تفاوت PLC و HMI چیست؟ هر یک کجا استفاده می‌شود؟

مقدمه

در دنیای امروز که فرآیندهای صنعتی به سمت هوشمندسازی و خودکارسازی پیش می‌روند، نقش تجهیزات کنترلی و فهم تفاوت آنها مانند PLC و HMI بیش از پیش اهمیت پیدا کرده است. این دو ابزار پرکاربرد، تقریباً در تمام سیستم‌های اتوماسیون صنعتی حضور دارند و مکمل یکدیگرند.

اما بسیاری از کاربران تازه‌کار یا حتی تکنسین‌های نیمه‌حرفه‌ای با تفاوت‌های این دو تجهیز، نحوه عملکرد، جایگاه آن‌ها در سیستم کنترلی و کاربرد دقیق‌شان آشنا نیستند. ممکن است این سؤال برایتان پیش بیاید که PLC و HMI دقیقاً چه تفاوتی دارند؟ یا اینکه آیا می‌توان از یکی بدون دیگری استفاده کرد؟

در این مقاله، به‌صورت جامع و کاربردی به تفاوت PLC و HMI، نقش هر یک در سیستم‌های اتوماسیون، نحوه ارتباط آن‌ها، مثال‌های واقعی و نکات مهم در انتخاب و استفاده از این تجهیزات خواهیم پرداخت. اگر شما هم به دنبال درک عمیق‌تر این موضوع هستید، با ما همراه باشید.

PLC چیست؟

PLC یا Programmable Logic Controller نوعی کنترلر صنعتی قابل برنامه‌ریزی است که وظیفه‌اش دریافت ورودی‌ها، پردازش منطقی اطلاعات، و صدور فرمان خروجی برای اجرای یک فرآیند صنعتی است. این تجهیز، در واقع مغز سیستم کنترلی محسوب می‌شود.

اجزای اصلی PLC

• واحد پردازش مرکزی (CPU): جایی که برنامه کنترل اجرا می‌شود
• ماژول‌های ورودی/خروجی (I/O): برای دریافت سیگنال از سنسورها و ارسال فرمان به عملگرها
• منبع تغذیه: تأمین ولتاژ مورد نیاز
• پورت‌های ارتباطی: برای اتصال به HMI، درایو، سایر PLCها و کامپیوتر

نحوه برنامه‌نویسی PLC

PLCها از زبان‌های استانداردی مانند Ladder Diagram (LD)، Function Block Diagram (FBD)، و Structured Text (ST) پشتیبانی می‌کنند. نرم‌افزارهای اختصاصی هر برند برای برنامه‌ریزی استفاده می‌شود؛ مثل WPLSoft برای دلتا یا TIA Portal برای زیمنس.

برندهای رایج PLC

• Siemens (زیمنس): قدرتمند، پیشرفته، مناسب پروژه‌های بزرگ
• Delta (دلتا): اقتصادی، پرکاربرد در پروژه‌های متوسط
• Omron، Schneider، Allen-Bradley: برندهای معتبر دیگر با کاربردهای خاص

کاربردهای PLC

• کنترل خطوط تولید
• سیستم‌های حمل‌ونقل (مانند نوار نقاله)
• سیستم‌های سرمایش و گرمایش هوشمند
• کنترل سطح مخازن، دما، فشار و…

✅ به‌طور خلاصه: PLC مغز تحلیلگر و تصمیم‌گیرنده سیستم است. بدون آن، هیچ دستور منطقی یا خودکاری اجرا نمی‌شود.

HMI چیست؟

HMI یا Human Machine Interface به‌معنای رابط انسان و ماشین است. همان‌طور که از نامش پیداست، HMI ابزاری است که به اپراتور اجازه می‌دهد با سیستم کنترلی (معمولاً PLC) تعامل داشته باشد. این تعامل می‌تواند شامل نمایش اطلاعات، دریافت فرمان، یا مانیتورینگ و تنظیم مقادیر باشد.

وظایف اصلی HMI

• نمایش مقدار سنسورها و پارامترها (مانند دما، فشار، سطح)
• اعلان خطاها و هشدارها
• امکان تنظیم دستی مقادیر مانند Setpoint
• نمایش وضعیت عملکرد سیستم به‌صورت گرافیکی

انواع HMI

• متنی (Text-based): ساده و ارزان، بدون گرافیک
• گرافیکی لمسی (Touch Panel): رایج‌ترین نوع، با صفحه نمایش رنگی
• HMIهای صنعتی با صفحه بزرگ: برای پروژه‌های بزرگ و چند اپراتور

نرم‌افزارهای طراحی HMI

• DOPSoft (برای دلتا)
• WinCC (برای زیمنس)
• EasyBuilder (برای Weintek)
  در این نرم‌افزارها، صفحات گرافیکی طراحی می‌شود و هر عنصر (مثل دکمه یا عدد) به یک آدرس رجیستر در PLC متصل می‌شود.

