تفاوت PLC و HMI چیست؟ راهنمای کامل برای درک نقش، عملکرد و همکاری مغز (PLC) و چهره (HMI) اتوماسیون صنعتی.
مقدمه
در دنیای پیشرفته اتوماسیون صنعتی، دو مخفف تقریبا همیشه با هم شنیده میشوند: PLC و HMI. برای افراد تازه کار، دانشجویان یا حتی مدیرانی که به تازگی با فرآیندهای اتوماتیک سر و کار پیدا کرده اند، این دو اصطلاح اغلب گیج کننده هستند. آیا آنها یکسان هستند؟ آیا میتوان یکی را به جای دیگری استفاده کرد؟ کدام یک در واقع “کنترل” را انجام میدهد؟ این سردرگمی، یک چالش رایج است که میتواند منجر به تصمیمات اشتباه در طراحی و خرید تجهیزات شود. درک عمیق تفاوت PLC و HMI، سنگ بنای درک کامل یک سیستم اتوماسیون مدرن است.
واقعیت این است که PLC و HMI نه تنها یکسان نیستند، بلکه دو وظیفه کاملا مجزا و در عین حال مکمل را در یک ارکستر صنعتی اجرا میکنند. یکی “مغز” متفکر و پنهان سیستم است و دیگری “چهره” و رابط کاربری آن. شرکت مبین نیرو رای، به عنوان تامین کننده تخصصی تجهیزات برق صنعتی و اتوماسیون، و نماینده رسمی برند جهانی TECO در ایران، در این مقاله جامع، یک بار برای همیشه این دو مفهوم را به صورت شفاف و فنی از یکدیگر تفکیک میکند.
تفاوت PLC و HMI در یک جمله خلاصه میشود: PLC مغز سیستم است، در حالی که HMI چهره آن است.
PLC (Programmable Logic Controller) یا کنترل گر منطقی برنامه پذیر، یک کامپیوتر صنعتی فوق العاده مقاوم است که وظیفه آن اجرای منطق کنترل است. PLC ورودی ها را از سنسورها میخواند، یک برنامه (مانند منطق نردبانی) را اجرا میکند و بر اساس آن برنامه، به خروجی ها (مانند موتورها، شیرهای برقی و اینورترها) فرمان میدهد. PLC در تابلو برق پنهان است و کار اصلی را انجام میدهد.
HMI (Human Machine Interface) یا رابط انسان و ماشین، یک نمایشگر گرافیکی (معمولا لمسی) است که وظیفه آن ایجاد ارتباط بین اپراتور انسانی و PLC است. HMI به اپراتور اجازه میدهد تا فرآیند را ببیند (مانیتورینگ)، پارامترها را تنظیم کند (مانند وارد کردن دما یا سرعت) و فرمان ها را صادر کند (مانند دکمه استارت).
HMI هرگز به تنهایی یک فرآیند را کنترل نمیکند؛ HMI فقط یک “رابط” یا “پنجره” برای مشاهده و گفتگو با PLC است. PLC میتواند بدون HMI کار کند (هرچند کنترل آن سخت خواهد بود)، اما HMI بدون PLC (یا یک کنترلر دیگر) عملا یک نمایشگر بی استفاده است. این دو، شرکای جدایی ناپذیر در یک سیستم اتوماسیون هستند.
تفاوت plc و hmi
تشریح کامل PLC: مغز متفکر اتوماسیون (PLC چيست؟)
برای درک عمیق تفاوت PLC و HMI، باید ابتدا هر جزء را به تنهایی بشکافیم. PLC بدون شک، حیاتی ترین بخش هر سیستم اتوماسیون مدرن است.
تعریف فنی PLC (Programmable Logic Controller)
همانطور که از نامش پیداست، PLC یک “کنترل گر منطقی برنامه پذیر” است. این یک کامپیوتر دیجیتال است که به طور خاص برای کار در محیط های خشن صنعتی (Harsh Environments) طراحی شده است. این به این معناست که PLC در برابر نویز الکتریکی، لرزش، رطوبت و دماهای متغیر بسیار مقاوم تر از یک کامپیوتر خانگی (PC) است.
