HMI là gì ? Cấu tạo và thông số của HMI

HMI là từ viết tắt của Human-Machine-Interface, nghĩa là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành và máy móc thiết bị. Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà con người “giao tiếp” với một máy móc qua 1 màn hình giao diện thì đó là một HMI. Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu thêm những thông tin về HMI qua bài viết dưới đây bạn nhé!

HMI là gì ?

HMI là một cụm từ viết tắt của Human Machine Interface, là một thiết bị được tích hợp trong các loại máy móc hay thiết bị cho phép người sử dụng có thể giao tiếp với máy móc và thiết bị đó thông qua một màn hình cảm ứng hay là nút bấm. Nói một cách tổng quát hơn thì hầu hết các loại máy móc cho phép chúng ta tinh chỉnh, giao tiếp, ra lệnh và điều khiển thông qua 1 màn hình thì được gọi là HMI. Nói đến đây chắc hẳn các bạn cũng biết được mực độ phổ biến cũng chúng rồi đúng không nào.

Các thuật ngữ liên quan đến HMI

Để có thể dễ dàng tiếp cận các kiến thức hơn thì chúng ta sẽ đi sơ qua về các thuật ngữ chuyên ngành liên quan đến hệ thống HMI nhé. Việc hiểu biết về các thuật ngữ này sẽ rất có ích trong việc tham khảo các thông tin liên quan đấy.

Màn hình (Screen)

Là thành phần của phần mềm ứng dụng HMI được xây dựng trên công cụ phần mềm phát triển HMI và được nạp xuống thiết bị để chạy. Là nơi chứa đựng các đối tượng (Object), các biến số (tags), các chương trình dạng ngữ cảnh (script).

Các thẻ liên kết – biến số (Tags)

Gồm các biến số nội tại bên trong hệ điều hành thiết bị HMI, dùng để làm các biến số trung gian cho quá trình tính toán, các biến số quá trình trong các thiết bị trên mạng điều khiển: trong PLC, trong thiết bị đo lường thông minh, trong các thiết bị nhúng là controller khác…Thẻ Tags thường là đối tượng trung gian để liên kết HMI và PLC.

Kiểu biến

Chúng ta sẽ có các kiểu biến số (Tag type/Data type) như sau:

• Bit: 0/1 (true/false)
• Byte: 0 ÷ 255
• Word: 2 byte = 0 ÷ 65025.
• Interger (Nguyên): -32512 ÷ +32512
• Long, Float, BCD.
• String: abc.

Chương trình script

Chúng ta sẽ có 2 loại chương trình khác nhau:

• Script toàn cục (global): là dạng chương trình mà đoạn mã chương trình Script có tác động đến toàn bộ hệ thống HMI
• Script đối tượng (Object script): là dạng chương trình script chỉ tác dụng đến đối tượng đó. Thường là các đoạn mã chương trình viết cho các sự kiện (event) của đối tượng. Ví dụ: Script cho button, với sự kiện “nhấn nút”.

Trend

Là dạng đồ thị biểu diễn sự thay đổi của một biến (tag) theo thời gian. Có 2 loại trend chính: Trend hiện thời và trend quá khứ (history).

Cảnh báo Alarm

Là một loại đối tượng để đưa ra các báo động hay thông báo sự cố cho hệ thống.

Bar Graph

Thanh Bargraph thể hiện sự thay đổi liên tục của mực nước, dầu, áp suất, nhiệt độ,…

Cấu tạo của HMI là gì ?

Các thành minh chính của HMI sẽ bao gồm 3 bộ phận cấu thành, cụ thể là:

• Phần cứng: bao gồm các loại màn hình, chíp, phím bấm, các loại thiết bị nhớ và lưu trữ như ROM,RAM, EPROM/Flash,…
• Phần mềm: gồm có các đối tượng, các hàm – lệnh, phần mềm để phát triển, các công cụ xây dựng HMI, các công cụ nạp xuất chương trình và kết nối, mô phỏng.
• Truyền thông: Bao gồm các cổng kết nối quen thuộc như RS232, RS485, Ethernet, USB thông qua các giao thức Mobus, CANbus, PPI, MPI, Profielbus..

Các thông số của HMI là gì ?

Thông thường thì một hệ thống HMI sẽ có các thông số cơ bản như sau:

• Kích thước màn hình: chúng sẽ quyết định tới lượng thông tin cần hiển thị cùng lúc của HMI.
• Dung lượng bộ nhớ: bao gồm bộ nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu, Flash dữ liệu. Chúng sẽ góp phần quyết định số lượng tối đa biến số, số lượng Screen và dung lượng lưu trữ thông tin như history data, Recipe, hình ảnh, backup…
• Số lượng các phím màn hình: có 2 loại là phím bấm là phím cảm ứng có khả năng mở rộng thao tác vận hành.
• Chuẩn truyền thông: bao gồm các giao thức hỗ trợ truyền thông tin hay tín hiệu qua lại.
• Số lượng các đối tượng, hàm lệnh mà HMI hỗ trợ.
• Các cổng mở rộng: Printer, USB, CF card, SD card…

Phân loại HMI như thế nào ?

Dựa vào quá trình phát triển của chúng mà ta có thể phân chia chúng ra làm 2 nhóm, đó là HMI truyền thống và HMI hiện đại.

HMI truyền thống là gì ?