اتصال HMI به PLC

ارتباط HMI با PLC از طریق پروتکل‌هایی مانند Modbus RTU، Modbus TCP، Profibus، Ethernet/IP یا حتی RS232 برقرار می‌شود. هر HMI معمولاً فقط نقش نمایشگر و رابط دارد و پردازشی روی منطق کنترل انجام نمی‌دهد.

✅ به‌طور خلاصه: HMI چشم و دست اپراتور است. بدون آن، کاربر نمی‌تواند سیستم را ببیند یا با آن ارتباط برقرار کند.

تفاوت PLC و HMI به زبان ساده

در بسیاری از آموزش‌ها و کلاس‌ها از عبارت «PLC مغز سیستم و HMI صورت آن است» استفاده می‌شود. اما برای درک بهتر، تفاوت این دو تجهیز را با یک جدول ساده و توضیح تکمیلی بیان می‌کنیم:

یک مثال ساده:

فرض کنید در یک گلخانه صنعتی، دمای محیط باید بین ۲۰ تا ۲۵ درجه نگه داشته شود:

• PLC: دمای محیط را از طریق سنسور دریافت می‌کند. اگر دما پایین‌تر از ۲۰ بود، بخاری را روشن و اگر بالاتر از ۲۵ بود، فن تهویه را روشن می‌کند.
• HMI: به اپراتور دمای فعلی را نشان می‌دهد، امکان تنظیم دمای دلخواه را فراهم می‌کند، و هشدارها (مثل خطای سنسور) را نمایش می‌دهد.

✅ بنابراین: PLC مغز تصمیم‌گیرنده است، و HMI ابزار تعامل انسان با آن تصمیم‌هاست.

چرا به هر دو نیاز داریم؟

ممکن است این پرسش پیش بیاید که آیا با این تفاوت می‌توان فقط از PLC یا فقط از HMI استفاده کرد؟ و پاسخ این است: برای داشتن یک سیستم کنترلی کارآمد، به هر دو نیاز دارید.

PLC بدون HMI = مغز بدون رابط

اگر تنها از PLC استفاده شود، منطق کنترلی اجرا می‌شود، ولی اپراتور نمی‌تواند پارامترها را ببیند، تغییری در مقادیر بدهد یا وضعیت لحظه‌ای را مانیتور کند. برای هر تغییری باید لپ‌تاپ متصل کرد، برنامه را تغییر داد و دوباره آپلود کرد که زمان‌بر و پرریسک است.

HMI بدون PLC = نمایشگر بدون فرمانده

اگر فقط HMI داشته باشیم، این رابط هیچ «تصمیم‌گیری» انجام نمی‌دهد. HMI فقط داده‌ها را نشان می‌دهد یا فرمان‌های کاربر را به PLC منتقل می‌کند. بدون وجود مغز مرکزی مثل PLC، HMI تنها یک صفحه لمسی خالی است.

مثال عملی:

در یک سیستم کنترل دمای گلخانه:

• PLC وظیفه دارد دما را اندازه‌گیری کرده و بر اساس آن بخاری یا فن را روشن کند.
• HMI به اپراتور امکان مشاهده دمای فعلی، تنظیم بازه دما، و دریافت هشدار را می‌دهد.

بدون HMI، اپراتور نمی‌داند چه اتفاقی در سیستم افتاده.
بدون PLC، هیچ اقدامی بر اساس داده‌ها انجام نمی‌شود.

✅ به همین دلیل در اغلب پروژه‌ها، ترکیب این دو به‌عنوان «کنترل + مانیتورینگ» استفاده می‌شود.

نحوه ارتباط بین PLC و HMI

برای اینکه HMI بتواند اطلاعات را از PLC بخواند و فرمان‌ها را به آن بفرستد، باید یک ارتباط شبکه‌ای یا سریال بین آن‌ها برقرار شود. این ارتباط با استفاده از پروتکل‌های صنعتی و از طریق پورت‌های استاندارد انجام می‌شود.