قبل از PLC، منطق کنترل فرآیندها (مثلا راه اندازی یک موتور به صورت ستاره-مثلث) توسط صدها رله فیزیکی، تایمر و کنتاکتور انجام میشد که با کیلومترها سیم به هم متصل بودند. این سیستم ها حجیم، پرهزینه، غیرقابل انعطاف و عیب یابی آنها یک کابوس بود. PLC آمد و تمام این منطق های سخت افزاری را به یک برنامه نرم افزاری تبدیل کرد.
وظایف اصلی و چرخه اسکن (Scan Cycle)
PLC فقط یک کار انجام میدهد، اما این کار را هزاران بار در ثانیه و با اطمینان مطلق تکرار میکند. این فرآیند تکراری، “چرخه اسکن” (Scan Cycle) نام دارد:
خواندن ورودی ها (Read Inputs): PLC وضعیت تمام سنسورها، شستی ها و ورودی های آنالوگ متصل به خود را چک میکند و یک عکس فوری (Snapshot) از آنها در حافظه خود ذخیره میکند.
اجرای برنامه (Execute Program): CPU برنامه منطقی (مثلا برنامه Ladder Logic) که شما نوشته اید را خط به خط، از بالا به پایین اجرا میکند. این برنامه بر اساس ورودی هایی که در مرحله 1 خوانده بود، تصمیم میگیرد که خروجی ها باید چه وضعیتی داشته باشند.
نوشتن خروجی ها (Write Outputs): PLC نتایج محاسبات خود را به ماژول های خروجی ارسال میکند و به بوبینکنتاکتورها، شیرهای برقی یا ورودی فرماناینورترها فرمان میدهد.
ارتباطات و خدمات (Housekeeping): PLC وظایف داخلی مانند ارتباط با دستگاه های دیگر (مانند HMI) یا عیب یابی داخلی را انجام میدهد.
این چرخه کامل، ممکن است فقط 1 تا 20 میلی ثانیه (هزارم ثانیه) طول بکشد و سپس بلافاصله تکرار میشود. این سرعت و قطعیت (Determinism) است که کنترل در زمان واقعی (Real-time Control) را ممکن میسازد.
اجزای سخت افزاری PLC
یک PLC ماژولار معمولا از اجزای زیر تشکیل شده که روی یک رک (Rack) یا ریل (DIN Rail) نصب میشوند:
منبع تغذیه (Power Supply – PS): برق 220 ولت AC یا 24 ولت DC تابلو را به ولتاژهای مورد نیاز CPU و ماژول ها تبدیل میکند.
CPU (Central Processing Unit): مغز واقعی که برنامه را ذخیره و اجرا میکند.
ماژول های ورودی (Input Modules):
Digital Input (DI): برای خواندن سیگنال های دو وضعیتی (0 یا 1) مانند سنسورها یاپوش باتن های اشنایدر الکتریک.
Analog Input (AI): برای خواندن سیگنال های پیوسته (مانند 4-20mA) از سنسورهای دما، فشار یا سطح.
ماژول های خروجی (Output Modules):
Digital Output (DO): برای ارسال فرمان های دو وضعیتی (On/Off) به رله ها، بوبین کنتاکتورها یا چراغ های سیگنال.
Analog Output (AO): برای ارسال سیگنال های پیوسته (مانند 0-10V) به تجهیزاتی مانند اینورترها (برای تنظیم سرعت) یا شیرهای کنترلی (برای تنظیم دبی).
تشریح کامل HMI: پنجره ای رو به فرآیند (HMI چيست؟)
اکنون به سراغ جزء دوم میرویم: HMI. اگر PLC مغز پنهان در تابلو برق است، HMI چهره زیبا و قابل دسترسی سیستم است که روی درب تابلو یا کنار دستگاه نصب میشود.
تعریف فنی HMI (Human Machine Interface)
HMI یا “رابط انسان و ماشین”، یک دستگاه (معمولا یک پنل با نمایشگر) است که داده های پیچیده و صفر و یک های دنیای PLC را به اطلاعات قابل فهم و گرافیکی برای یک اپراتور انسانی ترجمه میکند. HMI به انسان اجازه میدهد تا با ماشین “صحبت” کند.
در گذشته، HMI ها شامل ده ها دکمه، چراغ سیگنال و نمایشگر عددی مجزا بودند که فضای زیادی را اشغال میکردند. امروزه، HMI های مدرن، پنل های لمسی (Touch Panels) هستند که تمام این اجزا را به صورت گرافیکی و نرم افزاری شبیه سازی میکنند.
