMI: مبانی و ویژگی‌های پیشرفته
ابتدایی ترین HMI به اپراتور اجازه می‌دهد تا وضعیت فعلی یک فرآیند خاص را ببیند. برای لحظه ای تصور کنید که یک ماشین سنگ زنی دارید که میتوانید با فشار دادن هر یک از دکمه‌ها شروع به کار کنید و متوقف کنید. یک HMI می‌تواند ایجاد شود تا یک نشانه بصری از وضعیت فعلی دستگاه ارائه دهد: متوقف یا در حال کار. با این حال، یک PLC بسته به نیاز عملیات می‌تواند اطلاعات بسیار بیشتری را از این دستگاه استخراج کند. بنابراین، HMI می‌تواند برای انتقال این اطلاعات به اپراتور مورد استفاده قرار گیرد و به او اجازه می‌دهد تا تصمیمات بهتری در رابطه با فرآیند بگیرد.
تصور کنید که همان ماشین سنگ زنی قادر به خراب شدن است. ممکن است بدلیل عدم نگهداری (سطح پایین روغن)، خرابی پیش بینی نشده (گیر کردن در ورودی)، یا اشتباه اپراتور (درب ایمنی باز) متوقف شود. هر یک از این حالت‌های خطا توسط یک LED مستقیماً روی تابلو برق نمایش داده می‌شود. از آنجایی که ما این اطلاعات را در دسترس داریم، ممکن است انتخاب کنیم که آن را به یک HMI اضافه کنیم تا مکانیزم بازخورد دانه‌ای تری به اپراتور ارائه دهیم که خطای ذاتی را از بین می‌برد.
یک مثال دیگر از برنامه نویسی HMI
حال تصور کنید که دستگاه دارای ویژگی‌های متعددی است که ممکن است توسط اپراتور تنظیم شود. این ممکن است شامل تنظیمات سرعت، دما، سرعت و موارد دیگر باشد. هر یک از این تنظیمات در گذشته از طریق یک سری پتانسیومتر تنظیم می‌شد. اکنون، بسیاری از این موارد را می‌توان مستقیماً از یک HMI تغییر داد. ما می‌خواهیم سریعاً یادداشت کنیم که شیوه‌های خوب طراحی HMI نشان می‌دهد که برخی از ویژگی‌های HMI ممکن است به کاربران مختلف محدود شود. بعنوان مثال، یک اپراتور باید قادر به راه اندازی، توقف و انتخاب سرعت دستگاه باشد. آنها نباید بتوانند تنظیمات را با توجه به دمایی که ممکن است بر محصول نهایی تأثیر بگذارد، تغییر دهند. این تنظیم ممکن است به یک سرپرست یا پرسنل سطح مهندسی محدود شود.
در نهایت، یک HMI می‌تواند شامل ویژگی‌های پیشرفته فرآیند مانند کنترل دسته‌ای، مدیریت دستور غذا، وضعیت خط و بسیاری موارد دیگر باشد. همانطور که HMIها قدرتمندتر شدند، از کنترل یک ماشین واحد به طرح‌های کنترلی در سطح کارخانه تبدیل شدند که گاهی اوقات بعنوان سیستم‌های کنترل نظارتی و جمع آوری داده یا SCADA توصیف می‌شوند. یک خط خاکستری وجود دارد که در آن یک HMI یک سیستم SCADA در نظر گرفته می‌شود، اما برای درک شما، و HMI یک خط تولید واحد را کنترل می‌کند. در مقابل، یک سیستم SCADA بر کل منطقه یا کل کارخانه تولید نظارت می‌کند.
حتما بخوانید:
اسکادا (SCADA) چیست؟ کاربرد آن
کارایی سیستم HMI
درک طراحی HMI آسان است، اما تسلط بر آن چالش برانگیز است. یک HMI به خوبی طراحی شده به کاربر آن منطقه اجازه می‌دهد تا بدون نیاز به چرخاندن لقمه دور سر به اطلاعات و کنترل صحیح دسترسی داشته باشد. بعبارت دیگر، طراحی باید شامل عناصر مورد نیاز اپراتور باشد و عناصری را که نیاز ندارند حذف کند. علاوه بر این، کارایی به بهترین شیوه‌های طراحی HMI در مورد چیدمان هر نوع صفحه نمایش می‌رسد.
