Những kiến thức cơ bản về HMI, phương pháp tiếp cận HMI.

Tài liệu này được biên soạn với mục đích cung cấp cho sinh viên, học viên những kiến thức cơ bản về thiết bị HMI.Cách tìm tài liệu và phần mềm của một số hãng HMI phổ thông trên thị trường như Weintek, Delta, LS, Omron, Mitsubishi, Siemens, Scheider, ABB, Rockwell,..Trong tài liệu có sử dụng một số hình ảnh từ các tài liệu manual, e-learning của các hãng Weintek, Delta, LS, Omron, Mitsubishi, Siemens, Scheider, ABB, Rockwell,..
Mục đích sử dụng HMI

Một số thuật ngữ được sử dụng trong tài liệu:

  • HMI: Giao tiếp người – máy
  • PLC: Bộ điều khiển logic lập trình
  • Manual: Tài liệu hướng dẫn
  • Products: Sản phẩm
  • Support: Hỗ trợ
  • Services: Dịch vụ
  • Software: Phần mềm
  • Windows Embedded CE: Hệ điều hành nguồn mở, được sử dụng cho các hệ thống nhúng.
  • CPU: Bộ xử lý trung tâm
  • RAM: là bộ nhớ tạm lưu trữ thông tin hiện hành để CPU có thể truy xuất và xử lý.
  • ROM: là bộ nhớ chỉ cho phép đọc
  • EEPROM: là bộ nhớ cho phép đọc, có thể xóa và cập nhật lại chương trình
  • IPxx: Là cấp độ bảo vệ chống lại sự xâm nhập của vật thể rắn và lỏng(Ví dụ IP66 là cấp độ bảo vệ chống bụi xâm nhập và chống nước phun từ mọi phía)
  1. Khái niệm chung
  • Thiết bị giao diện người – máy được hiểu là một thiết bị điện, điện tử làm nhiệm vụ giao tiếp giữa người điều hành và thiết bị máy móc.
  • Tùy vào mục đích sử dụng mà thiết bị này có chức năng: chỉ điều khiển, chỉ giám sát hoặc cả điều khiển và giám sát.
  • Thuật ngữ giao tiếp người - máy được dịch từ cụm từ Human Machine Interface (viết tắt là HMI). Như vậy, cứ thiết bị nào làm nhiệm vụ giao tiếp giữa người và máy móc được hiểu là thiết bị HMI. Người dùng khi sử dụng các thiết bị này thường sử dụng các trang giao diện màn hình để thực hiện các chức năng điều khiển, giám sát. Do đó, chúng ta có thể gọi thiết bị HMI với tên gọi là thiết bị giao diện người – máy.

                                                               Hình 1.1: Vai trò, vị trí của HMI trong hệ thống

HMI thường được sử dụng để giao tiếp với PLC, vi điều khiển hoặc một bo mạch chuyên dụng để thực hiện một yêu cầu công nghệ nhất định.
Một số lý do chính mà chúng ta lựa chọn HMI trong một hệ thống:
      • Tiết kiệm được các tín hiệu vào, đầu ra;
      • Hiển thị được thông tin một cách trực quan, dễ hiểu;
      • Lưu trữ thông tin về dữ liệu cài đặt, cảnh báo , sự cố, quản lý người dùng;
      • Hoạt động bền bỉ, tin cậy trong môi trường công nghiệp.
Hầu hết thiết bị HMI phải được tích hợp hệ điều hành Windows Embedded CE, bộ nhớ RAM, ROM hoặc EEPROM đề thực hiện các nhiệm vụ sau:
  • Chạy một chương trình nhất định với nhiều giao diện vận hành do người lập trình thiết kế;
  • Thực hiện truyền thông, giao tiếp với PLC, vi điều khiển, bo mạch chuyên dụng, HMI khác, máy tính.
Về mặt kết nối vật lý HMI thường có các cổng giao tiếp như: rs232, rs422/485, erthenet, usb. Trong một số trường hợp HMI có thể là máy tính bảng, điện thoại thông minh và kết nối ở đây là mạng không dây wifi chẳng hạn.
Thiết bị HMI có thể là:
  • Máy tính bàn kết hợp với chuột, bàn phím; laptop;
  • Điện thoại, máy tính bảng;
  • Thiết bị chuyên dụng được sản xuất bởi các hãng như Weintek, Delta, LS, Omron, Mitsubishi, Siemens, Scheider, ABB, Rockwell,..
Trong tài liệu này chúng ta chỉ quan tâm và làm việc với thiết bị HMI chuyên dụng được sản xuất bởi các hãng như Weintek, Delta, LS, Omron, Mitsubishi, Siemens, Scheider, ABB, Rockwell,..
  1. Vai trò, ý nghĩa của thiết bị HMI
Một số vai trò chính của thiết bị HMI là:
  • Được sử dụng dưới dạng bảng điều khiển, giám sát
  • Sử dụng dưới dạng thiết bị đầu cuối

2.1 Được sử dụng dưới dạng bảng điều khiển, giám sát

Trước đây, để điều khiển vận hành máy móc người ta sử dụng các bảng điều khiển bao gồm thiết bị điều khiển và hiển thị như hình 1.2