وظایف اصلی HMI
HMI به خودی خود هیچ منطقی را اجرا نمیکند، بلکه یک “مترجم” و “رابط” است. وظایف اصلی آن عبارتند از:
تصویرسازی (Visualization): نمایش گرافیکی فرآیند. اپراتور میتواند به صورت زنده ببیند که کدام موتور در حال کار است، دمای مخزن چقدر است یا سطح سیلو چقدر پر شده است.
کنترل (Control): فراهم کردن دکمه های نرم افزاری (مانند استارت، استاپ، ریست) و اسلایدرها یا فیلدهای عددی برای وارد کردن تنظیمات (Setpoints). اپراتور روی HMI دکمه “استارت” را فشار میدهد، HMI این فرمان را به PLC میفرستد، و PLC موتور را روشن میکند.
مدیریت آلارم (Alarm Management): نمایش خطاها و هشدارهای دریافتی از PLC. اگر PLC تشخیص دهد که یککلید حرارتی قطع کرده، این خطا فورا روی صفحه HMI نمایش داده میشود.
ثبت داده (Data Logging): برخی HMI های پیشرفته میتوانند داده های فرآیند (مانند دما در طول 24 ساعت گذشته) را ثبت و به صورت نمودار (Trend) نمایش دهند.
HMI چگونه به PLC متصل میشود؟ (پروتکل ها)
HMI مستقیما به پورت ارتباطی (Communication Port) PLC متصل میشود. این دو دستگاه باید به یک زبان مشترک صحبت کنند که به آن “پروتکل” (Protocol) گفته میشود. رایج ترین پروتکل ها عبارتند از:
Modbus (RTU/TCP): یک پروتکل بسیار رایج، ساده و باز که تقریبا تمام PLC ها و HMI ها (و همچنین اینورترهایی مانند اینورترهای TECO) از آن پشتیبانی میکنند.
Profinet / Profibus: پروتکل های رایج در تجهیزات زیمنس.
EtherNet/IP: پروتکل رایج در تجهیزات آلن بردلی (راک ول).
تفاوت plc و hmi
تحلیل تفاوت PLC و HMI: چرا این دو با هم اشتباه گرفته میشوند؟
سردرگمی اصلی از آنجا ناشی میشود که هر دو دستگاه “کامپیوتر” هستند، هر دو “برنامه ریزی” میشوند و هر دو در تابلو برق یافت میشوند. اما کارکرد آنها از زمین تا آسمان متفاوت است.
تفاوت در عملکرد (مغز در برابر چهره)
PLC (مغز): وظیفه آن “تصمیم گیری” و “کنترل در زمان واقعی” است. PLC با میلی ثانیه ها سر و کار دارد. اگر PLC برای یک لحظه متوقف شود، کل فرآیند تولید متوقف میشود. PLC اهمیتی نمیدهد که فرآیند چگونه به نظر میرسد، فقط آن را اجرا میکند.
HMI (چهره): وظیفه آن “ارتباط” و “نمایش” است. HMI با ثانیه ها و واکنش انسان سر و کار دارد. اگر HMI برای چند ثانیه هنگ کند، فرآیند (که توسط PLC کنترل میشود) به کار خود ادامه میدهد. HMI هیچ تصمیم منطقی مستقلی نمیگیرد.
تفاوت در سخت افزار (مقاومت صنعتی در برابر نمایشگر)
PLC: سخت افزار آن برای قابلیت اطمینان (Reliability) مطلق طراحی شده است. فاقد هرگونه قطعه متحرک (مانند فن یا هارد دیسک) است. سیستم عامل آن یک سیستم عامل بلادرنگ (RTOS) است، نه ویندوز.
HMI: سخت افزار آن برای نمایش (Display) و تعامل (Interaction) طراحی شده است. تمرکز بر کیفیت صفحه نمایش لمسی، رزولوشن و قدرت گرافیکی است. سیستم عامل آن اغلب مبتنی بر ویندوز (Windows CE) یا لینوکس است.