پروتکل‌های رایج

• Modbus RTU: ارتباط سریال از طریق RS485 یا RS232 (در اغلب پروژه‌های دلتا و ارزان‌قیمت)
• Modbus TCP: ارتباط شبکه‌ای از طریق Ethernet (در پروژه‌های سریع‌تر و حرفه‌ای)
• Profibus / Ethernet/IP: در برندهای پیشرفته‌تر مانند Siemens و Allen-Bradley

پورت‌های ارتباطی رایج

نحوه تنظیم نرم‌افزاری

1. در PLC:
   • تنظیم Slave ID، Baudrate، Parity، و پورت ارتباطی
   • استفاده از رجیسترهای D، M یا T برای تبادل داده
2. در HMI:
   • انتخاب نوع PLC و پروتکل
   • تعیین تنظیمات ارتباطی دقیق (همانند PLC)
   • اتصال عناصر گرافیکی به آدرس‌های رجیستر PLC

مثال ساده:

فرض کنید HMI قرار است مقدار دمای ذخیره‌شده در رجیستر D100 را نمایش دهد و کاربر بتواند مقدار تنظیم‌شده را در D200 وارد کند:

• نمایش عددی (Numeric Display): آدرس = D100
• ورودی عددی (Numeric Input): آدرس = D200

✅ نتیجه: با چند تنظیم ساده، ارتباط بین PLC و HMI برقرار شده و سیستم به‌صورت یکپارچه کنترل و مانیتور می‌شود.

مثال‌های کاربردی استفاده از PLC و HMI

ترکیب PLC و HMI در صنایع مختلف به‌صورت گسترده استفاده می‌شود. این دو تجهیز مکمل یکدیگرند و در بسیاری از فرآیندهای صنعتی، حضور همزمان آن‌ها باعث افزایش بهره‌وری، ایمنی و کنترل‌پذیری سیستم می‌شود.

صنایع غذایی و بسته‌بندی

• PLC دمای تونل حرارتی را کنترل می‌کند، موتورهای نوار نقاله را روشن و خاموش می‌کند، سنسورهای محصول را چک می‌کند.
• HMI به اپراتور اجازه می‌دهد دمای مورد نظر را تنظیم کند، سرعت موتور را تغییر دهد و آلارم‌های خطا را مشاهده کند.

سیستم‌های تهویه و HVAC

• PLC عملکرد فن، بخاری، رطوبت‌زن و سنسورها را هماهنگ می‌کند.
• HMI وضعیت اتاق‌ها، دما و رطوبت را نمایش می‌دهد و امکان تعریف Set Point برای هر ناحیه را فراهم می‌کند.

خطوط مونتاژ در کارخانه‌ها

• PLC ترتیب اجرای عملیات، توقف در مواقع خطر، کنترل سنسورها و عملگرها را انجام می‌دهد.
• HMI تعداد قطعات مونتاژشده، وضعیت ایستگاه‌ها، و گزینه‌های توقف اضطراری را در اختیار کاربر قرار می‌دهد.

آسانسورها

• PLC تصمیم‌گیری منطقی برای توقف در طبقات، باز و بسته شدن درب‌ها و مدیریت سنسورهای ایمنی را انجام می‌دهد.
• HMI به تعمیرکار امکان مشاهده خطاها، وضعیت فعلی آسانسور و انجام تست‌های دستی را می‌دهد.

سیستم‌های گلخانه‌ای

• PLC دما، نور، آبیاری و تهویه را به‌صورت خودکار تنظیم می‌کند.
• HMI به کاربر اجازه می‌دهد تمام پارامترها را مشاهده، تنظیم یا گزارش‌گیری کند.

✅ همان‌طور که می‌بینی، PLC و HMI در کنار هم سیستم را هوشمند، قابل کنترل و پایدار می‌کنند.

آیا می‌توان از یکی بدون دیگری استفاده کرد؟

این یکی از سؤالات متداول در دوره‌های آموزشی است. در پاسخ باید گفت: از نظر فنی، بله — ولی در عمل، تقریباً همیشه به هر دو نیاز دارید.

استفاده فقط از PLC

در پروژه‌هایی که ورودی و خروجی‌ها مشخص هستند و نیازی به تعامل انسانی وجود ندارد، می‌توان فقط از PLC استفاده کرد. مثل:

• کنترل یک چراغ راهنما ساده
• اتوماسیون نوار نقاله بدون نیاز به تغییر تنظیمات

اما حتی در این موارد هم اگر نیاز به عیب‌یابی یا مانیتورینگ باشد، عدم وجود HMI باعث دردسر خواهد شد.

