HMI là gì? Cấu tạo và ứng dụng HMI trong ngành công nghiệp

Trong thời đại công nghiệp 4.0, việc tối ưu hóa quy trình sản xuất và quản lý hệ thống điện tự động hóa trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Vậy HMI là gì? HMI hay giao diện Người-Máy là một công cụ mạnh mẽ giúp kết nối con người với máy móc và hệ thống điều khiển một cách trực quan và hiệu quả. Từ việc giám sát các quy trình sản xuất đến quản lý năng lượng và hệ thống tòa nhà, HMI đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống tự động hóa hiện đại.

Phần mềm HMI là gì?

HMI truyền thống

HMI truyền thống bao gồm các thiết bị nhập thông tin như công tắc chuyển mạch, nút bấm và các thiết bị xuất thông tin như đèn báo, còi, đồng hồ đo và các bộ tự ghi dùng giấy. Tuy nhiên, HMI truyền thống gặp một số nhược điểm như: thông tin không đầy đủ và không chính xác, khả năng lưu trữ thông tin vẫn còn hạn chế, độ tin cậy và ổn định thấp. Đặc biệt, khi phát triển hệ thống lớn, việc mở rộng trở nên rất phức tạp và khó khăn.

HMI hiện đại

HMI hiện đại được chia thành hai loại chính: HMI trên nền tảng PC và Windows/MAC (như SCADA, Citect) và HMI trên nền tảng nhúng với hệ điều hành Windows CE 6.0. Ngoài ra, còn có một số biến thể khác như MobileHMI dành cho Palm và PocketPC.

Ưu điểm của loại HMI hiện đại bao gồm:

• Thông tin đầy đủ, kịp thời và có độ chính xác.
• Tính linh hoạt, dễ dàng bổ sung và thay đổi thông tin cần thiết.
• Hệ thống đơn giản, dễ mở rộng, vận hành và sửa chữa.
• Tính “mở” với khả năng kết nối mạnh mẽ, tương thích với nhiều loại thiết bị và giao thức.
• Khả năng lưu trữ thông tin ở mức cao.

Phân loại phần mềm HMI

Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều hãng sản xuất màn hình lập trình HMI như INVT, Siemens, Delta, LS,… và mỗi hãng lại phân chia thành nhiều dòng HMI khác nhau. Mỗi dòng HMI thường đi kèm với phần mềm lập trình riêng, có hãng cung cấp một phần mềm có thể lập trình cho nhiều dòng, trong khi có hãng chỉ cho phép lập trình một dòng duy nhất.

HMI có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí:

• Theo kiểu màn hình là: màn hình cảm ứng HMI và loại màn hình HMI không cảm ứng (TFT, LCD, Touch,…)
• Theo kích thước là: 3.5 inch, 4 inch, 7 inch, 10 inch, 12 inch, 15 inch,…
• Theo dung lượng bộ nhớ là: 288KB, 1M, 2M, 10M,…
• Theo cổng truyền thông là: USB, RS232/422/485, Ethernet, CANbus,…
• Theo giao thức truyền thông là: MODBUS, MQTT, EtherNet/IP, CANopen, SNMP, FTP, BACnet, M-Bus, VNC, GSM (SMS, GPRS), KNX,…
• Theo tính năng nâng cao là: SCADA, Cloud, Web Server, SQL, Email & SMS, Remote, 3G/4G/Wifi,…

Một lưu ý nhỏ cho những người mới tiếp cận HMI là khi lập trình, nên tập trung vào một dòng HMI cụ thể và nắm vững các phần mềm liên quan đến dòng đó trước.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của HMI

Cấu tạo của HMI là gì?

Các thành phần chính của HMI bao gồm các phần sau:

• Phần cứng: màn hình, chip, CPU, bộ nhớ chương trình ROM, bộ nhớ RAM, và các phím bấm. Phần cứng này tạo nền tảng vật lý cho HMI, cho phép hiển thị thông tin và thực hiện các chức năng điều khiển.
• Phần mềm: các hàm và lệnh, các đối tượng (object), công cụ xây dựng HMI, công cụ mô phỏng, công cụ nạp chương trình cũng như công cụ kết nối. Phần mềm này chính là bộ não của HMI, cho phép tạo ra các giao diện Người – Máy tương tác linh hoạt.
• Truyền thông: các cổng kết nối như USB, Ethernet, RS232, RS485 và các giao thức Modbus, PPI, MPI, CANbus. Thành phần này cho phép HMI kết nối với các thiết bị và hệ thống khác nhau, hỗ trợ việc giao tiếp và chuyển giao dữ liệu.