شما باید ملاحظات طراحی ضروری زیر را در طول مرحله توسعه HMI و برنامه نویسی HMI پروژه یکپارچه سازی سیستم‌ها در نظر داشته باشید:
آیا دکمه‌ها اندازه مناسبی دارند؟
آیا می‌توان به هر صفحه بدون حلقه‌های ناوبری بیش از حد دسترسی داشت؟
آیا می‌توان فرآیند را از هر صفحه مربوطه شروع و متوقف کرد؟
آیا میتوانید تغییری در دستور پختی که در حال حاضر اجرا نمی‌شود ایجاد کنید؟
طراحی ساده و شهودی HMI
مشکل در ایجاد یک HMI واقعاً پیشرفته این است که خود را به جای شخصی که از صفحه نمایش شما استفاده می‌کند قرار دهید. یک برنامه نویس باتجربه HMI دانش محدود یک اپراتور را در مورد سیستم‌های کنترل ماشین‌های مختلف در نظر می‌گیرد، یک منوی آسان برای دنبال کردن ایجاد می‌کند و به کاربر اجازه می‌دهد تا بسرعت به عناصر حیاتی پیمایش کند.
علاوه بر این، جریان سیستم ثابت می‌ماند و جزئیات دقیقی را حفظ می‌کند که کاربر را قادر می‌سازد زمان آسان‌تری را برای یادگیری راه خود در اطراف HMI داشته باشد. در نهایت، طراحی سیستم باید به اندازه کافی از سیستم واقعی تقلید کند تا کاربر در استفاده از رابط بدون نیاز به دسترسی به اطلاعات اضافی راحت باشد. این ممکن است شامل نام‌های مناسب برای ماشین‌های روی زمین، نمادهایی باشد که براحتی قابل درک هستند و نمادهایی که دقیقاً دارایی‌های کارخانه را نشان می‌دهند.
حتما بخوانید:
درآمد اتوماسیون کار صنعتی و متخصص PLC
چرا برنامه نویسی HMI و PLC؟
کنترل‌کننده‌های منطقی برنامه‌پذیر به کسب‌وکارها این شانس را می‌دهند که واقعاً فرآیندهای مکانیکی خود را اصلاح کنند. PLC راه حل‌های خودکار را با شروع عملیات بر اساس سیستم ورودی و خروجی ارائه می‌دهد و بنابراین بعنوان “مغز” سیستم کنترل عمل می‌کند. سایر زبان‌های برنامه نویسی رایج مورد استفاده عبارتند از:
- متن ساختار یافته
- نمودار جریان متوالی SFC، بسیار شبیه به یک فلوچارت سنتی است.
- لیست دستورالعمل
- نمودار بلوک تابع
- برنامه نویسی PLC بسیار ارزشمند است.
مزایای PLC عبارتند از:
- یکنواختی وظایف کاری ساده را به حداقل می‌رساند.
- سیم کشی را ساده کنید و هزینه مواد را کاهش می‌دهد.
- ایجاد رویه‌های پویا و پیچیده که تکنیک‌های قدیمی مانند کنترل مبتنی بر رله مکانیکی نمی‌توانند آنها را کنترل کنند.
- ارائه راه حل‌های مقرون به صرفه حتی به تولیدکنندگان کوچک و بزرگ که بدنبال راه حل‌هایی برای کنترل فرآیند، مونتاژ پیچیده، ساخت و آزمایش هستند.
- HMI به دلیل کاربرپسند بودن رابط گرافیکی بهترین انتخاب است. رابط گرافیکی شامل کدگذاری رنگی است که امکان شناسایی آسان را فراهم می‌کند.