Các dạng HMI kiểu truyền thống thường bao gồm các thiết bị nhập thông tin như các loại nút bấm, bàn phím, các công tắc để chuyển mạch,…Và các thiết bị dùng cho việc xuất thông tin như các loại còi báo, đèn báo, các loại máy tự ghi trên giấy,…

Chính vì loại này đã xuất hiện khá lâu cũng như lúc bây giờ khoa học kỹ thuật chưa phát triển cho nên sẽ có rất nhiều nhược điểm cần nói đến như:

• Các thông tin hay tín hiệu khi chúng ta nhập vào hoặc xuất ra sẽ không hoàn toàn đầy đủ.
• Không có các bộ nhớ lưu trữ lớn do thời đầy bộ nhớ chỉ có khả năng lưu trữ thấp. Điều này rất bất tiện cho quá trình làm việc cường độ cao và lâu dài.
• Chúng dường như hoạt động không được hiệu quả cho lắm nên người dùng sẽ ít tin cậy hơn vào chúng.
• Trong khi đó thì ngày này với sự phát triển của điện tử, viễn thông, truyền thông và các thiết bị điện tử khác,…Việc tối ưu cho một HMI là điều dễ dàng và được áp dụng phổ biến. Và đó cũng là lý do mà HMI hiện đại được ra đời và thay thế hoàn toàn HMI truyền thống.

HMI hiện đại là gì ?

Trong cuộc sống ngày này thì các loại máy móc đã được cải tiến rất nhiều, việc ứng dụng các loại máy móc trong công việc là một sự lựa chọn hàng đầu và tối ưu nhất. Chính vì thế mà HMI ngày càng được phát triển theo và tối ưu tốt hơn cho từng loại máy móc hay thiết bị. HMI hiện đại thường sẽ có 2 loại chính bao gồm HMI trên nền PC như Window hay MacOS: SCADA,Citect…HMI trên nền nhúng bao gồm HMI chuyên dụng, hệ điều hành là Windows CE 6.0. Ngoài ra thì chúng ta còn có một số loại khác dùng cho điện thoại và các thiết bị cảm ứng khác.

Và vì chúng là HMI hiện đại được nâng cấp cũng như tối ưu trong quá trình dài nên việc có nhiều ưu điểm là một điều hiển nhiên. Cụ thể thì chúng ta có thể biết đến chúng thông qua các ưu điểm sau:

• Quá trình xuất hoặc nhập thông tin được dễ dàng và hoàn toàn chính xác, đầy đủ.
• Khả năng linh hoạt cao, cho phép chúng ta có thể điều chỉnh các thông tin một cách dễ dàng.
• Hệ thống khá đơn giản, dễ vận hành, sửa chữa cũng như mở rộng.
• Có khả năng kết nối với nhiều thiết bị khác thông qua các giao thức thường thấy ngày nay.
• Được trang bị một bộ nhớ có dung lượng cao, cho phép chúng ta làm việc lâu dài một không sợ thiếu nơi lưu trữ.

Ứng dụng của HMI ngày nay

HMI là một thiết bị không thể thiếu góp phần đẩy nhanh quá trình tự động hóa các công đoạn cũng như các quy trình sản xuất phức tạp và khó đòi hỏi độ chính xác cao. Vì vậy HMI được ứng dụng ở hầu hết các công đoạn sản xuất trong các lĩnh vực. Các bạn có thể tham khảo qua một số ứng dụng mà mình có liệt kê dưới đây nhé.

Trong các ngành dầu khí, điện tử, sản xuất thép, dệt may, ngành điện, ngành nước, ô tô, xe máy…

Trong các thiết bị điện tử hay kỹ thuật số như đầu đĩa, tivi, loa, âm li,…thông qua các nút bấm được tích hợp trên thiết bị.

Các loại thiết bị thông minh như điện thoại thông minh, ipad, máy tính bảng, laptop,… thông qua bàn phím và màn hình cảm ứng.

HMI được ứng dụng trong các loại lò viba, vi sóng giúp điều chỉnh nhiệt độ và thời gian.

Các quy trình xây dựng một hệ thống HMI hoàn chỉnh

Để có thể xây dựng được một hệ thống HMI hoàn chính thì chúng ta cần trải qua các quá trình cụ thể. Cụ thể thì sẽ có 2 phần quan trọng mà chúng ta cần chú ý đến như sau:

Lựa chọn và xây dựng phần cứng HMI

Kích thước màn hình: cần lựa chọn dựa trên cơ sở số lượng thông số – thông tin cảm biến hiển thị đồng thời các nhu cầu về đồ thị, đồ họa (lưu trình công nghệ,…).

Lựa chọn số phím cứng, số phím cảm ứng tối đa cùng sử dụng cùng lúc.

Lựa chọn các cổng mở rộng nếu có nhu cầu in ấn, đọc mã vạch, kết nối các thiết bị ngoại vi khác.

Lựa chọn dung lượng bộ nhớ: theo số lượng thông số cần thu thập số liệu, lưu trữ dữ liệu, số lượng trang màn hình cần hiển thị.

Xây dựng phần giao diện HMI

Cấu hình phần cứng: chọn phần cứng (Model), thiết bị kết nối (PLC), chuẩn giao thức truyền thông là gì,…

• Xây dựng các trang màn hình screen.
• Gán các biến số (tag) cho các đối tượng.
• Sử dụng các đối tượng đặc biệt.
• Viết các chương trình script (tùy chọn).
• Mô phỏng và gỡ rối chương trình.
• Nạp thiết bị xuống HMI.

Các hãng đã và đang sản xuất HMI hiện nay

Trong quá trình phát triển và tối ưu các HMI thì các hãng đã không ngừng bắt tay vào nghiên cứu. Chính vì thế là số lượng hãng sản xuất loại thiết bị này cũng khá nhiều. Các bạn có thể tham khảo một số hãng sản xuất HMI hàng đầu hiện nay như: Omron, LS, Siemens, Mitsubishi, Delta, Schneider, Keyence, Samkoon, Weintek, …