HMI(휴먼 머신 인터페이스) 완벽 가이드

기계는 수작업의 부담을 덜어주기 위해 만들어졌지만, 결국 사용자에 의해 제어됩니다. 사용자가 이 기계를 제어할 수 있게 해주는 플랫폼을 HMI 또는 휴먼 머신 인터페이스라고 합니다. HMI는 단순히 인터페이스이며, MP3 플레이어 및 가전제품부터 제조 산업의 공정 제어 시스템까지 장치에 사용할 수 있는 매우 광범위한 용어입니다. HMI는 시스템의 시각적 표현을 제공하고 사용자에게 실시간 모니터링 및 제어 기능을 제공하여 사용자 친화적인 방식으로 생산성을 높입니다.

HMI 제품은 더 복잡한 기계가 개발되고 더 쉬운 작동의 필요성이 대두되면서 탄생했습니다. HMI 이전에는 배치 인터페이스(1945~1968), 명령줄 인터페이스(1969~현재), GUI(1981~현재) 등의 제품이 사용되었습니다. 각 인터페이스마다 고유한 타임라인이 있었고, 일부는 오늘날에도 사용되지만 HMI는 GUI(그래픽 사용자 인터페이스)에서 직접 파생되었습니다.

GUI는 버튼, 텍스트 상자, 메시지 상자, 목록, 양식 등을 사용하여 사용자에게 상호작용 가능하고 사용하기 쉬운 인터페이스를 제공합니다. HMI는 기계가 더 효과적으로 작동할 수 있도록 이들 위에 개발되었습니다.

HMI 설명

휴먼 머신 인터페이스는 제어 패널부터 원자력 시설, 모바일 화면까지 매우 다양합니다. 하지만 이 경우 제조 공정을 위한 HMI에 대해 논의하겠습니다. 제조 라인의 경우 HMI 제어 패널은 전체 산업에 대한 중앙 집중식 모니터링 및 제어를 제공합니다. 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)는 HMI에서 입력/출력되는 모든 정보의 백엔드 제어 역할을 하므로 HMI와 밀접하게 연관되어 있습니다.

시각적 방식으로 내려지는 결정은 명령 기반 또는 수동 환경보다 훨씬 쉽고 이해하기 쉽습니다. 사용자에게 완전한 제어를 제공하기 위해 HMI는 PLC와 지속적으로 접촉하여 실시간 정보를 제공해야 합니다. HMI는 컨트롤러 내의 특정 레지스터에 액세스하여 이를 사용자가 이해할 수 있는 방식으로 제시합니다. 마찬가지로 사용자가 결정을 내리면 HMI는 컨트롤러의 해당 레지스터 값을 변경하여 하드웨어 기반 반응을 유도합니다.

HMI 유형

HMI가 도입되기 전에는 수백 개의 LED와 푸시버튼으로 구성된 하드웨어 제어 패널이 유사한 기능을 제공하며 HMI를 모방했습니다. 오늘날 상황은 매우 다릅니다.

세 가지 기본 유형의 HMI가 있습니다:

• 푸시버튼 대체형: 이 유형의 HMI는 제조 공정을 간소화하고 이전에 푸시버튼 및 유사한 하드웨어 제어로 처리되던 모든 기능을 중앙 집중화했습니다.

• 데이터 핸들러: 기계로부터 지속적인 피드백이 필요한 시스템을 위해 데이터 핸들러 HMI가 개발되었습니다. 데이터 핸들러는 데이터 트렌드, 데이터 로깅, 알람 처리 등의 기능을 통해 사용자가 작업할 수 있게 하여 많은 양의 데이터를 활용할 수 있게 합니다.

• 감독자(Overseer): SCADA 또는 MES 시스템이 도입될 때 감독자 HMI가 설치됩니다. 이 유형의 HMI는 Windows에서 실행되며 통신을 위한 여러 이더넷 포트를 가집니다. 이 시스템은 전체 현장 및 복합 단지 등 넓은 영역을 모니터링합니다.

