رابط های انسان و ماشین (HMI)

کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی برای ورودی انواع سیگنال (گسسته، آنالوگ)، اجرای الگوریتم‌های کنترل بر روی آن سیگنال‌ها، و سپس سیگنال‌های خروجی در پاسخ به فرآیندهای کنترلی ساخته شده‌اند. به خودی خود، یک پی ال سی به طور کلی فاقد قابلیت نمایش آن مقادیر سیگنال و متغیرهای الگوریتم برای اپراتورهای انسانی است. در ادامه مقاله رابط های انسان و ماشین (HMI) را بررسی خواهیم کرد.

🔹ارائه دهنده: تیم تولید محتوای میراکنترل

فهرست مطالب:

🔰انسان و HMI

انسان و  HMI

یک تکنسین یا مهندس با دسترسی به رایانه شخصی و نرم افزار مورد نیاز برای ویرایش برنامه پی ال سی ممکن است به پی ال سی متصل شود و وضعیت برنامه را “آنلاین” برای نظارت بر مقادیر سیگنال و وضعیت های متغیر مشاهده کند، اما این یک روش عملی برای پرسنل عملیات نیست. برای نظارت بر آنچه PLC به طور منظم انجام می دهد. برای اینکه اپراتورها بتوانند پارامترهای داخل حافظه پی ال سی را نظارت و تنظیم کنند، به نوع متفاوتی از اینترفیس نیاز داریم که اجازه می‌دهد متغیرهای خاصی خوانده و نوشته شوند بدون اینکه یکپارچگی پی ال سی با افشای اطلاعات بیش از حد یا اجازه دادن به افراد غیرمجاز برای تغییر برنامه خوانده و نوشته شوند.

یک راه حل برای این مشکل، یک صفحه نمایش کامپیوتر اختصاصی است که برای دسترسی انتخابی به متغیرهای خاصی در حافظه پی ال سی برنامه ریزی شده است که معمولاً به عنوان رابط انسان و  HMI شناخته می شود.

رابط انسان و HMI ها ممکن است به شکل کامپیوترهای همه منظوره (“شخصی”) باشند که نرم افزارهای گرافیکی ویژه ای را برای ارتباط با پی ال سی اجرا می کنند، یا به عنوان کامپیوترهایی با هدف خاص طراحی شده اند تا در قسمت جلوی پانل های فلزی نصب شوند تا هیچ وظیفه ای جز رابط اپراتور-پی ال سی انجام ندهند. . این اولین عکس نمونه ای از یک کامپیوتر شخصی معمولی را نشان می دهد که نرم افزار HMI روی آن در حال اجرا است:

نمایشگر نشان داده شده در اینجا اتفاقاً برای نظارت بر فرآیند جذب نوسان خلاء (VSA) برای تصفیه اکسیژن استخراج شده از هوای محیط است. در جایی، یک پی ال سی (یا مجموعه‌ای از پی ال سی) در حال نظارت و کنترل این فرآیند VSA است، با نرم‌افزار HMI که به عنوان پنجره‌ای در حافظه پی ال سی عمل می‌کند تا متغیرهای مربوطه را به شکلی قابل تفسیر برای پرسنل عملیات نمایش دهد. رایانه شخصی که این نرم افزار HMI را اجرا می کند از طریق کابل های شبکه دیجیتال مانند اترنت به پی ال سی(ها) متصل می شود.

این عکس بعدی نمونه‌ای از یک پانل HMI ویژه را نشان می‌دهد که به طور واضح برای استفاده در محیط‌های عملیاتی صنعتی طراحی و ساخته شده است:

این پنل‌های HMI در واقع چیزی بیش از رایانه‌های شخصی «سخت‌شده» نیستند که به‌صورت مستحکم و در قالبی فشرده ساخته شده‌اند تا استفاده از آن‌ها در محیط‌های صنعتی را تسهیل کنند. اکثر پانل های صنعتی HMI مجهز به صفحه نمایش های حساس به لمس هستند که به اپراتورها اجازه می دهد نوک انگشتان خود را روی اشیاء نمایش داده شده فشار دهند تا صفحه نمایش را تغییر دهند، جزئیات بخش هایی از فرآیند را مشاهده کنند و غیره…

تکنسین ها و یا مهندسان نمایشگرهای HMI را برای خواندن و نوشتن داده ها از طریق یک شبکه دیجیتال در یک یا چند پی ال سی برنامه ریزی می کنند. اشیاء گرافیکی آرایه شده روی صفحه نمایش یک HMI اغلب از نشانگرها و سوئیچ های دنیای واقعی تقلید می کنند تا یک رابط آشنا برای پرسنل عملیات فراهم کنند. به عنوان مثال، یک شی “دکمه ای” روی صفحه یک پانل HMI، برای نوشتن یک بیت داده در پی ال سی به روشی مشابه سوئیچ دنیای واقعی که یک بیت داده را در رجیستر ورودی پی ال سی می نویسد پیکربندی می شود.

