HMI là gì? Các thành phần của HMI 

HMI là một khái niệm quan trọng trong lĩnh vực tự động hóa và điều khiển, liên quan đến cách con người tương tác và điều khiển các thiết bị và hệ thống máy móc. HMI cung cấp giao diện trực quan và dễ sử dụng, giúp người sử dụng kiểm soát và theo dõi hoạt động của hệ thống một cách hiệu quả. Với sự phát triển của công nghệ, HMI đã trở thành một công cụ quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình công nghiệp và nâng cao hiệu suất làm việc.

1. HMI là gì?

HMI là viết tắt của "Human-Machine Interface" trong tiếng Anh, có nghĩa là "giao diện người-máy". Nó là công cụ giao tiếp giữa con người và máy móc trong quá trình hoạt động và điều khiển. HMI cho phép người dùng tương tác và kiểm soát các thiết bị và hệ thống máy móc một cách dễ dàng và hiệu quả.

Các thiết bị HMI có thể là cảm ứng trên lò vi sóng, hệ thống điều khiển trên máy giặt hoặc bảng điều khiển phần mềm từ xa trên TV. Trước đây, nhiều thiết bị không có HMI hoặc chỉ có một hiển thị đơn giản. Một số thiết bị chỉ có một hiển thị ASCII đơn hoặc một số phím nhỏ. Rất ít thiết bị có khả năng hiển thị đồ họa tốt và cung cấp cách nhập liệu và lệnh đơn giản.

Tuy nhiên, việc sử dụng HMI dựa trên máy tính và màn hình hiển thị có nhược điểm như hạn chế trong việc đặt trong phòng điều khiển và dễ bị hỏng do các yếu tố môi trường. Trong quá khứ, HMI tiêu thụ nhiều năng lượng điện.

2. HMI có lợi ích gì cho người dùng?

HMI mang đến nhiều lợi ích cho người dùng trong quá trình điều khiển và giám sát quy trình công nghiệp. Dưới đây là một số lợi ích chính của HMI:

• Tính dễ sử dụng: HMI cung cấp giao diện người-máy thân thiện và dễ sử dụng. Người dùng có thể tương tác với các thiết bị và hệ thống một cách đơn giản và thuận tiện thông qua màn hình cảm ứng, giúp giảm thiểu sự phức tạp trong quá trình điều khiển.
• Hiển thị thông tin chi tiết: HMI cho phép người dùng truy cập và hiển thị các thông tin quan trọng về quy trình và hoạt động của hệ thống. Điều này giúp người dùng có cái nhìn tổng quan về tình trạng và hiệu suất của thiết bị và quy trình.
• Tiết kiệm không gian: HMI dạng tinh thể lỏng nhỏ gọn hơn và chiếm ít không gian hơn so với các loại hiển thị khác như CRT. Điều này cho phép sử dụng HMI trong không gian hạn chế và các ứng dụng yêu cầu kích thước nhỏ gọn.
• Tích hợp tính năng đa dạng: HMI có khả năng tích hợp nhiều tính năng khác nhau như lập trình, điều khiển, giám sát, ghi dữ liệu và giao tiếp mạng. Điều này giúp tăng khả năng linh hoạt và hiệu suất của quá trình điều khiển.
• Di động và tiện lợi: Một số HMI có thể di chuyển và cài đặt dễ dàng, giúp người dùng tiếp cận và kiểm soát từ xa các thiết bị và quy trình. Điều này đặc biệt hữu ích khi không gian là hạn chế và người dùng cần truy cập từ nhiều vị trí khác nhau.

3. Tìm hiểu các thiết bị HMI truyền thống 

HMI truyền thống là những thiết bị giao diện người-máy cổ điển, bao gồm các thành phần nhập và xuất thông tin cơ bản. 

