HMI (Human Machine Interface, Человеко-Машинный Интерфейс или ЧМИ) — это система взаимодействия между человеком-оператором и машиной или автоматизированной системой, которая преобразует сложные внутренние данные оборудования в понятные для человека формы и позволяет оператору управлять процессами.
Основное назначение
Основная цель HMI заключается в упрощении взаимодействия операторов и машин. Вместо ручного считывания показаний с циферблатов или переключения физических переключателей операторы получают возможность просматривать цифровые панели приборов, нажимать виртуальные кнопки и получать доступ к диагностике системы через удобные экраны.
HMI охватывает все элементы, которых человек касается, видит, слышит или использует для выполнения функций контроля и управления и получения обратной связи на эти действия.
Структура и компоненты
HMI представляет собой интегрированную систему, состоящую из двух основных компонентов:
Аппаратное обеспечение — физические кнопки, дисплеи, сенсорные панели, ЦПУ и другие электронные компоненты.
Программное обеспечение — платформы, используемые для создания, настройки и запуска пользовательского интерфейса, а также для обработки команд пользователя.
Основные функции HMI
Мониторинг в реальном времени и визуализация информации. HMI собирает необработанные данные с ПЛК (программируемый логический контроллер), датчиков и полевых устройств и преобразует их в интуитивно понятные формы: динамические графики, кривые трендов, информационные панели, цветовую кодировку. Операторы могут централизованно просматривать ключевые параметры — состояние машины, температуру, давление, скорость и оперативно устранять любые отклонения.
Ввод команд и управление операциями. Оператор отправляет команды управления непосредственно в систему с помощью сенсорных элементов управления, виртуальных кнопок, полей ввода данных и других интерактивных элементов для реализации запуска, остановки, переключения режимов, регулировки рабочих параметров оборудования.
Управление сигнализацией и безопасность. HMI отслеживает нештатные ситуации (превышение заданных параметров, отключение или неисправность оборудования) и напоминает оператору о проблеме звуковыми и световыми сигналами тревоги. Система ведет историю всех тревог, поддерживает функции запросов и подтверждений, а также управление правами доступа.
Регистрация данных и анализ отчетов. HMI автоматически и непрерывно регистрирует ключевые параметры, информацию о сигналах тревоги, историю эксплуатации, изменения статуса, формируя полный набор данных для последующего анализа. Система может преобразовать эти данные в формат отчета и распечатать их.
Техническое обслуживание и диагностика системы. HMI оснащен функциями диагностики и определения состояния системы, что позволяет обслуживающему персоналу находить неисправное оборудование, экономит время на обслуживание и обеспечивает стабильную работу оборудования. Система может напоминать обслуживающему персоналу о необходимости проверки в соответствии с циклом техническое обслуживание.
Принцип работы в промышленной автоматизации
HMI играет центральную роль в системах автоматизации, выступая мостом между промышленными операторами и контрольной техникой (ПЛК, датчики, приводы). Процесс взаимодействия выглядит следующим образом:
- Сбор данных — полевые устройства (датчики температуры, манометры, двигатели) генерируют данные в реальном времени.
- Передача сигнала — эти устройства передают информацию в ПЛК или промышленный контроллер.
- Обработка данных — контроллер обрабатывает эти данные и передает их программному обеспечению HMI.
- Визуализация и контроль — HMI отображает информацию графически, позволяя операторам принимать обоснованные меры.
Операторы управляют ПЛК через HMI, ПЛК управляет машиной, машина передает информацию обратно ПЛК, затем обратно в HMI, и, наконец, обратная связь возвращается человеку.
Классификация HMI
Панельные HMI. Их основа — специальное оборудование, укомплектованное дисплеями и ЦПУ с промышленным защищенным исполнением. Корпус устойчив к механическим нагрузкам, вибрациям и длительному воздействию влажной, запыленной среды.
HMI на основе ПК. Допускают возможность тонкой настройки и модернизации. Требуют внимательного выбора устройств, адаптированных к жестким производственным нагрузкам.
Мобильные HMI. Получают все более широкое распространение благодаря развитию беспроводных технологий связи. Контроль осуществляется со смартфонов или планшетных компьютеров в руках операторов.
Преимущества HMI
Повышение эффективности работы оператора. Графические дисплеи, сенсорное управление и индикаторы тревоги позволяют пользователям мгновенно понимать состояние машины, сокращая время обучения благодаря интуитивно понятным интерфейсам.
Мониторинг и контроль в реальном времени. Операторы могут контролировать температуру, давление, поток и многое другое в режиме реального времени, что обеспечивает быстрое время реакции на неисправности.
Улучшенная визуализация данных. Тренды, диаграммы и исторические журналы помогают выявлять закономерности и неэффективность системы, позволяя осуществлять прогностическое обслуживание посредством аналитики данных.
Сокращение времени простоя. Быстрое выявление неисправностей минимизирует простои системы, а интеграция с системами диагностики и сигнализации ускоряет устранение неполадок.
Настройка и масштабируемость. Макеты интерфейса могут быть адаптированы под роль или процесс и могут масштабироваться от простых машин до полноценных заводских операций.
Возможность удаленного доступа. С веб-интерфейсами HMI инженеры могут управлять системами из удаленных мест с поддержкой мобильных устройств, планшетов и облачных платформ.
Применение в различных отраслях
HMI являются важными инструментами в широком спектре промышленных секторов:
- Производство и заводы — управление сборочными линиями, отображение сообщений об ошибках и данных о производительности
- Энергетика и коммунальные услуги — мониторинг параметров систем электростанций, контроль оборудования, реагирование на аварии
- Транспорт и логистика — управление переключением путей, диагностика сигналов, управление автоматизированными системами хранения
- Автоматизация зданий — управление ОВКВ, освещением, безопасностью, лифтовыми системами
- Здравоохранение и фармацевтика — мониторинг медицинского оборудования и производственных процессов
Современные тенденции
Современные HMI проектируются с графическими пользовательскими интерфейсами (GUI), которые напоминают приложения для смартфонов, предлагая конфигурацию перетаскивания, настраиваемые макеты и многоязычную поддержку. По мере развития отраслей HMI-интерфейсы все больше интегрируются с облачными платформами, периферийными вычислениями и технологиями Промышленного Интернета вещей (IIoT), образуя основу интеллектуальных производственных экосистем.