استفاده فقط از HMI

امکان‌پذیر نیست. HMI بدون PLC هیچ‌گونه تصمیم‌گیری یا کنترل منطقی انجام نمی‌دهد. HMI تنها رابطی برای مشاهده یا وارد کردن اطلاعات است و نیاز دارد که به کنترلری مانند PLC متصل باشد.

جایگزین‌های خاص

در برخی موارد، نرم‌افزارهای SCADA یا سیستم‌های PC-Based Control می‌توانند جایگزین HMI یا PLC باشند، اما پیچیده‌تر و گران‌تر هستند.

✅ نتیجه نهایی:

• PLC = مغز تحلیلگر و فرمان‌دهنده
• HMI = چشم و دست اپراتور
• استفاده از هر دو در کنار هم، راه‌حلی کامل و پایدار برای اکثر سیستم‌های اتوماسیون است.

نکاتی در خرید و انتخاب PLC و HMI

انتخاب صحیح PLC و HMI نقش مهمی در موفقیت پروژه‌های اتوماسیون صنعتی دارد. انتخاب اشتباه ممکن است باعث محدودیت در توسعه سیستم، افزایش هزینه‌های نگهداری یا حتی توقف خط تولید شود. در ادامه، مهم‌ترین نکاتی که باید در خرید این تجهیزات در نظر بگیرید را مرور می‌کنیم:

۱. میزان ورودی/خروجی مورد نیاز

در PLC باید مشخص کنید چه تعداد سیگنال ورودی دیجیتال، آنالوگ، خروجی و ماژول ارتباطی نیاز دارید. در صورت نیاز به توسعه در آینده، مدل‌های ماژولار یا قابل گسترش انتخاب کنید.

۲. نوع و سطح پروژه

برای پروژه‌های ساده (مثلاً کنترل پمپ) می‌توان از مدل‌های اقتصادی مانند دلتا DVP استفاده کرد. اما برای پروژه‌های بزرگ و حساس (مثلاً کارخانه سیمان یا خطوط خودروسازی)، برندهای پیشرفته مانند زیمنس یا Omron با قابلیت‌های بیشتر مناسب هستند.

۳. زبان برنامه‌نویسی و نرم‌افزار

• آیا مهندسین تیم با نرم‌افزار مربوطه (مثلاً WPLSoft، TIA Portal، DOPSoft) آشنا هستند؟
• آیا مستندات و منابع آموزشی برند مورد نظر به‌راحتی در دسترس است؟

۴. قابلیت‌های ارتباطی

بررسی کنید که PLC و HMI از پروتکل‌های مورد نیاز پروژه (Modbus RTU، TCP، Ethernet/IP، Profibus) پشتیبانی می‌کنند یا خیر.

۵. برند و خدمات پس از فروش

ترجیحاً از برندهایی استفاده کنید که در بازار ایران شناخته‌شده هستند، نمایندگی رسمی دارند و قطعات یدکی آن‌ها به‌راحتی قابل تهیه است.

۶. تطابق بین PLC و HMI

اگر از برندهای مختلف استفاده می‌کنید، مطمئن شوید که پروتکل ارتباطی سازگار و قابل تنظیم دارند. در غیر این‌صورت، ممکن است به مشکل بخورید.

جمع‌بندی

در این مقاله با تفاوت دو مفهوم کلیدی دنیای اتوماسیون صنعتی، یعنی PLC و HMI آشنا شدیم. PLC به‌عنوان مغز سیستم، وظیفه اجرای منطق و کنترل تجهیزات را دارد. در مقابل، HMI رابط انسان با ماشین است که امکان مشاهده وضعیت سیستم، تغییر پارامترها و دریافت هشدار را فراهم می‌کند.

خلاصه تفاوت‌ها:

ما دیدیم که استفاده از هر یک به‌تنهایی محدودکننده است، و ترکیب این دو ابزار، سیستم کنترل صنعتی را کامل، حرفه‌ای و قابل توسعه می‌سازد.

✅ پیشنهاد نهایی: اگر در حال طراحی یا اجرای پروژه‌ای هستید، با بررسی دقیق نیازها، تعداد I/O، شرایط محیطی، قابلیت توسعه و سطح مهارت تیم، بهترین ترکیب از PLC و HMI را انتخاب کنید. مشاوره گرفتن از متخصصان و تست آزمایشی قبل از خرید نهایی، می‌تواند خیال شما را راحت کند.