3.1 Thiết bị nhập thông tin

• Công tắc chuyển mạch: Được sử dụng để nhập thông tin bằng cách chuyển đổi trạng thái ON/OFF hoặc các chế độ khác.
• Nút bấm: Được sử dụng để nhập thông tin bằng cách nhấn vào các nút để thực hiện các hoạt động hoặc lựa chọn.

3.2 Thiết bị xuất thông tin

• Đèn báo: Sử dụng để xuất thông tin bằng cách hiển thị trạng thái ON/OFF hoặc trạng thái khác thông qua ánh sáng đèn.
• Còi: Dùng để phát ra âm thanh hoặc tín hiệu cảnh báo.
• Đồng hồ đo: Sử dụng để xuất thông tin về thời gian hoặc giá trị đo lường.
• Các bộ tự ghi dùng giấy: Được sử dụng để ghi lại thông tin hoặc dữ liệu trên giấy để theo dõi và ghi nhớ.

Tìm hiểu thêm về mô hình liên quan: Mô hình OSI là gì? Chức năng của các tầng giao thức trong OSI

3.3 Nhược điểm của HMI truyền thống

• Thông tin không đầy đủ: Các thiết bị HMI truyền thống cung cấp thông tin hạn chế và không đáp ứng đầy đủ các yêu cầu hiển thị và điều khiển.
• Thông tin không chính xác: Do giới hạn công nghệ và khả năng, thông tin được hiển thị và đưa ra không luôn chính xác và đáng tin cậy.
• Khả năng lưu trữ thông tin hạn chế: HMI truyền thống có khả năng lưu trữ thông tin hạn chế, không thể lưu trữ và truy xuất lượng thông tin lớn.
• Độ tin cậy và ổn định thấp: Các thiết bị HMI truyền thống có độ tin cậy và ổn định thấp, dễ bị hỏng hoặc gây ra sự cố.
• Độ phức tạp và khó mở rộng: Đối với các hệ thống rộng lớn và phức tạp, việc sử dụng HMI truyền thống có độ phức tạp cao và khó mở rộng để đáp ứng yêu cầu.

4. Tìm hiểu các thiết bị HMI hiện đại

HMI hiện đại sử dụng công nghệ thông tin và ví điện tử tiên tiến, mang lại nhiều cải tiến và lợi ích cho người dùng. 

HMI hiện đại chia thành 2 loại chính:

HMI trên nền PC và Windows/MAC: Sử dụng phần mềm SCADA để tạo giao diện và quản lý hệ thống.

HMI trên nền các máy tính nhúng: Sử dụng các thiết bị tích hợp nhỏ gọn và chuyên dụng cho việc hiển thị và điều khiển.

Các ưu điểm của HMI hiện đại:

Tính đầy đủ kịp thời và chính xác của thông tin: HMI hiện đại cung cấp thông tin đầy đủ và chính xác về quá trình và hệ thống điều khiển.

Tính mềm dẻo, dễ thay đổi bổ xung thông tin cần thiết: Người dùng có thể dễ dàng thay đổi, bổ sung thông tin và điều khiển hệ thống theo nhu cầu thay đổi.

Tính đơn giản của hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa: HMI hiện đại thiết kế giao diện đơn giản, dễ sử dụng và có khả năng mở rộng khi cần thiết. Việc vận hành và sửa chữa cũng trở nên thuận tiện hơn.

Tính "Mở": HMI hiện đại có khả năng kết nối mạnh mẽ, tương thích với nhiều loại thiết bị và giao thức khác nhau, tạo điều kiện thuận lợi cho tích hợp và liên kết hệ thống.

Khả năng lưu trữ cao: HMI hiện đại có khả năng lưu trữ lượng thông tin lớn, giúp người dùng dễ dàng truy xuất và xem lại dữ liệu quan trọng.

 Bạn có thể tìm hiểu thêm về bài viết tương tự: File server là gì? | Vai trò và cách thức vận hành

5. Vai trò của HMI trong hệ thống tự động hóa

HMI luôn có mặt trong các hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) hiện đại, và vị trí của nó thường là ở cấp điều khiển và giám sát. HMI chịu trách nhiệm giao tiếp trực tiếp với người điều khiển, cung cấp giao diện đồ họa và các công cụ để người dùng có thể giám sát và điều khiển quá trình tự động hoá.

HMI trong hệ thống SCADA có các chức năng quan trọng như:

• Hiển thị trực quan: HMI cung cấp giao diện đồ họa và biểu đồ để người dùng có thể dễ dàng quan sát và hiểu được trạng thái của hệ thống.
• Điều khiển: HMI cho phép người dùng thực hiện các thao tác điều khiển như bật/tắt thiết bị, điều chỉnh thông số, thay đổi chế độ hoạt động, và thực hiện các lệnh điều khiển khác.
• Báo cáo và cảnh báo: HMI cung cấp chức năng báo cáo và cảnh báo để thông báo cho người điều khiển về các sự cố, biến đổi quá mức và các thông tin quan trọng khác.
• Ghi dữ liệu: HMI có khả năng ghi và lưu trữ dữ liệu từ hệ thống, giúp phân tích và đánh giá hiệu suất, theo dõi quá trình và tìm ra các cải tiến.

Với vai trò quan trọng này, HMI trong hệ thống tự động hoá đóng vai trò trung tâm trong việc kết nối, giám sát và điều khiển quá trình tự động hoá. Nó mang lại sự linh hoạt, tương tác và kiểm soát cho người điều khiển, đảm bảo hiệu suất và an toàn của hệ thống tự động hoá.

Cùng tìm hiểu thêm về Network Adminitrstrator: Network Adminitrstrator là gì? Điều kiện nào để trở thành Network Adminitrstrator

6. Các thành phần của HMI 

Các thành phần của HMI bao gồm:

6.1. Phần cứng

• Màn hình: Là giao diện hiển thị thông tin và đồ họa cho người dùng.
• Các phím bấm: Được sử dụng để thao tác và tương tác với HMI.
• Chips: Bao gồm CPU (Central Processing Unit), ROM (Read-Only Memory), RAM (Random Access Memory), EPROM/Flash và các thành phần khác.

6.2. Phần Firmware

• Đối tượng: Các đối tượng như nút, thanh trượt, đèn, biểu đồ, hình ảnh, v.v. được sử dụng để xây dựng giao diện HMI.
• Hàm và lệnh: Các hàm và lệnh được sử dụng để xử lý sự kiện, hiển thị thông tin, điều khiển các thiết bị và thực hiện các tác vụ khác trên HMI.

6.3. Phần mềm phát triển

• Các công cụ xây dựng HMI: Cung cấp các phần mềm và công cụ để thiết kế và phát triển giao diện HMI.
• Các công cụ kết nối, nạp chương trình và gỡ rối: Được sử dụng để kết nối và nạp chương trình vào HMI, cũng như gỡ lỗi và sửa chữa khi cần thiết.
• Các công cụ mô phỏng: Giúp kiểm tra và xem trước giao diện HMI trước khi triển khai.

6.4. Truyền thông

• Các cổng truyền thông: Cung cấp các cổng kết nối như RS-232, RS-485, Ethernet, USB, v.v. để giao tiếp với các thiết bị khác trong hệ thống.
• Các giao thức truyền thông: Bao gồm các giao thức truyền thông như Modbus, Profibus, Ethernet/IP, v.v. để truyền dữ liệu giữa HMI và các thiết bị khác. Mặt khác bạn có thể tìm hiểu về Profinet tại đây: Profinet là gì? Phân biệt Profinet và Ethernet