مزایای HMI عبارتند از:
- پیام رسانی قابل اعتماد
- مدیریت کلی آسان تر کارخانه
- تست دقیق با شبیه سازی
- کاهش هزینه
- ارتباطات بهبود یافته
در طول برنامه نویسی HMI و PLC چه کاری انجام می‌شود؟
PLC یا کنترل‌کننده منطق قابل برنامه‌ریزی از سیگنال‌های I/O مسئول کنترل کل ماشین یا تجهیزات است. برنامه نویسی آن، علاوه بر برآورده کردن الزامات تولید، باید ساختارمند و در دسترس باشد تا عیب یابی سریع و دقیق را ارائه دهد. یک برنامه کنترل‌کننده منطق قابل برنامه‌ریزی معمولاً روی رایانه نوشته می‌شود و سپس در کنترل‌کننده دانلود می‌شود. Ladder Logic زبان برنامه نویسی سنتی آن است. بدلیل ماهیت بصری آن، Ladder Logic نسبت به بسیاری از زبان‌های برنامه نویسی دیگر ساده تر است. برخی از تولیدکنندگان PLC نرم افزار برنامه نویسی کنترل را عرضه می‌کنند.
هنگامی که اپراتورها دسترسی آسان به رایانه شخصی یا لپ‌تاپ نزدیک به دستگاه یا دستگاه ندارند، ایجاد چند نسخه پشتیبان با بارگیری یا آپلود برنامه PLC یا اصلاح دشوار است. به همین دلیل، روشی برای آپلود/دانلود برنامه PLC بطور مستقیم از یا روی USB از طریق واسط وجود دارد. چند ویژگی کلیدی وجود دارد که PLCها را از رایانه‌های شخصی صنعتی، میکروکنترلرها و سایر راه‌حل‌های کنترل صنعتی متمایز می‌کند.
حتما بخوانید:
آشنایی با نرم افزار FvDesigner
آموزش اتصال مدباس HMI و اینورتر
ویژگی‌های متمایز کننده PLC:
- ورودی و خروجی CPU PLC داده‌های برنامه را ذخیره و پردازش می‌کند، اما ماژول‌های ورودی و خروجی PLC را به بقیه دستگاه متصل می‌کنند. این ماژول‌های ورودی/خروجی چیزی هستند که اطلاعات را به CPU ارائه می‌کنند و نتایج خاصی را ایجاد می‌کنند. خروجی ورودی می‌تواند دیجیتال یا آنالوگ باشد. کاربران می‌توانند خروجی ورودی PLC را با هم تطبیق داده و ترکیب کنند تا پیکربندی صحیح برای برنامه خود را بدست آورند.
- ارتباطات APLC با انواع دیگر سیستم‌ها نیز مرتبط است. کاربران ممکن است بخواهند داده‌های برنامه ضبط شده توسط PLC را به یک سیستم کنترل نظارتی و جمع‌آوری داده (SCADA) صادر کنند که دستگاه‌های متعدد متصل را نظارت می‌کند. PLCها طیف وسیعی از پروتکل‌ها و پورت‌های ارتباطی را پیشنهاد می‌کنند تا مطمئن شوند که PLC می‌تواند با این سیستم‌های دیگر ارتباط برقرار کند.
- HMI برای آمیختگی با PLC در زمان واقعی، کاربران به یک ماشین انسانی نیاز دارند این رابط‌های اپراتور کاربران را قادر می‌سازد تا با ارائه رابط‌هایی با نمایشگرهای ساده، با خواندن متن و صفحه‌کلید، اطلاعات را بصورت آنلاین به PLC بازبینی و وارد کنند.
- یک خط تولید ابتدا باید با یک PLC کار کند تا با یک HMI یکپارچه شود. این PLC است که اطلاعات را از حسگرها می‌گیرد و آن را به جبر بولی تبدیل می‌کند. بنابراین HMI می‌تواند رمزگشایی و تصمیم‌گیری کند. اینجاست که رابط PLC و HMI وجود دارد.
