پروژه طراحی hmi را چگونه انجام دهم؟

مقدمه

با گسترش اتوماسیون صنعتی، استفاده از رابط‌های انسان‌ماشین (HMI) به بخش جدایی‌ناپذیر از فرآیندهای کنترلی در کارخانه‌ها و سیستم‌های تولید تبدیل شده است. یکی از پرسش‌هایی که بسیاری از مهندسان، تکنسین‌ها و دانشجویان در حوزه برق و کنترل مطرح می‌کنند این است: پروژه طراحی hmi را چگونه انجام دهم؟ پاسخ به این سؤال نه تنها به دانش فنی نیاز دارد، بلکه به تجربه کار با نرم‌افزارهای مختلف و آشنایی با اصول طراحی گرافیکی نیز وابسته است.

در این مقاله، به زبان ساده اما فنی، گام‌به‌گام مراحل انجام یک پروژه طراحی hmi را توضیح می‌دهیم. همچنین ابزارهای مورد نیاز، اشتباهات رایج و نکات کاربردی را بررسی می‌کنیم تا در پایان، بتوانید با اطمینان یک پروژه hmi را طراحی و پیاده‌سازی کنید.

HMI چیست و چه نقشی در اتوماسیون صنعتی دارد؟

تعریف HMI

HMI یا Human Machine Interface به معنای رابط انسان و ماشین است. این رابط نرم‌افزاری یا سخت‌افزاری به اپراتورها و کاربران اجازه می‌دهد وضعیت دستگاه‌ها، سیستم‌ها و فرآیندها را مشاهده کرده و با آن‌ها تعامل برقرار کنند. اطلاعات در قالب گرافیکی روی صفحه‌نمایش نمایش داده می‌شود و کاربران می‌توانند از طریق لمس صفحه، کلیدها یا ماوس با سیستم ارتباط برقرار کنند.

تفاوت HMI با PLC را اینجا مطالعه کنید.

اهمیت HMI در صنعت

• افزایش سرعت و دقت در نظارت بر فرآیندها
• ساده‌سازی عملیات برای اپراتور
• کاهش خطای انسانی
• قابلیت نمایش آلارم‌ها، گزارش‌ها و داده‌های بلادرنگ (Real-Time)

مراحل اصلی انجام پروژه طراحی HMI

برای اجرای موفق یک پروژه طراحی hmi، باید یک روند منظم و ساخت‌یافته را دنبال کرد. این مراحل به ترتیب زیر هستند:

شناخت نیاز و تعریف اهداف پروژه

قبل از هر چیز باید بدانید که هدف از طراحی این HMI چیست. به عنوان مثال:

• کنترل خط تولید
• نمایش وضعیت سنسورها و موتورهای الکتریکی
• ایجاد آلارم برای شرایط بحرانی
• یا صرفاً مانیتورینگ ساده فرآیند

در این مرحله، مستندسازی نیازهای کاربر (User Requirements Specification) اهمیت زیادی دارد.

طراحی گرافیکی اولیه (Mockup)

طراحی اولیه گرافیکی در قالب یک طرح دستی یا با استفاده از نرم‌افزارهای طراحی انجام می‌شود. در این طرح مشخص می‌شود:

• چه صفحاتی مورد نیاز است؟
• چه المان‌هایی باید نمایش داده شوند؟
• ترتیب دسترسی به صفحات چگونه است؟

این مرحله مانند اسکلت‌بندی پروژه عمل می‌کند و در صورت انجام صحیح، از تغییرات وقت‌گیر در مراحل بعدی جلوگیری می‌کند.

انتخاب نرم‌افزار طراحی HMI

در بخش بعدی مقاله به‌طور مفصل درباره انتخاب نرم‌افزار توضیح داده خواهد شد، اما در این مرحله باید تصمیم بگیرید از چه محیطی برای طراحی HMI استفاده خواهید کرد. این انتخاب معمولاً به برند PLC، پیچیدگی پروژه و تجربه شما بستگی دارد.

تعریف تگ‌ها و ارتباط با PLC

تگ‌ها همان متغیرهایی هستند که بین PLC و HMI رد و بدل می‌شوند. در این مرحله باید بدانید:

• هر تگ چه آدرسی دارد؟
• نوع داده آن چیست؟
• به کدام ورودی/خروجی یا حافظه PLC متصل است؟

تعریف درست تگ‌ها اساس عملکرد صحیح HMI است.

پیاده‌سازی گرافیکی و برنامه‌نویسی صفحات

در این مرحله با استفاده از نرم‌افزار انتخاب‌شده، المان‌های گرافیکی مانند دکمه‌ها، نمودارها، لامپ‌ها و… را در صفحات مختلف طراحی کرده و به تگ‌ها متصل می‌کنید. همچنین باید عملکردهایی مانند:

• تغییر صفحات
• نمایش هشدارها
• فعال‌سازی تجهیزات
• تنظیم مقادیر (Setpoint)

را برنامه‌نویسی کنید.

تست و رفع خطا

قبل از تحویل پروژه، تست نرم‌افزاری و در صورت امکان تست با PLC واقعی باید انجام شود. اشکالات رایج عبارت‌اند از:

• اشتباه در آدرس‌دهی تگ‌ها
• تأخیر در به‌روزرسانی اطلاعات
• مشکلات در نمایش هشدارها یا عملکرد کلیدها

رفع این خطاها، پروژه را پایدار و قابل‌اعتماد می‌کند.

انتخاب نرم‌افزار مناسب برای طراحی HMI

نرم‌افزارهای مختلفی برای طراحی HMI وجود دارند که انتخاب درست آن‌ها می‌تواند فرآیند طراحی را بسیار آسان‌تر و حرفه‌ای‌تر کند. در این بخش برخی از پرکاربردترین نرم‌افزارها را معرفی و مقایسه می‌کنیم.

WinCC (زیمنس)

یکی از محبوب‌ترین نرم‌افزارهای طراحی HMI است که برای پنل‌های سری SIMATIC استفاده می‌شود. این نرم‌افزار برای پروژه‌های متوسط تا پیشرفته بسیار مناسب است و قابلیت‌هایی مانند:

• طراحی صفحات چندزبانه
• نمایش گراف‌های بلادرنگ
• تنظیم آلارم‌های پیشرفته

را در اختیار شما قرار می‌دهد.

FactoryTalk View (Rockwell)

این نرم‌افزار برای طراحی HMI در سیستم‌های Allen Bradley کاربرد دارد و نسخه‌های ME (برای پنل) و SE (برای سیستم‌های سروری) ارائه می‌دهد. مزایای آن شامل:

• رابط کاربری حرفه‌ای
• پشتیبانی از کنترلرهای متنوع
• امکان توسعه با VBA برای پروژه‌های پیچیده

EasyBuilder Pro (Weintek)

نرم‌افزاری سبک و کاربرپسند که برای طراحی HMI پنل‌های Weintek استفاده می‌شود. ویژگی بارز آن، محیط ساده و قابل درک برای تازه‌کارهاست. همچنین از پروتکل‌های زیادی مانند Modbus، Profinet، EtherNet/IP پشتیبانی می‌کند.

HMIWorks

این نرم‌افزار برای پنل‌های ICP DAS مناسب است و بیشتر در محیط‌های تحقیقاتی، آزمایشگاهی یا سیستم‌های کوچک به کار می‌رود. یادگیری آن آسان است اما برای پروژه‌های صنعتی بزرگ مناسب نیست.

مقایسه و پیشنهاد

پیشنهاد: اگر پروژه‌ شما در محیط آموزشی یا سطح مبتدی است، EasyBuilder گزینه خوبی است. برای پروژه‌های صنعتی واقعی، WinCC یا FactoryTalk انتخاب حرفه‌ای‌تری خواهند بود.

اصول طراحی گرافیکی در پروژه HMI

طراحی گرافیکی تنها زیباسازی صفحه نمایش نیست، بلکه یکی از عوامل اصلی موفقیت یا شکست پروژه طراحی hmi محسوب می‌شود. طراحی خوب باید اطلاعات را به ساده‌ترین، دقیق‌ترین و قابل‌فهم‌ترین شکل ممکن به کاربر منتقل کند.

سادگی و خوانایی

• از رنگ‌های زیاد و غیرضروری پرهیز کنید
• فونت‌ها باید خوانا و اندازه آن‌ها متناسب با نوع صفحه باشد
• اطلاعات را در گروه‌های منطقی دسته‌بندی کنید

استفاده از رنگ‌ها و نمادهای استاندارد

• سبز برای وضعیت نرمال
• زرد برای هشدار
• قرمز برای خطا
• استفاده از نمادهای صنعتی (مثل شیر، پمپ، موتور) برای درک سریع وضعیت

چیدمان منظم عناصر

• صفحه را به بخش‌هایی منطقی تقسیم کنید (مثل هدر، پنل کنترل، نمایش مقادیر)
• المان‌های مرتبط را کنار هم قرار دهید
• مسیر حرکت چشم کاربر را در طراحی در نظر بگیرید

نمایش هشدارها و پیام‌های خطا

• آلارم‌ها باید واضح و متمایز باشند
• امکان مشاهده جزئیات خطاها در یک صفحه اختصاصی
• ثبت وقایع در تاریخچه آلارم‌ها برای بررسی‌های بعدی

طراحی صفحات سطح بالا و صفحات جزئی

• یک صفحه نمای کلی برای نمایش وضعیت کل سیستم طراحی کنید
• صفحات جزئی برای کنترل و مانیتورینگ بخش‌های خاص (مثلاً موتور خاص یا تانک مشخص) طراحی شوند
• امکان جابه‌جایی ساده بین صفحات فراهم باشد

نحوه ارتباط HMI با PLC را اینجا بخوانید.