پنل‌ها و نرم‌افزارهای مدرن HMI تقریباً منحصراً مبتنی بر برچسب هستند و هر شیء گرافیکی روی صفحه حداقل با یک نام تگ داده مرتبط است که به نوبه خود از طریق یک برچسب به نقاط داده (بیت‌ها یا کلمات) در پی ال سی مرتبط می‌شود. نام فایل پایگاه داده ساکن در HMI اشیاء گرافیکی روی صفحه HMI یا داده‌های پی ال سی را می‌پذیرند (خوانده می‌شوند تا اطلاعات مفیدی را به اپراتور ارائه کنند، داده‌ها را از ورودی اپراتور برای پی ال سی ارسال می‌کنند (نوشتن)، یا هر دو، وظیفه برنامه نویسی یک واحد HMI شامل ساخت یک پایگاه داده نام تگ و سپس ترسیم صفحه نمایش برای نشان دادن این فرآیند به همان سطحی از جزئیات است که اپراتورها برای اجرای آن نیاز دارند است.

جدول پایگاه داده نام برچسب

یک نمونه تصویر از جدول پایگاه داده نام برچسب برای یک HMI مدرن در اینجا نشان داده شده است:

پایگاه داده نام برچسب با استفاده از همان نرم افزار برای ایجاد تصاویر گرافیکی در HMI قابل دسترسی و ویرایش است. در این مثال خاص، می‌توانید چندین نام برچسب (مانند START_PUSHBUTTON، MOTOR_RUN_TIMER، ERROR_MESSAGE، MOTOR_SPEED) مرتبط با نقاط داده در حافظه پی ال سی را مشاهده کنید (در این مثال، آدرس‌های پی ال سی در قالب ثبت Modbus نشان داده شده‌اند). در بسیاری از موارد، ویرایشگر نام تگ می‌تواند نقاط حافظه پی ال سی مربوطه را به همان شیوه‌ای که در نرم‌افزار ویرایشگر برنامه‌نویسی پی ال سی ظاهر می‌شوند نمایش دهد (مانند I:5/10، SM0.4، C11، و غیره).

نکته مهمی که در نمایش پایگاه داده نام تگ باید به آن توجه کرد، ویژگی های خواندن/نوشتن هر تگ است. به طور خاص توجه کنید که چگونه چهار تگ نشان داده شده فقط خواندنی هستند: این بدان معناست که HMI فقط اجازه دارد مقادیر آن چهار تگ را از حافظه پی ال سی بخواند و آن مقادیر را بنویسد (تغییر دهد).

دلیل این امر در مورد این چهار تگ این است که آن تگ ها به نقاط داده ورودی پی ال سی اشاره دارند. به عنوان مثال، برچسب START_PUSHBUTTON به یک ورودی مجزا در پی ال سی اشاره دارد که توسط یک کلید فشاری واقعی انرژی می‌گیرد.

به این ترتیب، این نقطه داده حالت خود را از روشن شدن ترمینال ورودی گسسته دریافت می کند. اگر به HMI اجازه نوشتن برای این نقطه داده داده شود، احتمالاً یک تضاد وجود خواهد داشت. فرض کنید ترمینال ورودی در پی ال سی روشن شده است (بیت START_PUSHBUTTON را روی یک حالت “1” قرار دهید) و HMI به طور همزمان سعی کرده وضعیت “0” را روی همان برچسب بنویسد. یکی از این دو منبع داده برنده می شود و دیگری بازنده می شود که احتمالاً منجر به رفتار غیرمنتظره از برنامه پی ال سی می شود. به همین دلیل، نقاط داده در پی ال سی مرتبط با ورودی های دنیای واقعی همیشه باید به عنوان مجوز «فقط خواندنی» در پایگاه داده HMI محدود شوند، بنابراین HMI احتمالاً نمی تواند تضاد ایجاد کند.