7. Thông số kỹ thuật của HMI 

• Độ lớn màn hình: Đây là thông số quyết định kích thước màn hình hiển thị của HMI, ảnh hưởng đến khả năng hiển thị thông tin cùng lúc.
• Dung lượng bộ nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu, Flash dữ liệu: Các thông số này quyết định về số lượng biến số tối đa có thể lưu trữ và khả năng lưu trữ thông tin trong HMI.
• Số lượng các phím và các phím cảm ứng trên màn hình: Thông số này liên quan đến khả năng thao tác và vận hành của HMI, ảnh hưởng đến tính tiện lợi và trải nghiệm người dùng.
• Chuẩn truyền thông, các giao thức hỗ trợ: HMI cần hỗ trợ các chuẩn truyền thông như RS-232, RS-485, Ethernet và các giao thức như Modbus, Profibus, để kết nối và giao tiếp với các thiết bị khác trong hệ thống.
• Số lượng các đối tượng, hàm lệnh mà HMI hỗ trợ: Thông số này định nghĩa số lượng và loại các đối tượng, hàm lệnh mà HMI có thể hỗ trợ, bao gồm các biểu đồ, biểu đồ xu hướng, đèn báo, và các hàm điều khiển.
• Các cổng mở rộng: HMI có thể được trang bị các cổng mở rộng như cổng in, cổng USB, khe cắm thẻ nhớ CF, PCMCIA, PC100, để mở rộng khả năng kết nối và tích hợp với các thiết bị ngoại vi khác.

 Xem thêm bài viết: Phần cứng máy tính là gì? Các phần cứng máy tính cơ bản

8. Hệ thống HMI được xây dựng như thế nào?

8.1. Lựa chọn phần cứng

Đầu tiên, cần lựa chọn kích thước màn hình dựa trên số lượng thông số/thông tin cảm biến cần hiển thị đồng thời và yêu cầu về đồ họa như lưu trình công nghệ.

Tiếp theo, lựa chọn số lượng phím cứng và phím cảm ứng tối đa để đáp ứng các yêu cầu thao tác và điều khiển.

Nếu cần thiết, chọn các cổng mở rộng để hỗ trợ in ấn, đọc mã vạch và kết nối với các thiết bị ngoại vi khác.

Lựa chọn dung lượng bộ nhớ phù hợp dựa trên số lượng thông số cần thu thập, lưu trữ dữ liệu và số lượng trang màn hình cần hiển thị.

8.2. Xây dựng giao diện

Bắt đầu bằng việc cấu hình phần cứng, bao gồm lựa chọn phần cứng và chuẩn giao thức phù hợp.

Xây dựng các màn hình hiển thị với các thông tin, đồ thị và đồ họa cần thiết.

Gán các biến số (tag) cho các đối tượng trên màn hình để thể hiện giá trị và trạng thái của chúng.

Sử dụng các đối tượng đặc biệt như nút bấm, thanh trượt, biểu đồ, biểu đồ xu hướng để tạo ra các chức năng và hiệu ứng tương tác.

Tuỳ chọn viết các chương trình script để tăng tính linh hoạt và tùy chỉnh của hệ thống.

Tiến hành mô phỏng và gỡ rối chương trình để đảm bảo hoạt động chính xác.

Cuối cùng, nạp chương trình xuống HMI để thực hiện các chức năng và hiển thị thông tin.

Qua quá trình xây dựng này, hệ thống HMI sẽ có khả năng điều khiển, giám sát và tương tác với các thiết bị và quá trình tự động hoá trong môi trường sản xuất.

Tạm kết

HMI cho phép người dùng tương tác và điều khiển các quá trình công nghiệp một cách dễ dàng và hiệu quả. HMI giúp cung cấp thông tin đầy đủ, chính xác và trực quan, giúp người dùng theo dõi và kiểm soát các thiết bị và hệ thống. Với sự tiến bộ của công nghệ, HMI hiện đại có khả năng linh hoạt, mở rộng và tương thích với nhiều thiết bị khác nhau, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp. Nhìn chung, HMI đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra một môi trường tự động hoá thông minh, tiện lợi và an toàn.