Nguyên lý hoạt động của loại phần mềm HMI

Khi người dùng nhấn các nút trên màn hình HMI để cài đặt thông số, các yêu cầu này sẽ được chuyển tiếp đến PLC. PLC sau đó sẽ thực hiện các lệnh điều khiển để kích hoạt máy móc và tiến hành chu trình vận hành theo các thiết lập đã đặt trước.

Ngoài ra, hệ thống cũng có khả năng gửi thông tin về trạng thái hoạt động và các thông số hiện tại lên màn hình thông qua PLC. Điều này cho phép người dùng giám sát và điều khiển các quá trình sản xuất một cách linh hoạt ngay trong thời gian thực.

Quy trình ứng dụng phần mềm HMI

Quy trình ứng dụng phần mềm HMI vào trong thực tế:

Lựa chọn phần cứng

• Kích thước màn hình: Tùy thuộc vào mật độ hiển thị dữ liệu, thông số, đồ thị, biểu đồ,… trên trang của HMI.
• Phím vật lý hay không (và số lượng phím): Tùy theo nhu cầu điều khiển và môi trường sử dụng thiết bị.
• Lựa chọn cổng kết nối: Tùy thuộc vào nhu cầu kết nối với các thiết bị ngoại vi như máy in, máy quét mã vạch và các thiết bị khác.

Lựa chọn giao diện

• Thiết lập phần cứng: Kết nối HMI với các thiết bị điều khiển khác (PLC) cũng như thiết lập tiêu chuẩn giao tiếp.
• Thiết kế GUI: Thiết kế giao diện người dùng cho các trang hiển thị trên HMI.
• Đính kèm giá trị (thẻ) vào đối tượng: Gán các giá trị hoặc thẻ vào các đối tượng trên giao diện.
• Viết chương trình cho các liên kết HMI: Lập trình các liên kết và chức năng cho HMI.
• Mô phỏng, kiểm tra và gỡ lỗi: Thực hiện mô phỏng, kiểm tra và sửa lỗi để đảm bảo hệ thống hoạt động đúng.
• Cài đặt HMI trong hệ thống thực và hoạt động: Triển khai và đưa HMI vào hoạt động trong hệ thống thực tế.

>>>Khám phá: Hệ thống mes là gì? Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động

Ứng dụng của Human Machine Interface

Một số ứng dụng của Human Machine Interface như sau:

• Công nghiệp sản xuất và chế tạo máy: Sản xuất, nâng cấp hệ thống và máy móc tự động.
• Dây chuyền tự động hóa công nghiệp: Sản xuất và nâng cấp các dây chuyền tự động hóa.
• Tự động hóa tòa nhà: Điều khiển, quản lý, giám sát hệ thống quản lý tòa nhà (BMS), hệ thống thông gió và điều hòa không khí (HVAC), trạm thu phát sóng di động (BTS),…
• Công nghệ điều khiển bơm công nghiệp và xử lý nước: Quản lý hệ thống bơm, xử lý nước và nước thải.
• Quản lý và giám sát năng lượng: Quản lý và giám sát điện, dầu, khí, gas,…
• Giáo dục và đào tạo: Các trường đại học, trung tâm đào tạo và dạy nghề.
• Nhà thông minh: Hệ thống điều khiển và quản lý nhà thông minh (Smart Home).
• Quan trắc môi trường: Hiển thị, theo dõi, thu thập dữ liệu và giám sát môi trường từ xa.

Việc hiểu rõ HMI là gì và cách nó hoạt động sẽ giúp bạn tối ưu hóa quá trình sản xuất, quản lý và giám sát các hệ thống tự động hóa một cách hiệu quả. Từ công nghiệp sản xuất đến quản lý tòa nhà, từ điều khiển bơm công nghiệp đến hệ thống nhà thông minh, HMI đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao hiệu suất và tính linh hoạt. DMD giúp bạn trang bị cho mình kiến thức về HMI để tận dụng tối đa những lợi ích mà công nghệ này mang lại.

>>>Khám phá các bài viết liên quan: