مقدمه
با تحول چشمگیر صنعت و جهش آن از سیستم های دستی به اتوماتیک علم جدیدی نیز خود نمایی کرد و پا به عرصه رقابت نهاد. علم مانیتورینگ که به بیان بعضی از مهندسین مکمل و عنصری لاینفک از علم کنترل است.
مانیتورینگ را به علم کنترل نمودن یک پروسه به صورت آنلاین و از راه دور نسبت می دهند همیشه در سیستمهای هوشمند حتما یک سیستم مانیتورینگ جهت چک کردن فرایند پروسه و سلامت کار جهت بالا بردن کیفیت وجود دارد که این امر توسط واسطهایی گرافیکی به نام HMI بر گرفته از اول کلمات Human Machine Interface تحقق پذیر است.
این سیتمها فرایند منطقی کنترل پروسه را به صورت آنلاین و گرافیکی که قابل درک برای کاربر باشد نمایش می دهند و نیز می توانند فرامین کاربر را به پروسه اعمال نمایند.

آشنایی با HMI
HMI یا واسط گرافیکی بین انسان و ماشین همانطور که در شکل 2-1 نشان داده شده وسیله ای است که با آن می توان رخ داد های پروسه و نیز وضعیت خروجی ها / ورودی ها و از همه مهمتر خطاهای سیستم را مشاهده کرد از این رو به این سیستمها مانیتورینگ گفته می شود.

شکل 2-1 : نمایی از واسط های گرافیکی انسان و ماشین

سیستمهای مانیتورینگ غالبا برای نشان دادن و خطایابی سریع تر و رفع نقص مربوطه استفاده می شود. کارخانه جات و یا سیستمهای بزرگ صنعتی مانند نیروگاهها دارای اتاق های کنترل و مانیتورینگ هستند و در آن محل تکنسینهای کار آزموده و مهندسین کنترل به طور شبانه روزی در حال چک کردن خطوط هستند.
واسط های گرافیکی دارای انواع مختلفی می باشد و شرکت های بزرگی همچون زیمنس، ال جی، هیتاچی، دلتا و … به نوعی انواع مختلفی از این سیستمها را پیاده سازی کرده اند.
این واسط ها دارای ابعاد مختلف، پس زمینه های مختلف تمام رنگی و یا تک رنگ، سطح های کاربردی و متنوعی هستند.

کاربرد HMI
امروزه کاربرد HMI در صنایع و فرایند های مختلف صنعتی به وفور به چشم می خورد. در ادامه تعدادی از این کاربردها را بررسی می کنیم:
1) صنایع خودرو سازی: نمایش تعداد سوراخکاریها و یا قطر سوراخ ها محل دقیق جوشکاری و درجه حرارتی که در حال اعمال به پروسه است
2) صنایع قالب گیری: نمایش پر یا خالی بودن مخازن، درجه حرارت محیط و مخزن
3) صنایع غذایی: نمایش و اعمال درجه انجماد یا حرارتی مناسب به مواد، کنترل کامل بسته بندی و تنظیم میزان محتویات داخل بسته
4) صنایع برشکاری: نمایش و کنترل درجه چرخش تیغه برش و میزان فشار اعمالی به قطعه، نمایش میزان سطح برش یا براده برداری شده و …
5) صنعت پتروشیمی: کنترل درجه حرارت مخازن، لوله ها و محیط اجرای فرایند، کنترل فشار داخل مخازن و نمایش میزان ترکیبات اعمالی به فرایند
6) پالایشگاه: مانیتورینگ کلیه مراحل پالایش و درجه حرارت مجاز محیط
7) سیستمهای حمل و نقل: استفاده از HMI و اجرای کلیه دستورات اعمالی به بازوهای حرکتی بجای هندل های دستی

سخت افزار HMI
HMI ها به طور کلی باید دارای موارد زیر باشند:
1) تغذیه
2) صفحه نمایش
3) کلید های دستی یا لمسی
4) پورت های RS232 یا RS485 برای ارتباط با کنترلر
5) پورت ورودی برای اعمال برنامه نوشته شده به خود HMI
کلیه موارد فوق برای یک HMI لازم است و هر شرکت نسبت به تکنولوژی خاص خود می تواند سیستمهای دیگری به این موارد اضافه کند.

