HMI là gì ?

Chào tất cả các bạn, hôm nay thông qua bài viết mình chúng ta cùng nhau thảo luận về các kiến thức liên quan đến HMI nhé. Có thể các bạn chưa từng nghe đến chúng, chưa từng tìm hiểu chúng hoặc có nghe nói đến như chưa biết chính xác về chúng. Và vì vậy mà mục đích của bài viết này là có thể giải đáp các vấn đề liên quan như HMI là gì ? Phân loại HMI và các ưu điểm của từng loại ? Cấu tạo của HMI cũng như các thông tin liên quan khác nữa.

Có thể trong quá trình học tập ở đại học chúng ta chưa từng biết về HMI, cũng chưa từng nghe ai kể về chúng. Tuy nhiên mình chắc là các anh em thuộc các chuyên ngành kỹ thuật sẽ ít nhiều tiếp xúc với chúng trong công việc sau này. Chúng là một cách thức giao tiếp thông minh giữa con người và máy móc. Và chính vì sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày này, việc ứng dụng HMI vào các máy móc để dễ dàng điều khiển là một điều dễ hiểu. Vậy cụ thể như thế nào thì chúng ta cùng nhau tìm hiểu nhé.

Đây là bài viết chia sẻ kiến thức, bên mình không kinh doanh mặt hàng này. Vui lòng không gọi điện, nhắn tin hỏi hàng. Xin cám ơn !

HMI là gì ?

HMI (Human Machine Interface) là một thiết bị được tích hợp trong các loại máy móc, chúng cho phép người sử dụng có thể giao tiếp với máy móc 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.

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,…

Các thành phần của một HMI:

Thông thường đối với HMI sẽ bao gồm 3 bộ phận cấu thành, cụ thể là:

• Phần cứng: chúng sẽ bao gồm các loại màn hình, chíp, phím bấm, các loại thiết bị nhớ và lưu trữ như ROM,RAM, EPROM/Flash,…
• Phần mềm: Chúng sẽ gồm có các đối tượng, các hàm – lệch, 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…

Ứng dụng thực tế của HMI:

Về việc ứng dụng của thiết bị này thì phải kể đến rất nhiều vì chúng được ứng dụng khá rộng rãi. Tuy nhiên mình sẽ liệt kê một số ứng dụng mà chúng ta có thể dễ dàng nhìn thấy nhất:

• HMI được ứng dụng trong các loại máy giặt, máy sấy giúp chúng ta có thể dễ dàng cài đặt và điều chỉnh thông qua các nút bấm và màn hình LED hiển thị.
• HMI được ứng dụng trong các loại lò viba, vi sóng giúp điều chỉnh nhiệt độ và thời gian.
• HMI được ứng dụng khá nhiều trong các loại điện thoại thông minh, laptop, ipad, máy tính bảng, đồng hồ thông minh,… hiện nay thông qua màn hình cảm ứng.

Vị trí của HMI trong một hệ thống nào đó:

Thông thường đối với một hệ thống điều khiển hiện đại chúng ta sẽ có các cấp như cấp quản lý, cấp điều khiển và giám sát, cấp điều khiển cục bộ và cấp thiết bị. Và HMI thường sẽ nằm trong vị trí ở cấp điều khiển và giám sát. Các bạn có thể tham khảo chi tiết hơn thông qua sơ đồ mô tả sau đây.

Có các loại HMI nào ?

Chúng ta sẽ phân loại HMI theo giai đoạn phát triển của chúng, vì thế chúng ta sẽ có 2 loại đó là HMI truyền thống và HMI hiện đại. Cụ thể như thế nào thì mời các bạn tìm hiểu tiếp nhé.

HMI dạng truyền thống:

Các dạng HMI truyền thống chúng chỉ bao gồm các thiết bị nhập thông tin như các loại nút bấm, 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,…

Vì cách thức vận hành cũng như thiết bị sử dụng, cách thức sử dụng đều truyền thống nên sẽ có một số nhược điểm kèm theo như sau:

• Các thông tin đưa vào và xuất ra không thực sự đầy đủ và chính xác.
• Thường sẽ không có khả năng lưu trữ hoặc bộ nhớ lưu trữ rất kém. Không thể dùng trong một thời gian dài.
• Chúng hoạt động không thực sự ổn định nên việc tin cậy vào chúng sẽ không cao.

HMI dạng hiện đại:

Hiện nay 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. Chính vì thế mà HMI ngày càng được phát triển theo và tối ưu tốt hơn cho từng loại máy móc hay thiết bị. Và hiện nay HMI 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.

Chính vì không ngừng được phát triển và tối ưu cũng như cải tiến nên HMI hiện đại sẽ có các ưu điểm như:

• Thông tin vào và xuất ra sẽ rất đầy đủ và chính xác.
• Dễ dàng thay đổi để bổ sung và thêm bớt thông tin một cách nhanh chóng.
• Hệ thống khá đơn giản , dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa.
• Tăng khả năng kết nối giữa các thiết bị với nhau thông qua nhiều loại giao thức hiện đại.
• Hơn hết là chúng ta có một khả năng lưu trữ khá cao có thể dùng rất lâu dài.

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 sản xuất HMI thường thấy:

Việc HMI ngày càng phát triển là thành quả của không chỉ một cá nhân nào. Mà chúng có thể là công trình nghiên cứu và phát triển của nhiều hãng khác nhau. Chính vì có sự chạy đua về công nghệ nên chúng mới thực sự ngày càng tốt đến vậy. Các bạn có thể tham khảo sơ một vài hãng sản xuất mà cung cấp HMI hàng đầu hiện nay

• Omron
• LS
• Siemens
• Mitsubishi
• Delta
• Schneider
• Keyence
• Samkoon
• Weintek
• …

Trên đây là các thông tin và kiến thức liên quan đến HMI, hy vọng thông qua đó các bạn sẽ ít nhiều có thêm các kiến thức để phục vụ cho việc học cũng như công việc sau này. Vì là kiến thức cá nhân cũng như thu thập được từ các trang mạng nên sẽ không khỏi sai sót, rất mong nhận được sự đóng góp của các bạn để bài viết ngày càng hoàn thiện hơn. Bên cạnh đó thì bên mình còn cung cấp các loại thiết bị cảm biến – màn hình hiển thị – bộ chuyển tín hiệu.