تفاوت در نرم افزار (منطق کنترل در برابر طراحی گرافیکی)
برنامه نویسی PLC: شما با نرم افزاری مانند TIA Portal (زیمنس) یا Auto-Strong (برای PLC های TECO) سر و کار دارید. شما در حال نوشتن “منطق” هستید (مثلا: “اگر ورودی 1 و ورودی 2 روشن هستند، خروجی 1 را روشن کن”).
برنامه نویسی HMI: شما با نرم افزاری مانند WinCC (زیمنس) یا TPEditor (برای HMI های TECO) سر و کار دارید. شما در حال “طراحی گرافیکی” هستید (مثلا: “یک دکمه قرمز اینجا بگذار و آن را به متغیر M0.1 از PLC وصل کن”).
جدول مقایسه جامع PLC و HMI
ویژگی
PLC (کنترل گر منطقی برنامه پذیر)
HMI (رابط انسان و ماشین)
نقش اصلی
مغز سیستم (تصمیم گیری)
چهره سیستم (نمایش و ورودی)
وظیفه اصلی
اجرای منطق کنترل، خواندن سنسورها، فرمان به عملگرها
تصویرسازی (Visualization)، دریافت فرمان از اپراتور
کاربر اصلی
مهندس کنترل، برنامه نویس
اپراتور خط تولید، تعمیرکار
نرم افزار
برنامه نویسی منطقی (مانند Ladder Logic)
طراحی گرافیکی (Graphic Design)
سخت افزار
CPU صنعتی، ماژول های I/O مقاوم، بدون نمایشگر
صفحه نمایش لمسی، پورت های ارتباطی
محل نصب
داخل تابلو برق (پنهان)
روی درب تابلو برق (قابل مشاهده)
سیستم عامل
بلادرنگ (Real-time OS)
مبتنی بر ویندوز یا لینوکس
آیا بدون دیگری کار میکند؟
بله، میتواند یک فرآیند را بدون HMI کنترل کند.
خیر، بدون یک کنترلر (مانند PLC) یک نمایشگر بی فایده است.
تفاوت plc و hmi
همکاری PLC و HMI: داستان یک تیم کامل در اتوماسیون صنعتی
برای درک کامل تفاوت PLC و HMI، هیچ چیز بهتر از دیدن آنها در یک سناریوی واقعی نیست. این دو شریک جدایی ناپذیر هستند.
سناریوی 1: یک نوار نقاله ساده
هدف: روشن و خاموش کردن یک نوار نقاله از راه دور.
اپراتور (HMI): اپراتور روی صفحه لمسی HMI، دکمه گرافیکی “START” را فشار میدهد.
HMI به PLC: HMI یک بیت (مثلا بیت M10.0) را در حافظه PLC “یک” میکند. (مثلا از طریق شبکه Modbus).
PLC (مغز): PLC در چرخه اسکن بعدی خود میبیند که بیت M10.0 “یک” شده است.
منطق PLC: برنامه PLC اجرا میشود: “اگر M10.0 یک است، خروجی Q0.1 را یک کن.”
PLC به عملگر: PLC خروجی دیجیتال Q0.1 خود را فعال میکند.
عملگر (کنتاکتور): این خروجی، بوبین یککنتاکتور 125 آمپر با بوبین 220 ولت را برق دار میکند.
نتیجه: کنتاکتور وصل شده و برق سه فاز را به موتور نوار نقاله میرساند.
بازخورد (Feedback): کنتاکتور یک کنتاکت کمکی به ورودی PLC (مثلا I0.5) میفرستد. PLC این ورودی را میخواند و یک بیت دیگر (مثلا M10.1) را “یک” میکند.
PLC به HMI: HMI که در حال خواندن بیت M10.1 است، میبیند که این بیت “یک” شده و چراغ گرافیکی “Motor Running” را روی صفحه، سبز میکند.
در این فرآیند، HMI فقط دکمه را فشرد و چراغ را روشن کرد. تمام کار و منطق اصلی توسط PLC انجام شد.
سناریوی 2: کنترل سرعت فن با اینورتر (کاربرد تخصصی مبین نیرو)
هدف: اپراتور میخواهد سرعت یک فن بزرگ را از 0 تا 100 درصد از طریق HMI تنظیم کند.
اپراتور (HMI): اپراتور یک اسلایدر (Slider) گرافیکی را روی HMI حرکت میدهد یا عدد “75” (به معنای 75 درصد) را در یک فیلد عددی وارد میکند.
