Mi az a HMI programozás

Mi az a HMI programozás?

A Human Machine Interface, vagy röviden HMI, olyan eszköz, amely lehetővé teszi az ember számára, hogy útmutatást adjon és visszajelzést kapjon a gyártási folyamatot vezérlő PLC-től. Más szóval, ez egy eszköz arra, hogy parancsokat vigyen be a gépébe, és visszajelzést kapjon azok állapotáról. Leegyszerűsítve, a HMI egy ipari számítógép, amely úgy van beállítva, hogy pontosan kommunikáljon a PLC-vel és a gyártógép kezelőjével. A HMI programozás eltér a legtöbb más programozási nyelvtől. Ennek az az oka, hogy a HMI a gyártási területen zajló események vizuális megjelenítése. Ezért a tényleges HMI programozást általában HMI fejlesztésnek nevezik, mivel az idő nagy részét a képernyő elrendezésének megtervezésével töltik, nem pedig a definíció hagyományos értelmében vett kódírással. A HMI programozás elsajátításához a műszaki ismeretek mellett tervezői ismeretekre is szert kell tenni. A professzionális HMI-fejlesztők olyan elrendezéseket készítenek, amelyek látványosak, könnyen értelmezhetőek, és azonnal megmutatják a rendszer adott állapotát. A HMI bemeneteit és kimeneteit vezérlő programozás általában a PLC-n történik, így a PLC-programozó biztosítja a HMI funkcionális működését. A legtöbb esetben azonban a két feladatot kombinálják, és a PLC-programozó vagy létrehozza a HMI-képernyők elrendezését, és/vagy kellően ismeri a végbenő folyamatot ahhoz, hogy megszabja a HMI-programozását.

A HMI funkcionális feladata

A HMI-rendszer elsődleges feladata, hogy lehetővé tegye a kezelő számára a folyamat vezérlését. A legalapvetőbb HMI feladat az az, hogy lehetővé tegye a kezelő számára, hogy lássa egy adott folyamat aktuális állapotát. Képzeljük el, hogy van egy csiszológépünk, amit bármelyik gomb megnyomásával elindíthatunk és leállíthatunk. Létrehozható egy olyan HMI felület, amely vizuálisan jelzi a gép aktuális állapotát: leállt vagy üzemel. A PLC azonban sokkal több információt tud gyűjteni erről a gépről, a művelet igényeitől függően. Ezért a HMI felhasználható ezen egyéb információk továbbítására a kezelő számára, és ezek lehetővé teszik a számára, hogy megalapozottabb döntéseket hozzon a folyamat irányításával kapcsolatban.

Ha ez a csiszológép meghibásodik, ez lehet karbantartás hiánya miatt, váratlan meghibásodás (elakadás a fogásnál) vagy kezelői hiba (a biztonsági ajtó nyitva) miatt. Ezen hibaállapotok mindegyikét egy LED jelzi közvetlenül az elektromos irányító panelen. Mivel ez az információ rendelkezésre áll a PLC segítségével, hozzáadhatjuk egy HMI-hez, hogy részletesebb visszacsatolási mechanizmust biztosítsunk a kezelő számára, aki könnyedén ki tudja küszöbölni a felmerült hibát.

Egy gép számos olyan funkcióval rendelkezik, amelyeket a kezelő beállíthat. Például a sebességet, a hőmérsékletet, a tempót és még más egyebet géptől függően. Ezeket a beállításokat korábban egy sor potenciométerrel végeztük el. Most ezek többsége közvetlenül módosítható egy HMI képernyőről. Szeretnénk itt megjegyezni, hogy a helyes HMI tervezési gyakorlat azt diktálja, hogy a HMI bizonyos funkciói különböző felhasználókra korlátozódjanak. Például a kezelőnek tudnia kell a gép indítását, leállítását és a sebesség kiválasztását. Viszont nem módosíthatják az olyan beállításokat, mint a  hőmérséklet változtatás, amely hatással lehet a végtermék minőségére. Ezt a beállítást egy gyártási felügyelőre vagy mérnökre kell kizárólag bízni, korlátozni.