با این حال، احتمال تضاد داده ها برای برخی از نقاط دیگر در پایگاه داده نیز وجود دارد. یک مثال خوب برای این بیت MOTOR_RUN است. بیتی که در برنامه پی ال سی است که به موتور دنیای واقعی می گوید که کار کند. احتمالاً این بیت داده های خود را از یک سیم پیچ در برنامه نمودار نردبانی پی ال سی دریافت می کند.

با این حال، از آنجایی که در پایگاه داده HMI با مجوز خواندن/نوشتن نیز ظاهر می‌شود. این پتانسیل برای HMI وجود دارد که همان بیت را در حافظه پی ال سی بازنویسی کند (یعنی تضاد).
فرض کنید شخصی یک شیء صفحه نمایش “دکمه فشاری” در حال تغییر را در HMI مرتبط با این برچسب برنامه ریزی کرده است: با فشار دادن این “دکمه” مجازی روی صفحه نمایش HMI، سعی می شود بیت (1) را تنظیم کند. و با فشار دادن دوباره آن، بیت را بازنشانی می کند (0).

با این حال، اگر همین بیت توسط یک سیم پیچ در برنامه پی ال سی روی آن نوشته شود، این احتمال مشخص وجود دارد که شی “دکمه فشاری” HMI و سیم پیچ پی ال سی با هم تداخل داشته باشند، یکی سعی می کند به بیت بگوید که “0” است در حالی که دیگری سعی می کند آن بیت را “1” بگوید. این وضعیت کاملاً شبیه مشکلی است که وقتی چندین سیم پیچ در یک برنامه Ladder Diagram به یک بیت آدرس داده می شوند، تجربه می شود.

قانون کلی که در اینجا باید رعایت شود این است که هرگز اجازه نمی دهید بیش از یک عنصر در هر نقطه داده ای بنویسد. در تجربه من در تدریس برنامه‌نویسی پی ال سی و HMI، این یکی از رایج‌ترین اشتباهات دانش‌آموزان در هنگام یادگیری برنامه‌نویسی HMI است: آنها سعی می‌کنند هر دو HMI و پی ال سی را در مکان‌های حافظه مشابهی بنویسند و نتایج عجیب و غریبی به همراه داشته باشد.

یکی از درس‌هایی که هنگام برنامه‌نویسی سیستم‌های بزرگ و پیچیده یاد می‌گیرید این است که تعیین همه نام‌های برچسب لازم قبل از شروع به چیدمان گرافیک در HMI بسیار سودمند است. همین امر در مورد برنامه نویسی پی ال سی نیز صدق می کند: اگر زمان لازم را برای تعریف تمام نقاط ورودی/خروجی ضروری (و نام تگ ها، اگر نرم افزار برنامه نویسی پی ال سی از نام تگ ها در محیط برنامه نویسی پشتیبانی می کند) قبل از آن صرف کنید، کل پروژه را با سردرگمی کمتری انجام می دهد. شما شروع به ایجاد هر کدی می کنید که مشخص می کند آن ورودی ها و خروجی ها چگونه با یکدیگر ارتباط دارند.

حفظ یک قرارداد ثابت برای نام تگ ها نیز مهم است. برای مثال، ممکن است بخواهید نام تگ هر نقطه ورودی/خروجی سیمی سخت را به‌عنوان INPUT یا OUTPUT شروع کنید (مانند INPUT_PRESSURE_SWITCH_HIGH، OUTPUT_SHAKER_MOTOR_RUN، و غیره).

دلیل حفظ یک قرارداد نامگذاری دقیق در ابتدا مشخص نیست، زیرا تمام هدف نام تگ ها این است که به برنامه نویس آزادی اختصاص دادن نام های دلخواه به نقاط داده در سیستم را بدهد.
با این حال متوجه خواهید شد که اکثر ویرایشگرهای نام برچسب ها را به ترتیب حروف الفبا فهرست می کنند، به این معنی که یک قرارداد نامگذاری که به این ترتیب سازماندهی شده است. همه برچسب های ورودی را به طور پیوسته (مجاور) در لیست، همه تگ های خروجی را به طور پیوسته در لیست نشان می دهد.

