HMI là gì cùng cấu tạo và thông số quan trọng của HMI

HMI hay Human-Machine-Interfac là thiết bị giao tiếp giữa máy móc và người điều hành. Vậy để biết HMI thực chất là gì? Cấu tạo và thông số của nó ra sao?

HMI là gì vậy?

HMI trong tiếng Anh chính là Human Machine Interface, là một thiết bị trung gian thông qua một màn hình cảm ứng hay là nút bấm cho phép người sử dụng có thể giao tiếp với máy móc và thiết bị đó. Hay nói theo một cách khác, hầu hết các loại máy móc cho phép chúng ta giao tiếp, điều chỉnh, ra lệnh và điều khiển thông qua 1 màn hình thì được gọi là HMI.

Các thuật ngữ liên quan

Ở phần này, bạn sẽ được hiểu về những thuật ngữ quan trọng của HMI, chúng bao gồm:

• Màn hình 
• Hệ thống thẻ liên kết
• Kiểu biến HMI

Màn hình (Screen)

Là thành phần 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 chương trình dạng ngữ cảnh (script), các biến số (tags)

Thẻ liên kết – biến số (Tags)

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

Kiểu biến là gì?

Các kiểu biến số (Tag type/Data type) thường gặp như sau:

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

Script hay các chương trình dạng ngữ cảnh

Có 2 loại chương trình dạng ngữ cảnh khác nhau:

Dạng 1: Script toàn cục (global): là dạng chương trình mà toàn bộ hệ thống HMI được tác động  bởi đoạn mã chương trình Script

Dạng 2: Script đối tượng (Object script): chỉ tác dụng đến đối tượng đó. Thông thường đây là các đoạn mã chương trình viết cho các sự kiện (event) của đối tượng. Ví dụ: chương trình Script cho button, với sự kiện “nhấn nút”.

Trend

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

Cảnh báo Alarm

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

Bar Graph

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

Cấu tạo của HMI là gì ?

HMI sẽ bao gồm 3 bộ phận chính như sau:

Hệ thống phần cứng: bao hàm các loại màn hình, phím bấm, chíp, các loại thiết bị nhớ và lưu trữ như ROM,RAM, EPROM/Flash,…

Hệ thống phần mềm: gồm có các các hàm – lệnh , phần mềm để phát triển, đối tượng, các công cụ xây dựng HMI, các công cụ mô phỏng và kết nối, nạp xuất chương trình

Hệ thống truyền thông: gồm có các cổng kết nối quen thuộc như RS232, RS485, Ethernet, USB thông qua các giao thức Mobus, CANbus, MPI ,  PPI, Profielbus..

Các thông số chính của HMI là gì ?

Một hệ thống HMI cơ bản sẽ có các thông số cơ bản như sau:

• Kích thước màn hình: quyết định tới lượng thông tin cần hiển thị cùng lúc của HMI.
• Dung lượng bộ nhớ: bao gồm nhiều loại bộ nhớ như bộ nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu, Flash dữ liệu. Chúng quyết định số lượng tối đa biến số, số lượng màn hình và dung lượng lưu trữ thông tin như history data, Recipe, hình ảnh, backup…
• Số lượng các phím màn hình: gồm phím bấm và phím cảm ứng
• Chuẩn truyền thông: gồm các cách giúp truyền thông tin hay tín hiệu qua lại.
• Số lượng các hàm lệnh, đối tượng mà HMI hỗ trợ.
• Và các cổng mở rộng: Printer, USB, CF card, SD card…

Cách phân loại HMI như thế nào ?

Chúng ta có thể chia HMI ra làm 2 loại chính: HMI truyền thống và HMI hiện đại.

Thế nào là HMI truyền thống?