A HMI hatékonysági funkciója

A HMI Design elsajátítása könnyűnek látszik, de mindig kihívást jelent. Egy jól megtervezett HMI design lehetővé teszi, hogy az adott terület felhasználója könnyedén hozzáférhessen a megfelelő információkhoz és vezérléshez anélkül, hogy akadályokba ütközne. Más szóval, a tervezett design-nak tartalmaznia kell azokat az elemeket, amelyekre a kezelőnek szüksége van, és ki kell zárnia azokat, amelyekre nincs szüksége. Ezen túlmenően a hatékonyság a HMI-tervezés gyakorlatában azt jelenti, hogy minden egyes képernyőtípuson jól megjeleníthetőnek kell lennie a design-nak. 
A következő alapvető tervezési szempontokat kell szem előtt tartani:

• gombok mérete,
• átlátható módon elérhető módosítási lehetőségek,
• mindenféle képernyőről elindítható és leállítható legyen az adott folyamat,
• beiktatható legyen egyéb plusz funkció a rendszer működésébe.

A HMI intuitív megtervezése

A jól megtervezett HMI program nehézsége az, hogy a képernyőt használó személy helyébe kell képzelni magunkat. A tapasztalt HMI-programozó figyelembe veszi a kezelő korlátozott tudását, ezért könnyen követhető navigációs menüt hoz létre, és lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy gyorsan tudjon navigálni a keresett vagy kérdéses elemek között. Ezenkívül a felhasznált szimbólumokkal kapcsolatosan következetesnek kell maradnunk, így ezek lehetővé teszik a felhasználó számára, hogy könnyebben tájékozódjon a HMI képernyőn. Végül a HMI rendszer kialakításánál figyelembe kell venni az üzemben működő valós rendszert ahhoz, hogy a felhasználó kényelmesen tudja használni a felületet anélkül, hogy további információkhoz kellene hozzáférnie. Ez magában foglalhatja a teremben, üzemben lévő gépek megfelelő elnevezését, könnyen érthető ikonokat vagy olyan szimbólumokat, amelyek pontosan ábrázolják az üzem, a gyártás eszközeit.

HMI hardver, avagy a HMI terminálok kiválasztása

A HMI terminálokhoz épített alkalmazások eltérő hardvert igényelnek. Tapasztalataink szerint a HMI-ket általában a következő három típusú berendezés valamelyikére telepítik:

• PC-alapú HMI-megoldás – ez egy ipari minőségű személyi számítógép Windows rendszerrel vagy az operációs rendszer ipari változatával, például Windows IoT-vel vagy Linux Core-al.
• dedikált HMI-megoldás – minden gyártó (Pl.: Allen Bradley, Siemens, Automation Direct) rendelkezik egy speciális keretrendszerrel, amelyre előre telepítenek egy HMI-szoftvert. Ezek a terminálok csak a megfelelő gyártó eszközeivel kifejlesztett szoftverek futtatására alkalmasak. Például egy PanelView Plus terminál csak a FactoryTalk View Studio ME-be épített alkalmazást futtatja.
• kiterjesztett HMI-megoldás – a dedikált verzióhoz hasonlóan minden gyártó meghatározza azt a hardvert, amely képes az eszköz kiterjesztett verziójának futtatására. Példa erre a ThinManager az Allen Bradleytől. Ez a kiterjesztett megoldás meghatározza a futtatásához szükséges hardver specifikációit.

Mi a különbség a HMI és a SCADA rendszer között?

HMI és SCADA rendszer

A SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) egy hatékony vezérlőrendszer, amelyet az ipari berendezésekből származó adatok összegyűjtésére, elemzésére és megjelenítésére terveztek. A kezelők megtekinthetik a kritikus méréseket, például a hőmérsékletet, a rezgést, az energiafogyasztást és az ipari berendezések szintjeit. A HMI általában egy önálló terminál, amely leggyakrabban egy, de néha több PLC-vel kommunikál a helyszínen. Az ilyen terminálok az üzemben elosztva vannak, és egymással nem tudnak kommunikálni.