ساختار HMI مورد استفاده در پروژه
در این پروژه از HMI های شرکت LG به دلیل ارتباط راحتتر و سرعت با کنترلر مرکزی که PLC است و مربوط به شرکت LG می باشد استفاده شده است. مدل این مانیتور XP30-TTA است که در شکل 2-2 نشان داده شده است.

شکل 2-2 : نمایی از HMI مدل XP30-TTA

این مانیتور دارای مشخصات فنی زیر است:
1) صفحه نمایش 7/5 اینچی تمام لمسی
2) چراغ نشان دهده وضعیت روشن / خاموش بودن دستگاه
3) گیره های نگهدارنده HMI روی رک ها
4) ورودی کارت آپگرید نرم افزار این سیستم
5) تغذیه
6) ورودی USB
7) ورودی ماژول توسعه سیستم
8 ) کلید ریست کردن سخت افزاری
9) پورت RS232 برای گرفتن Back up
10) دیپ سویئچ های تنظیم
11) محل پیچ کردن دستگاه روی سطح
12) پورت RS232
13) پورت RS485
14) پورت اترنت
15) ترمینال FG
نمای فنی کلیه موارد فوق برای این مانیتور در شکل 2-3 نشان داده شده است.

شکل 2-3 : نمای فنی مانیتور XP30-TTA

آشنایی با فضای کلی نرم افزار XP-BUILDER

برای برنامه نویسی HMI های هر شرکت نیاز به نرم افزار به خصوص است که برای مانیتور های خانواده LG از نرم افزار XP-Builder استفاده می کنیم. نمای کلی این نرم افزار در شکل 2-4 نشان داده شده است.

شکل 2-4 : نمای کلی محیط نرم فزار XP-Builder

پس از نصب نرم افزار و باز نمودن آن با صفحه نشان داده شده در شکل 2-5 مواجه می شوید، که برای ساخت یک پروژه جدید باید روی گزینه Create New Project کلیک کنیم تا به صفحه بعد که در شکل 2-6 نمایش داده شده است برویم و اگر پروژه ای را از قبل Save داشتیم باید گزینه Open Project را انتخاب کنیم.

شکل 2-5 : اولین صفحه پس از باز نمودن نرم افزار

شکل 2-6 : صفحه تنظیمات ساخت پروژه جدید

در این صفحه می توان تنظیمات مربوط به مدل HMI، کنترلر موجود در پروژه و نیز نوع آن را مشخص کنید و سپس روی گزینه Finish کلیک می کنیم تا محیط کار مشخص شده در شکل 2-7 برایمان نمایان شود.

شکل 2-7 : محیط برنامه نویسی HMI

در ابتدا طبق شکل های 2-8 و 2-9 با برخی از قسمتهای مورد نیاز و اساسی این محیط آشنا می شویم.

شکل 2-8 معرفی قسمت های مختلف نرم افزار

شکل 2-9 معرفی قسمت های مختلف نرم افزار

حال به سراغ مهمترین قسمت یعنی همان قسمت تنظیمات مربوط به سخت افزار مربوطه می رویم برای دسترسی به این قسمت همان طور که در شکل 2-10 نشان داده شده است از منوی Common گزینه Project Property Setting را انتخاب می کنیم.

شکل 2-10 : ورود به محل تنظیات سخت افزاری

سپس از صفحه باز شده که در شکل 2-11 شان داده شده است می توان نام پروژه، محل ذخیره آن، نام نویسنده، زبان، رمزگزاری و … دسترسی پیدا کنیم.

شکل 2-11 : صفحه تنظیمات خاص از قبیل رمز گزاری و انتخاب زبان سیستم و …

ابتدا باید سرعت انتقال اطلاعات را برای ارتباط بین HMI و PC تنطیم کنیم که برای این کار باید از صفحه Project Property نشان داده شده در شکل 2-11 روی گزینه XGT Panel Setting کلیک کنیم تا بتوانیم طبق شکل 2-12 از قسمت Detail Setting وارد صفحه Serial Setting شویم.

شکل 2-12 : نحوه ورود به صفحه Serial Setting

حال طبق شکل 2-13 از منوی Serial Setting مقدار عددی 38400 نشان داده شده در قسمت Baud Rate را به مقدار 19200 تغییر می دهیم و گزینه OK را می زنیم.

شکل 2-13 تغییر عدد 38400 به 19200

اضافه نمودن / پاک کردن و تغییر نام یک صفحه جدید
برای ساخت یک صفحه جدید قابل برنامه نویسی باید طبق شکل 2-14 روی گزینه Base Screen راست کلیک کرده و از منوی باز شده گزینه Insert را انتخاب کنیم.

شکل 2-14 : ساخت یک صفحه جدید برنامه نویسی

برای پاک کردن و تغییر نام صفحه ایجاد شده روی آن راست کلیک کرده و به ترتیب گزینه های Delete و Rename را انتخاب می کنیم.

تنظیمات صفحه نمایش
برای تغییر در تنظیمات صفحه برنامه نویسی ایجاد شده همانند شکل 2-15 در قسمت وسط صفحه خالی راست کلیک کرده و گزینه Screen Property را انتخاب می کنیم تا به صفحه Screen Property وارد شویم.

شکل 2-15 : نحوه ورود به صفحه تنظیمات پس زمینه

در این صفحه می توانیم شماره صفحه مربوطه و نام آن را مشاهده کنیم و نیز می توانیم رنگ پس زمینه را هم عوض کنیم.
حال به نحوه برنامه نویسی در این محیط می پردازیم. در این محیط برنامه نویسی به صورت گرافیکی انجام می شود و با آدرس دهی به هریک از ورودی ها و خروجی های متناسب با کنترلر می توان یک فرایند را کنترل نمود.

اضافه کردن و آدرس دهی عناصر به عنوان ورودی و خروجی
برای ایجاد ورودی و خروجی ها باید از قسمت Tools bar که پیشتر به آن اشاره شد رفته و نماد گرافیکی عنصر مورد نظر را طبق شکل 2-16 با انتخاب و کشیدن آن در سایز دلخواه روی صفحه آن را در برنامه ثبت کنیم در مرحله بعد پس از اعمال عنصر مورد نظر به برنامه به طور خودکار محیط آدرس دهی به آن عنصر باز می شود. آدرسها به دو صورت در این سیستم اعمال می شوند یا مستقیم آدرس ورودی و خروجی روی PLC هستند و یا به یک خانه از حافظه اشاره می کنند.

شکل 2-16 : انتخاب عنصر لامپ به عنوان یک خروجی

طبق شکل 2-17 ابتدا به نحوه آدرس دهی در این محیط می پردازیم: آدرس ها با علامت % شروع می شوند و برای نشان دادن نوع عنصر به عنوان ورودی، خروجی و یا یک بیت حافظه به ترتیب از علایم I ، Q و M استفاده می کنیم. مثلا %MX2 را به این عنصر مربوط می کنیم، که یعنی بیت دوم حافظه را به این خروجی مربوط کردیم.

شکل 2-17 : مکان آدرس دهی به عنصر

توجه داریم که فرایند فوق مربوط به انتخاب یک لامپ به عنوان خروجی بود حال به انتخاب یک کلید به عنوان ورودی برنامه می پردازیم و در نظر داریم با آدرس دهی به این کلید و ارتباط که همان آدرس لامپ فوق الذکر است آن را در شبیه ساز سیستم توسط همین کلید روشن و خاموش (کنترل) کنیم.
برای انتخاب یک کلید به عنوان ورودی طبق شکل 2-18 از منوی Tools گزینه Bit Switch را انتخاب می کنیم. که دقیقا پس از اعمال آن به برنامه نیاز به آدرس دهی دارد که طبق آنچه گفتیم همان آدرس لامپ موجود در برنامه را به آن اختصاص می دهیم.