HMI به PLC: HMI این عدد (75) را در یک رجیستر حافظه PLC (مثلا MW20) مینویسد.
PLC (مغز): PLC در چرخه اسکن خود، عدد 75 را در MW20 میخواند.
منطق PLC (Scaling): PLC یک بلوک محاسباتی (Scale) را اجرا میکند که عدد 0 تا 100 را به یک مقدار آنالوگ 0 تا 27648 (استاندارد سیگنال آنالوگ در PLC) تبدیل میکند.
PLC به عملگر: PLC این مقدار محاسبه شده را به ماژول خروجی آنالوگ (AO) خود میفرستد.
عملگر (اینورتر): ماژول AO یک سیگنال ولتاژی (مثلا 7.5 ولت) یا جریانی (مثلا 16 میلی آمپر) را به ورودی آنالوگ یکاینورتر 5/5 کیلووات T310 تکو ارسال میکند.
نتیجه: اینورتر TECO سیگنال 7.5 ولت را دریافت، آن را به 75 درصد سرعت (یعنی 37.5 هرتز) تفسیر کرده و فرکانس خروجی به موتور فن را دقیقا روی این مقدار تنظیم میکند.
بازخورد (Feedback): اینورتر از طریق خروجی آنالوگ خود (یا شبکه Modbus) سرعت واقعی را به ورودی آنالوگ PLC (AI) برمیگرداند.
PLC به HMI: PLC این سرعت واقعی را خوانده و آن را برای نمایش روی HMI ارسال میکند تا اپراتور ببیند که سرعت فن دقیقا 75 درصد است.
آیا مرزها در حال تغییرند؟ (مفاهیم پیشرفته PAC و SoftPLC)
در حالی که تفاوت PLC و HMI کاملا شفاف است، تکنولوژی های جدید در حال کمرنگ کردن این مرزها هستند.
HMI های پیشرفته (Advanced HMI): برخی HMI های گران قیمت امروزی، دارای قابلیت های اسکریپت نویسی یا حتی یک PLC داخلی کوچک (PLC-HMI Combo) هستند. آنها میتوانند منطق های ساده ای را مستقلا اجرا کنند.
SoftPLC: نرم افزاری که یک کامپیوتر صنعتی (Industrial PC – IPC) را به یک PLC کامل تبدیل میکند. در این حالت، HMI (که آن هم نرم افزاری روی همان PC است) و PLC هر دو روی یک سخت افزار واحد اجرا میشوند.
PAC (Programmable Automation Controller): نسل جدید کنترل گرها که قدرت یک PC (برای پردازش داده های سنگین و شبکه) و استحکام یک PLC (برای کنترل بلادرنگ) را با هم ترکیب میکند.
با این حال، برای 95 درصد کاربردهای صنعتی، تفکیک کلاسیک “PLC برای کنترل” و “HMI برای نظارت” همچنان بهترین، ایمن ترین و اقتصادی ترین راه حل است.
آینده PLC و HMI در صنعت 4.0 و مدیریت هوشمند برق
همکاری PLC و HMI در حال تکامل است تا با نیازهای صنعت 4.0 (Industry 4.0) هماهنگ شود.
HMI های مبتنی بر وب (Web HMI): HMI های مدرن، دیگر فقط یک پنل فیزیکی نیستند. آنها یک وب سرور داخلی دارند که به شما اجازه میدهند صفحه HMI را مستقیما روی مرورگر موبایل یا تبلت خود، از هر جای کارخانه (یا جهان) ببینید.
PLC ها به عنوان گیت وی IIoT: PLC ها دیگر فقط با HMI صحبت نمیکنند. آنها داده های خام (مانند مصرف برق از اینورتر) را مستقیما به سیستم های ابری (Cloud) یا نرم افزارهای مدیریت انرژی ارسال میکنند. این دقیقا همان مفهومی است که دربهره وری بالاتر و مدیریت هوشمند برق با محصولات اشنایدر الکتریک به آن پرداخته میشود.
اهمیت امنیت سایبری (Cybersecurity): این اتصال، یک چالش جدید ایجاد میکند. از آنجایی که HMI میتواند به شبکه شرکت متصل شود، باید در برابر حملات هکری ایمن شود تا کسی نتواند از طریق HMI، کنترل PLC و فرآیند تولید را به دست بگیرد.