A SCADA rendszer számos vezérlőrendszerrel fog összekapcsolódni. Hálózati hozzáférése lesz a PLC-khez, valamint a HMI-khez az üzemben. Az összegyűjtött információk alapján egy SCADA rendszer dolgozza fel az információkat, és telepíti a megfelelő terminálokra vagy HMI-kre. Tisztában van az üzemben lévő összes HMI-vel, és  hozzárendeli a megjelenítendő információkat.  A SCADA rendszereket általában olyan összetett folyamatok automatizálására használják, ahol az emberi irányítás nem praktikus.  Riasztásaik és valós idejű működési nézeteik megakadályozhatják, hogy a kis problémák nagyokká váljanak, és felgyorsíthatják a helyreállítási időt.

A SCADA és a HMI olyan rendszerek, amelyek a PLC-vel együtt működnek. A SCADA-alkalmazások távfelügyeleten keresztül erősítik a vállalkozásokat. Gyakran használják kritikus funkciók vezérlésére, valamint a műveletek zökkenőmentes működését elősegítő és bejövő adatok összegyűjtésére. A HMI rendszer viszont lehet helyi vagy távoli eszköz is. A PLC viszont mindig lokális eszköz. Az elsődleges különbség a PLC  és a SCADA  között az a tény, hogy a PLC hardver, a SCADA pedig szoftver.

Gyakori kérdések

---

Hol használják a HMI-t?

A vonalüzemeltetők, vezetők és felügyelők az iparban a HMI-kre támaszkodnak, hogy az összetett adatokat hasznos információkká alakítsák át. Például HMI-ket használnak a gépek figyelésére, hogy megbizonyosodjanak arról, hogy azok megfelelően működnek.

Mik a HMI képernyők típusai?

A HMI-knek három alapvető típusa van: a nyomógomb-helyettesítő, az adatkezelő és a felügyelő.

Ki használ HMI-t?

A HMI technológiát szinte minden ipari szervezet, valamint egyéb vállalatok használják a gépeikkel való interakcióhoz és ipari folyamataik optimalizálásához. A HMI-t használó iparágak a következők: energia, étel és ital, olaj és gáz, víz és szennyvíz, szállítás, gyártás-újrafeldolgozás. A HMI-kel általában a kezelők, a rendszerintegrátorok és a mérnökök, különösen a vezérlőrendszer-mérnökök állnak közvetlen kapcsolatban. A HMI-k alapvető eszközöket jelentenek ezeknek a szakembereknek, akik a folyamatok áttekintésére és megfigyelésére, a problémák diagnosztizálására és az adatok megjelenítésére használják őket.

Hogyan működik a HMI?

Egy képernyőn keresztül egyszerűen megjelenítik az adatokat, amelyeket nehéz gyorsan és egyszerűen elemezni, csak vizuálisan jelenítik meg a szükséges információkat, gyakran grafikonok, illusztrációk és/vagy fényképek formájában. Ez lehetővé teszi a különböző gépekről, folyamatokról és helyekről származó adatok gyors és egyszerű kiértékelését. HMI lehet például az érintőképernyős gépek, a mobileszköz vagy a riasztó.

Mi a különbség a HMI és a SCADA között?

A HMI-k általában egy berendezésre/gépre vagy munkacellára fókuszálnak. Perspektívájuk a közvetlen területre korlátozódik. Míg a SCADA jellemzően tágabb képet ad a műveletekről. Ez magában foglalhat sok berendezést, teljes üzemet és folyamatot, vagy több munkacellát.

További blog cikkek

• Robotikai trendek és előrejelzések 2023-ra, 2. rész
• myTEM okosotthon és okosiroda rendszer
• Hogyan kell karbantartani egy programozható logikai vezérlőt, egy PLC-t?
• A frekvenciaváltók
• Mi a hiperautomatizálás? Itt az 5. ipari forradalom?
• Robotok az állattenyésztésben 3. rész
• Mit jelent a mezőgazdaság automatizálása?
• IoT technológiák a mezőgazdaságban