شکل 2-18 : انتخاب کلید به عنوان ورودی

همان طور که در شکل 2-19 مشاهده می کنید در این عنصر 4 حالت مختلف نیز وجود دارد که به ترتیب از راست به چپ این کلید می تواند: متغییر، لحظه ای، خاموش کننده و یا روشن کننده باشد.
لازم به ذکر است برخی از کلید ها نیز وجود دارند که صرفا جهت حرکت بین صفحات هستند و بجای آدرس منطقی شماره صفحه می گیرند. دسته دیگری از کلید ها نیز وجود دارند که هر دو کار را با هم انجام می دهند یعنی علاوه بر اعمال یکی از 4 حالت فوق روی آدرس مربوطه می توانند به صفحه دیگری نیز پرش کنند.

شکل 2-19 : نمایش حالات مختلفی که یک عنصر ورودی می تواند به خود بگیرد

لازم به ذکر است که نماد این عنصر هم مانند قبل قابل تغییر است که طبق آنچه بعدا مطالعه می کنیم هم می توان شکلی از نماد های پیش فرض خود نرم افزار استفاده کرد و هم می توان نمادی از پیش طراحی شده به آن عنصر اطلاق نمود.
طبق شکل 2-20 برنامه ساده نوشته شده به شکل زیر در صفحه نمایان می شود.

شکل 2-20 : برنامه ساده نوشته شده در محیط نرم افزار XP-Builder

نحوه تغییر شکل کلید ها
همانطور که در شکل 2-21 نشان داده شده است می توان با انتخاب گزینه Display از صفحه آدرس دهی شکل ظاهری عنصر را هم عوض نمود.

شکل 2-21 : نحوه تغییر شکل عنصر انتخاب شده در برنامه

هانطور که از شکل 2-21 نمایان است در قسمت بالای تصویر عنصر مورد نظر دو گزینه تحت عنوان های ON و OFF نیز وجود دارد که به این معنای هستند که شکل عنصر در حالت خاموش بطور گرافیکی چگونه نشان داده شود و نیز در حالت روشن چگونه باشد.

نحوه ایجاد جدول خطا
برای این کار که تقریبا مهمترین کار و مزیت HMI ها است باید طبق شکل 2-22 ابتدا یک جدول خطا Text Table از منوی سمت چپ محیط برنامه نویسی تولید کنیم. در این جدول به ترتیب از بالا به پایین جاهای خالی را با نوشتن پیغامی که مربوط به ان شماره خطا می شود پر می کنیم.

شکل 2-22 : ایجاد جدول خطا

سپس طبق شکل 2-23 از نوار سمت چپ گزینه History Alarm را انتخاب می کنیم و مراحل زیر را اجرا می کنیم:
1) در صفحه باز شده در قسمت No of Device تعداد خطاها را به عدد وارد می کنیم مثلا 4
2) با این کار طبق شکل 4 جای خالی برایمان ظاهر می شود که باید در هر خط بیت فعال سازی خطا را از منوی باز شده طبق استانداردی که قبلا توضیح دادیم پر کنیم.
3) از قسمت Bit Condition منطق اجرای پیغام را مشخص می کنیم.
4) و از قسمت Text Table Name نام جدولی را که پیشتر ساختیم انتخاب می کنیم.

شکل 2-23 : صفحه History Alarm

نحوه رمز گزاری روی برنامه
رمز گزاری در این نوع سیستم ها دو نوع است: یک نوع رمز گزاری روی کلید است که پس از فشار دادن کلید باید رمز را وارد کنیم تا عمل مورد نظر انجام شود و یک نوع رمز برای خود برنامه اصلی است که برای باز نمودن برنامه ذخیره شده رمز دار باید آنرا وارد کنیم.
رمز گزاری نوع اول: برای این کار همانطور که پیشتر اشاره شد ابتدا باید به قسمت Project Property برویم و از سر تیتر های موجود گزینه Security setting انتخاب می کنیم و طبق شکل 2-24 از سمت راست صفحه باز شده در قسمت Level که شامل 9 سطح یا رمز مختلف است یکی را به دلخواه انتخاب می کنیم، حال در قسمت اصلی صفحه رمز را وارد می کنیم دقت داریم که تعداد کاراکترهای انتخابی برای رمز حداکثر 12 رقم هستند.

شکل 2-24 نحوه رمز گزاری روی یک کلید

حال باید روی کلیدی که می خواهیم رمز دار باشد کلیک کرده و طبق شکل 2-25 در قسمت Extended و زیر منوی Detail گزینه Security Level را علامت زده و سطح رمز گزاری که قبلا تعریف کردیم را برای آن مشخص می کنیم.

شکل 2-25 : نحوه معرفی رمز به کلید مورد نظر

رمز گزاری نوع دوم: در این جا می خواهیم برای خود برنامه رمزی قرار دهیم برای این کار طبق شکل 2-26 از منوی Project گزینه Project Password را انتخاب می کنیم.

شکل 2-26 : نحوه رمز گذاری روی پروژه

حال از صفحه باز شده که در شکل 2-27 نشان داد شده می توان برای پروژه رمز انتخاب کرد.

شکل 2-27 : صفحه انتخاب رمز برای پروژه

نحوه شبیه سازی برنامه
برای این کار هم می توان طبق شکل 2-28 از آیکون مشخص شده در تصویر استفاده کرد.

شکل 2-28 : آیکون شبیه ساز برنامه

و هم می توان طبق شکل 2-29 از منوی Tools گزینه Simulation را انتخاب کنیم.

شکل 2-29 : گزینه Simulation در منوی Tools

نحوه پروگرام کردن HMI
برای این کار نیز مانند شبیه سازی برنامه نیز دو راه وجود دارد اول این که همانند شکل 2-30 روی آیکون مشخص شده کلیک کنیم و یا طبق شکل 2-31 از منوی Communication گزینه Send را انتخاب می کنیم.

شکل 2-30 : آیکون پروگرام کننده HMI

شکل 2-31 : مسیر اصلی پروگرام نمودن HMI

که پس از انتخاب هر یک از این مسیرها برای پروگرام نمودن HMI با صفحه نشان داده شده در شکل 2-32 مواجه می شوید.

شکل 2-32 : صفه ارتباط با سخت افزار

در این قسمت دو نوع ابزار برای دانلود نمودن برنامه وجود دارد یکی استفاده از کابل شبکه LAN و دیگری استفاده از کابل RS232. حال با انتخاب یکی از این مسیر ها به عنوان مثال مسیر کابل RS232 به سر تیتر Download Project می رویم و طبق شکل 2-33 از گزینه Communication Setting سرعت و شماره پورت خروجی COM ای که به HMI متصل است را برای نرم افزار مشخص کنید و گزینه OK را می زنیم.

شکل 2-33 : تنظیمات مربوط به ارتباط سریال با HMI

در شکل 2-34 نحوه تنظیمات مربوط به دانلود نرم افزار توسط کابل LAN را نشان می دهیم.

شکل 2-34 : تنظیمات مربوط به ارتباط با HMI توسط کابل شبکه

تهیه و تنظیم : رحیم برگی ، دانشجوی رشته کنترل و کارشناس امور اتوماسیون

هرگونه کپی برداری از مطلب فوق تنها با ذکر منبع (www.Daneshju.ir) و نام نویسنده (رحیم برگی) مجاز میباشد.