تفاوت plc و hmi
پرسش های متداول
1. تفاوت اصلی PLC و HMI چیست؟
PLC مغز متفکر است که منطق کنترل را اجرا میکند و در تابلو برق پنهان است. HMI صفحه نمایش لمسی و رابط گرافیکی است که اپراتور از طریق آن با PLC صحبت میکند.
2. آیا میتوانم HMI را بدون PLC استفاده کنم؟
خیر. HMI یک نمایشگر است و برای کار کردن نیاز به یک کنترلر (مانند PLC) دارد تا داده ها را برای نمایش به آن بدهد و فرمان های اپراتور را از آن بگیرد.
3. آیا PLC میتواند بدون HMI کار کند؟
بله. یک PLC میتواند یک فرآیند تمام اتوماتیک را سال ها بدون هیچ HMI کنترل کند. HMI فقط برای نظارت و دخالت اپراتور لازم است.
4. آیا برنامه نویسی PLC و HMI یکسان است؟
خیر. برنامه نویسی PLC (مانند Ladder Logic) بر اساس “منطق کنترل” است. برنامه نویسی HMI بر اساس “طراحی گرافیکی” (کشیدن دکمه ها و نمایشگرها) است.
5. HMI چگونه به PLC وصل میشود؟
از طریق یک کابل ارتباطی (مانند کابل اترنت یا RS-485) و یک زبان مشترک به نام “پروتکل” (مانند Modbus).
6. آیا اینورتر (VFD) یک نوع PLC یا HMI است؟
هیچکدام. اینورتر یک “عملگر” (Actuator) هوشمند است (ماننداینورترهای TECO). اینورتر از PLC فرمان سرعت میگیرد و آن را روی موتور اجرا میکند.
7. SCADA چیست؟ آیا همان HMI است؟
SCADA نسخه بسیار بزرگتر و پیشرفته تر HMI است. HMI معمولا محلی و برای یک دستگاه است. SCADA یک نرم افزار مرکزی در اتاق کنترل برای نظارت بر کل کارخانه است.
8. آیا میتوان HMI را روی کامپیوتر اجرا کرد؟
بله. نرم افزارهای SCADA یا HMI Runtime به شما اجازه میدهند که یک کامپیوتر معمولی (PC) را به یک HMI قدرتمند تبدیل کنید.
9. PLC مخفف چیست؟
Programmable Logic Controller (کنترل گر منطقی برنامه پذیر).
10. HMI مخفف چیست؟
Human Machine Interface (رابط انسان و ماشین).
نتیجه گیری
در پایان این تحلیل، تفاوت PLC و HMI باید کاملا شفاف شده باشد. آنها رقیب یکدیگر نیستند، بلکه دو جزء حیاتی و مکمل در یک سیستم اتوماسیون مدرن هستند. PLC، کارگر ساکت، قابل اعتماد و قدرتمندی است که در تابلو برق، منطق فرآیند را با دقت میلی ثانیه ای اجرا میکند. HMI، مترجم خوش سیما و کاربرپسندی است که این فرآیند پیچیده را به زبان گرافیکی ساده برای اپراتور تبدیل میکند.
درک این تفاوت، کلید طراحی یک سیستم کارآمد است. شما به “مغز” قدرتمندی (PLC) نیاز دارید که بتواند به “عضلات” هوشمند شما (مانند اینورترها و کنتاکتورهای TECO) به درستی فرمان دهد و همچنین به “چهره” کارآمدی (HMI) نیاز دارید تا این ارکستر را به راحتی مدیریت کنید.
شرکت مبین نیرو رای، به عنوان نماینده رسمی TECO، نه تنها تامین کننده این تجهیزات در کلاس جهانی است، بلکه دانش فنی لازم برای یکپارچه سازی صحیح آنها را نیز ارائه میدهد. ما به شما کمک میکنیم تا بهترین مغز (PLC) و بهترین عضلات (اینورترها و کنتاکتورها) را انتخاب کرده و آنها را به بهترین شکل به HMI مورد نظر خود متصل کنید
اطلاعات تماس شرکت مبین نیرو رای:
آدرس: تهران ، خیابان قائم مقام فراهانی ، کوچه بیستم ، پلاک 7 ، واحد 5