خطاهای رایج در طراحی HMI و راه‌های پیشگیری

در پروژه طراحی hmi، ممکن است خطاهایی رخ دهد که عملکرد کلی سیستم را مختل کند یا باعث نارضایتی اپراتور شود. در ادامه به مهم‌ترین این خطاها و راه‌حل‌های آن‌ها اشاره می‌کنیم:

طراحی شلوغ و غیرشفاف

استفاده بی‌رویه از رنگ‌ها، گرافیک‌های انیمیشنی یا نمایش داده‌های غیرضروری باعث گیج شدن کاربر و کاهش اثربخشی HMI می‌شود. راه‌حل:

• تمرکز روی اطلاعات کلیدی
• استفاده از رنگ‌ها طبق استاندارد
• طراحی مینیمال و تمیز

تأخیر در به‌روزرسانی مقادیر

اگر Refresh Rate بیش از حد بالا باشد یا بار شبکه زیاد باشد، اطلاعات با تأخیر نمایش داده می‌شوند. راه‌حل:

• بررسی تنظیمات Refresh
• بهینه‌سازی تعداد تگ‌های فعال هم‌زمان
• استفاده از صفحات سطح‌بندی شده برای توزیع بار

آدرس‌دهی اشتباه

عدم تطابق بین آدرس‌های تعریف‌شده در HMI و PLC باعث ناپایداری یا نمایش داده‌های اشتباه می‌شود. راه‌حل:

• استفاده از جدول تگ مکتوب یا فایل مشترک بین PLC و HMI
• تست دستی هر تگ قبل از تحویل نهایی

ضعف امنیتی

در پروژه‌هایی که HMI به‌صورت شبکه‌ای استفاده می‌شود، عدم تعیین سطح دسترسی کاربران می‌تواند منجر به خطراتی شود. راه‌حل:

• تعریف چند سطح دسترسی (اپراتور، ناظر، ادمین)
• تعیین رمز عبور برای عملکردهای حساس
• فعال‌سازی لاگ فعالیت کاربران

نکات تکمیلی برای حرفه‌ای شدن در طراحی HMI

فراتر از مهارت فنی در نرم‌افزار، برای تبدیل شدن به یک طراح حرفه‌ای HMI لازم است به اصولی فراتر توجه کنید:

مستندسازی دقیق

تمام تگ‌ها، آدرس‌ها، عملکرد دکمه‌ها، سناریوهای هشدار و ساختار صفحات باید مستند شوند. این کار:

• در پروژه‌های بعدی قابل بازاستفاده است
• برای تیم نگهداری و بروزرسانی بسیار مفید است

نسخه‌سازی (Backup)

همیشه از نسخه‌های مختلف پروژه نسخه پشتیبان تهیه کنید. نام‌گذاری دقیق، درج تاریخ و توضیح تغییرات در هر نسخه اهمیت زیادی دارد.

رعایت اصول امنیتی

در پروژه‌های صنعتی واقعی، جلوگیری از دسترسی غیرمجاز اهمیت زیادی دارد. استفاده از رمز عبور، لاگ ورود کاربران، و جلوگیری از تغییرات بدون احراز هویت از ضروریات امنیتی است.

یادگیری مداوم

فناوری‌های HMI مدام در حال توسعه‌اند. با شرکت در دوره‌های تخصصی، مشاهده پروژه‌های دیگر، و مطالعه مستندات برندهای مختلف، به‌روز بمانید.

نتیجه‌گیری

انجام یک پروژه طراحی hmi موفق، نیازمند ترکیبی از دانش فنی، دقت عملی، مهارت گرافیکی و تجربه میدانی است. از شناخت نیاز کاربر تا انتخاب نرم‌افزار، از طراحی گرافیکی تا ارتباط با PLC و از رفع خطاها تا مستندسازی، هر مرحله نقش حیاتی در کیفیت نهایی پروژه ایفا می‌کند.

با رعایت اصول مطرح‌شده در این مقاله، شما می‌توانید پروژه‌های HMI ساده و حتی حرفه‌ای را با اطمینان بیشتری انجام دهید. پیشنهاد می‌شود با پروژه‌های کوچک‌تر شروع کنید، تجربه کسب کرده و به‌تدریج سراغ طراحی سیستم‌های پیچیده‌تر بروید. تمرین، مطالعه و بازخورد از پروژه‌های قبلی بهترین معلم در این مسیر خواهد بود.