HMI được gọi là kiểu truyền thống vì các phương thức nhập và xuất thông tin của chúng rất đơn giản, thường thông qua các loại nút bấm, bàn phím, các công tắc để nhập và các loại còi báo, đèn báo, các loại máy tự ghi trên giấy để xuất,…

Chúng được xuất hiện từ rất lâu khi khoa học kỹ thuật còn chưa phát triển. Một số nhược điểm của HMI truyền thống cần lưu ý là:

• Các tín hiệu hay dữ liệu khi chúng ta nhập vào và xuất ra không hoàn toàn đầy đủ.
• bộ nhớ chỉ có khả năng lưu trữ thấp, không có các bộ nhớ lưu trữ lượng lớn dữ liệu, rất bất tiện cho cường độ làm việc cao và lâu dài.
• hoạt động của chúng không được hiệu quả nên độ tin cậy sẽ rất ít đối với người dùng.

Thế nào là HMI hiện đại?

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuât, kỹ thuật máy móc đã được phát triển hơn rất nhiều, vì thế mà HMI ngày càng được tối ưu hóa tốt hơn cho từng loại máy móc hay thiết bị.

HMI hiện đại  lại được chia làm 2 loại chính: HMI trên nền PC như Window hay MacOS: SCADA,Citect…và HMI trên nền nhúng ví dụ HMI trên nền hệ điều hành là Windows CE 6.0. Bên cạnh đó còn có một số loại khác dùng cho điện thoại và các thiết bị cảm ứng khác.

Các ưu điểm cần lưu ý của các HMI hiện đại:

• Quá trình xuất hoặc nhập thông tin trở nên dễ dàng hơn, nhanh hơn và chính xác, đầy đủ hơn.
• Linh hoạt, cho phép chúng ta có thể dễ dàng điều chỉnh các thông tin
• Hệ thống rất đơn giản, sửa chữa cũng như mở rộng rất dế dàng và dễ vận hành.
• Có thể kết nối được với nhiều thiết bị khác nhau
• dung lượng bộ nhớ cao, cho phép chúng ta làm việc lâu dài hơn và tin cậy hơn.

Các ứng dụng của HMI trong các hoạt động ngày nay

HMI góp phần rất lớn trong việc đẩy nhanh quá trình tự động hóa trong các quy trình sản xuất phức tạp và khó đòi hỏi độ chính xác cao, chúng được ứng dụng ở hầu hết các quá trình sản xuất.

HMI được ứng dụng rất nhiều trong các ngành dầu khí, điện tử, sản xuất thép, dệt may, ngành điện, ngành nước, ô tô, xe máy…Hay trong các thiết bị điện tử như đầu đĩa, tivi, loa, âm li thông qua các nút bấm trên thiết bị,…Và các loại thiết bị thông minh như điện thoại thông minh, ipad, máy tính bảng, máy tính,… thông qua bàn phím và màn hình cảm ứng.

Quá trình xây dựng một hệ thống HMI hoàn chỉnh

Quy trình xây dựng hệ thống HMI khá đơn giản, gồm 2 bước cơ bản như dưới đây. Bạn hãy tìm hiểu chi tiết để hiệu hệ thống HMI là gì cùng cách tạo nên ra sao nhé! 

Bước 1: Lựa chọn, xây dựng phần cứng HMI

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

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

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

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

Bước 2: Xây dựng phần giao diện HMI

Trong giai đoạn này, cần xác định cấu hình phần cứng: chọn phần cứng (Model), chuẩn giao thức truyền thông, thiết bị kết nối (PLC),…

• Xây dựng màn hình screen.
• Với các đối tượng cần gắn các biến số (tag).
• Xem xét sử dụng các đối tượng đặc biệt.
• Viết các chương trình script
• Mô phỏng, gỡ rối các chương trình.
• Nạp thiết bị xuống HMI.

Trên đây là những kiến thức được coi là chìa khóa để giúp khách hàng hiểu hơn về HMI là gì? Nắm chắc các kiến thức này sẽ giúp bạn hiểu hơn về cách vận hành và sử dụng.Từ đó ứng dụng chính xác trong đời sống và kinh doanh.