                                                        Hình 1.2: Bảng điều khiển dành cho người vận hành
Thiết bị HMI được sử dụng để thay thế các bảng điều khiển này bằng cách số hóa các chức năng của bảng điều khiển và bổ sung thêm các chức năng hiển thị thông tin dạng văn bản, đồ họa, bàn phím ảo, cảm ứng,v.v…

                                                  Hình 1.3: Thiết bị HMI được sử dụng để thay thế bảng vận hành

                                               Hình 1.4: Lợi ích việc sử dụng HMI thay thế cho các bảng điều khiển
Tuy nhiên trong một số trường hợp nhu cầu vận hành quá đơn giản thì không nhất thiết dùng đến HMI vì phát sinh thêm chi phí. Ví dụ như mạch điều khiển động cơ bơm chạy luân phiên chỉ cần nút nhấn, đèn báo, bộ định thì không cần dùng đến PLC và HMI.
Hoặc một số nút nhấn có vai trò quan trọng đòi hổi độ tin cậy cao như nút dừng khẩn cấp thì vẫn được giữ lại, không nên dùng nút nhấn trong HMI để thay thế.

2.2 Được sử dụng dưới dạng thiết bị đầu cuối

          Thiết bị HMI có thế được sử dụng để giao tiếp với các thiết bị đầu cuối, ví dụ như đầu đọc mã vạch trong hình 1.4

                                     Hình 1.4: Thiết bị HMI được sử dụng để giao tiếp với máy đọc mã vạch
Hiện nay, mã vạch được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhằm mục đích quản lý và truy xuất nguồn gốc. Hầu hết các thiết bị HMI đều được tích hợp tính năng giao tiếp với máy đọc mã vạch, điều này cho phép thông tin nhập vào và hiển thị trên HMI sẽ được thực hiện một cách rất linh hoạt, nhanh chóng.
          Một ứng dụng khác nữa của thiết bị HMI đó là được sử dụng để trao đổi thông tin giữa các thiết bị PLC, PC, Tablet, Mobile thông qua các giao thức mạng truyền thông.

                                        Hình 1.5: Thiết bị HMI đóng vai trò thiết bị đầu cuối trong mạng truyền thông
  1. Phân loại, lựa chọn thiết bị HMI
Có rất nhiều hãng sản xuất thiết bị HMI, nhiệm vụ của chúng ta là phân tích và lựa chọn hãng sản xuất, mã thiết bị cho phù hợp. Các tiêu chí lựa chọn có thể kể đến là:
  • Khả năng kết nối của HMI ( tức là HMI có thể kết nối được với những thiết bị nào);
  • Hệ điều hành, lõi chip, bộ nhớ chương trình trong HMI;
  • Kích thước màn hình của HMI, có cảm ứng hay không;
  • Điều kiện làm việc về môi trường, nhiệt độ, rung lắc,..
  • Hãng sản xuất (thương hiệu Đài Loan, Nhật Bản, Hàn Quốc, Châu Âu, Mỹ,..)
  • Giá thành của thiết bị cũng là vấn đề khá quan trọng.
  1. Tìm kiếm tài liệu và phần mềm
        Một kỹ năng rất cơ bản và quan trọng trong việc tìm hiểu và khai thác thiết bị HMI nói riêng và các thiết bị tự động hóa nói chung đó là việc tìm kiếm tài liệu.
        Để có được tài liệu đầy đủ và chính thống nhất chúng ta nên tìm trong website của các hãng, các website này cho phép chúng ta tải về phần mềm lập trình cho HMI, thư viện và thậm chí là cả chương trình mẫu do hãng cung cấp.
Một số website của các hãng Weintek, Delta, LS, Omron, Mitsubishi, Siemens, Scheider, ABB, Rockwell được liệt kê ở bảng dưới đây:
Hãng Website
Weintek https://www.weintek.com/globalw/
Delta https://www.deltaww.com/en-US/index
LS https://www.ls-electric.com/
Omron https://automation.omron.com/en/us/
Mitsubishi https://www.mitsubishielectric.com/fa/
Siemens https://www.siemens.com/global/en.html
Scheider https://www.se.com/vn/en/
ABB https://global.abb/group/en
Rockwell https://www.rockwellautomation.com/en-us.html
                     Bảng 1.1: Link website các hãng sản xuất thiết bị HMI
       
Với các đường trong bảng 1.1 khi truy cập chúng ta sẽ thấy mỗi hãng sẽ có rất nhiều sản phẩm mà họ đưa ra thị trường.
Hầu hết các website đưa các sản phẩm của họ vào mục Products , các sản phẩm như là PLC, HMI, Inverter, Driver,  Robots, v.v..
Một số hãng như Mitsubishi, Omron, Siemens có chuyên mục hỗ trợ đào tạo, các bạn có thể tham khảo ở các đường link dưới đây:
E-learning Mitsubishi:
https://www.mitsubishielectric.com/fa/assist/e-learning/vie.html#vt_ba
E-learning Omron:
https://automation.omron.com/en/us/support/training/online-learning
Siemens Automation Cooperates with Education:
https://new.siemens.com/us/en/products/automation/systems/sce.html

======================================================================================================================
LINK Video hướng dẫn download phần mềm lập trình HMI Mitsubishi từ Support của hãng:
https://www.youtube.com/watch?v=CdEr7cuk3LQ

 

Tác giả bài viết: Đỗ Văn Thăng

Nguồn tin: TopEdu