- برنامه‌نویسی HMI همانطور که از نام آن مشخص است، وظیفه ارائه رابط با دستگاه را برعهده دارد. بنابراین از ارتباط شبکه با CLP، برنامه نویسی HMI یک سری اطلاعات را در اختیار اپراتورها و سایر کاربران سیستم قرار می‌دهد. مانند: تشخیص خطا. گزارش‌های تولید؛ وضعیت تجهیزات؛ کنترل‌های دستی و… . یک برنامه برنامه نویسی HMI به یک عملکرد بصری و دوستانه نیاز دارد و منابع آن باید بدرستی با توجه به نیاز مشتری بکار گرفته شوند.
حتما بخوانید: بهترین برند HMI کدام است؟
چه اهدافی با برنامه نویسی HMI محقق می‌شود؟
یک HMI خرید قابل توجهی است، بنابراین دانستن درست آنچه از آن نیاز است حیاتی است. HMI برای سه نقش اصلی استفاده می‌شود:
جای LED ها، دکمه‌های روشن/خاموش، با جایگزین دکمه‌ای جایگزین می‌شود. حذف این دستگاه‌های مکانیکی امکان پذیر است زیرا HMI می‌تواند نمایش بصری همه این دستگاه‌ها را در صفحه LCD خود ارائه دهد، در حالی که همه عملکردهای مشابه را انجام می‌دهد.
کنترل داده: برای برنامه‌هایی که نیاز به نظارت و بازخورد پایدار دارند استفاده می‌شود. اغلب اوقات این کنترل داده‌ها با حافظه‌های با ظرفیت بالا مرتب می‌شوند. ناظر، آخرین از سه نوع HMI است. اینها سیستم‌های متمرکزی هستند که کل سایت‌ها یا مجموعه‌های سیستم‌های بزرگ را که در مناطق وسیعی گسترش یافته‌اند، تماشا و تنظیم می‌کنند.
برنامه نویسی HMI و PLC چگونه انجام می‌شود؟
- برنامه نویسی PLC بیشتر با کمک زبان Ladder Logic انجام می‌شود. مراحل برنامه نویسی PLC با استفاده از زبان Ladder Logic در ادامه آورده شده است:
- تجزیه و تحلیل و دریافت ایده برنامه کنترل: گام اولیه برای برنامه ریزی PLC، دریافت ایده ای است که می‌خواهید برای آن یک برنامه توسعه دهید.
- همه شرایط را فهرست کنید و طرح را با استفاده از فلوچارت دریافت کنید.
- نرم افزار برنامه نویسی PLC را باز و پیکربندی کنید: نرم افزار برنامه نویسی نصب شده در رایانه شخصی همراه با سخت افزار PLC را باز کنید. پس از انتخاب مدل سخت افزاری PLC، آن را با خروجی و ورودی مناسب پیکربندی کنید از لیست زبان‌های برنامه نویسی، زبان Ladder Logic را انتخاب کنید. پس از انتخاب پردازنده سخت افزار، نامی برای برنامه ارائه دهید.
- پله‌های مورد نیاز را اضافه کنید و به آنها آدرس بدهید: پله‌های مورد نیاز را بر اساس منطق برنامه کنترل اضافه کنید و آدرس را به هر ورودی و خروجی بدهید.
- بررسی کنید که آیا خطا وجود دارد و آن را شبیه سازی کنید: بخش Online را در نوار منو پیدا کرده و Online را انتخاب کنید. خطاها را بررسی کنید و پس از انتخاب Offline تغییرات لازم را انجام دهید.
حتما بخوانید:
جمع بندی:
در مقاله امروز سپیانی به برنامه نویسی HMI پرداختیم. ابتدا HMI را تعریف کردیم و سپس مبانی و کاربردهای این زبان برنامه نویسی را مرور کردیم. چنانچه پس از مطالعه این مقاله سوال یا ابهامی در رابطه با برنامه نویسی HMI دارید میتوانید بصورت رایگان از مشاوره متخصصین سپیانی کمک بگیرید. همچنین برای خرید دستگاه‌های مذکور و دیگر تجهیزات لازم و آگاهی از قیمت و مشخصات فنی آنها میتوانید به بخش فروشگاه ما مراجعه کنید. جهت کسب اطلاعات بیشتر همین الان از طریق واتساپ با ما در تماس باشید.