HMI의 물리적 특성

HMI의 실제 물리적 특성은 응용 분야 유형과 작업에 선택된 제조업체에 따라 모델마다 다릅니다. 정수장에 위치한 HMI는 오작동으로부터 보호하기 위해 여러 워터 씰이 특징일 것입니다. 반면 창고에 위치한 HMI는 그런 기능이 필요하지 않을 것입니다. HMI의 크기는 특정 응용 분야에 따라 달라집니다. 복잡한 기능을 제어해야 하면 시스템에 여러 대형 LCD가 필요할 수 있지만, 단순한 응용 분야에는 작은 흑백 모니터만 필요할 수 있습니다. 또한 기술 사양도 다릅니다. 수많은 매개변수를 추적하고 작업해야 하는 HMI에는 많은 메모리와 처리 능력이 필요하지만, 기본 제어만 제공하는 HMI에는 상당히 낮은 리소스 풀로도 충분합니다.

HMI의 환경적 측면

운영 환경을 고려하는 것은 HMI 선택 시 놓치지 말아야 할 중요한 단계입니다. 예를 들어 창고에 설치된 HMI는 과도한 진동을 겪을 수 있습니다. 마찬가지로 식품 가공 산업의 HMI는 물, 화학 물질 및 기타 제제를 다뤄야 할 수 있습니다. 제철소의 경우 온도를 항상 선택 요소로 고려해야 합니다.

프로그래밍 소프트웨어

HMI를 위한 세 가지 주요 프로그래밍 소프트웨어 범주:

• 독점(Proprietary)
• 하드웨어 독립(Hardware independent)
• 오픈 소프트웨어(Open software)

독점 소프트웨어는 제조업체가 제공하며 번거로움 없이 쉽게 배포할 수 있습니다. 이 소프트웨어 사용의 단점은 서드파티 하드웨어에 대한 지원 및 유연성 부족입니다.

하드웨어 독립 소프트웨어는 상호 운용 가능하며 다양한 프로토콜을 지원하여 개발자에게 큰 자유를 줍니다. 하지만 독점 소프트웨어가 제공하는 사용자 친화성 수준은 부족합니다.

오픈 소프트웨어는 개발자에게 설계 과정에서 완전한 자유를 주지만, 상당한 리소스가 필요하므로 전담 R&D 부서가 있는 회사에서만 사용해야 합니다.

HMI의 장점

HMI는 사용자와 전체 요소에 여러 혜택을 제공합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:

• 사용자 친화성: HMI는 그래픽 사용자 인터페이스를 사용하여 쉬운 식별과 즉각적인 반응을 허용하므로 매우 사용자 친화적입니다. 그림, 아이콘 및 기타 풍부한 요소는 광범위한 교육의 필요성을 줄입니다.

• PLC 대비 장점: PLC만 사용하면 기계에 대한 기본 제어만 가능합니다. 실시간 피드백, 알람 관리, 재프로그래밍 같은 기능은 쉽지 않습니다. 반면 HMI는 높은 수준의 기능성과 정교함을 처리하는 능력을 제공합니다. 새로운 HMI 설계로 원격 액세스 및 사용자 정의 UI 같은 기능도 사용할 수 있게 되고 있습니다.

• 편의성: HMI와 함께 제공되는 사용 편의성은 타의 추종을 불허합니다. 시스템 디지털화를 통해 달성되는 기능성은 HMI를 이길 수 없게 만듭니다. HMI는 자동화 라인 전반에 걸친 제어 기능을 결합하여 단일 위치에서 접근 가능하게 만듭니다. 원격 액세스는 운영자가 위치 독립적이 되게 하고 어디서든 올바른 작동을 보장합니다. 또한 기업 및 기술 부서 간의 간극을 메워 정보가 제공되는 대로 사용될 수 있게 합니다.

• 인터페이스 유연성: 인터페이스를 개인화할 수 있는 능력은 HMI의 큰 판매 포인트입니다. 이전에는 제어 패널이 산업 라인업 내의 모든 가능한 제어를 포괄하도록 설계되어야 했습니다. 이는 업그레이드나 기능 변경 시 여지를 거의 남기지 않았습니다. HMI는 순간적으로 수정할 수 있으며, 푸시버튼 및 LED 배선의 번거로움 없이 새 구성 요소 설치를 허용합니다.

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