راه دیگر برای استفاده از فهرست الفبایی نام تگ ها به نفع شما این است که نام هر تگ را با کلمه ای شروع کنید که ارتباط آن را با یک قطعه اصلی از تجهیزات توصیف می کند. به عنوان مثال، این مثال از یک فرآیند با چندین نقطه داده تعریف شده در یک سیستم کنترل پی ال سی و نمایش داده شده در HMI را در نظر بگیرید:

اگر همه این برچسب ها را به ترتیب حروف الفبا فهرست کنیم، ارتباط بلافاصله آشکار می شود:

• Exchanger_effluent_pump
• Exchanger_effluent_temp_out
• Exchanger_preheat_pump
• Exchanger_preheat_temp_in
• Exchanger_preheat_valve
• Reactor_bed_temp
• Reactor_feed_flow
• Reactor_feed_temp
• Reactor_jacket_valve

همانطور که در لیست نام تگ ها مشاهده می کنید، تمام برچسب هایی که مستقیماً با مبدل حرارتی مرتبط هستند در یک گروه به هم پیوسته قرار دارند. و تمام برچسب هایی که مستقیماً با راکتور مرتبط هستند در گروه بعدی قرار دارند.

به این ترتیب نام‌گذاری عاقلانه تگ‌ها به گروه‌بندی آن‌ها به صورت سلسله مراتبی کمک می‌کند. و مکان‌یابی آنها را برای برنامه‌نویس در هر زمان آینده در پایگاه داده نام تگ آسان می‌کند.
توجه داشته باشید که همه نام‌های تگ نشان‌داده‌شده در اینجا فاقد کاراکترهای فاصله بین کلمات هستند (مثلاً به‌جای «Reactor bed temp». نام برچسب باید از خط فاصله یا علامت‌های زیر خط به‌عنوان کاراکترهای فاصله‌گذاری استفاده کند: «Reactor_bed_temp»). زیرا فضاها معمولاً توسط رایانه در نظر گرفته می‌شوند. زبان های برنامه نویسی جداکننده (جداکننده بین نام متغیرهای مختلف) باشند.

مانند خود کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی، قابلیت‌های HMI به طور پیوسته در حال افزایش است در حالی که قیمت آنها کاهش می‌یابد. HMI های مدرن از روندهای گرافیکی، آرشیو داده ها، هشدارهای پیشرفته و حتی قابلیت وب سرور پشتیبانی می کنند که به رایانه های دیگر اجازه می دهد به راحتی به داده های خاصی از شبکه های گسترده دسترسی پیدا کنند.

توانایی HMI ها برای ثبت داده ها در دوره های زمانی طولانی، پی ال سی را از انجام این کار که بسیار به حافظه فشار آورده است، رها می کند. به این ترتیب پی ال سی صرفاً داده‌های جاری را به HMI «ارائه» می‌کند و HMI قادر است با استفاده از ذخایر حافظه بسیار بزرگ‌تر خود، رکوردی از داده‌های فعلی و گذشته را نگه دارد.

برخی از پنل های مدرن HMI حتی دارای یک پی ال سی در داخل واحد هستند که کنترل و نظارت را در همان دستگاه فراهم می کند. چنین پانل‌هایی نقاط اتصال نوار ترمینال را برای ورودی/خروجی گسسته و حتی آنالوگ فراهم می‌کنند و به همه عملکردهای کنترل و رابط اجازه می‌دهند در یک واحد نصب پنل واحد قرار گیرند.

[fusion_person name=”تیم تولیدمحتوای میراکنترل” title=”میراکنترل؛کنترل فرایند اتوماسیون” picture=”https://miracontroller.com/wp-content/uploads/2021/02/icons8-manager-80.png” picture_id=”21002|full” pic_link=”” linktarget=”_self” pic_style=”” pic_style_blur=”” pic_style_color=”” pic_bordersize=”” pic_bordercolor=”” pic_borderradius=”” hover_type=”none” background_color=”” content_alignment=”center” icon_position=”bottom” social_icon_boxed=”” social_icon_boxed_radius=”” social_icon_color_type=”” social_icon_colors=”” social_icon_boxed_colors=”” social_icon_tooltip=”left” blogger=”” deviantart=”” digg=”” dribbble=”” dropbox=”” facebook=”” flickr=”” forrst=”” instagram=”” linkedin=”” myspace=”” paypal=”” pinterest=”” reddit=”” rss=”” skype=”” soundcloud=”” spotify=”” tumblr=”” twitter=”” vimeo=”” vk=”” whatsapp=”https://wa.me/989125376505″ xing=”” yahoo=”” yelp=”” youtube=”” email=”info@miracontroller.ir” show_custom=”no” hide_on_mobile=”small-visibility,medium-visibility,large-visibility” class=”” id=””]تمامی محتوای قرارگرفته در این سایت نتیجه زحمات یکایک افراد تیم تولیدمحتوای میراکنترل است. استفاده از این مطالب با ذکر منبع بلامانع می باشد.[/fusion_person][/fusion_builder_column][/fusion_builder_row][/fusion_builder_container]