HMI là gì? Cấu tạo và ứng dụng của HMI trong hệ thống tự động hóa

Khi chuyển đổi số, tự động hóa công nghiệp ngày càng phát triển, việc tích hợp công nghệ vào các quy trình sản xuất công nghiệp đã trở thành yếu tố cốt lõi để tăng hiệu quả hoạt động và cạnh tranh trên thị trường. Một trong những công nghệ quan trọng nhất trong tiến trình này là HMI (Human-Machine Interface). HMI không chỉ đóng vai trò là cầu nối, mà còn là công cụ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thiểu lỗi trong quá trình vận hành. Vậy HMI là gì? Chúng có ứng dụng gì trong tự động hóa? Làm sao để triển khai hiệu quả. Cùng A.I Tech khám phá nhé

HMI là gì?

HMI, viết tắt của Human Machine Interface, là một hệ thống giao diện cho phép con người tương tác với máy móc hoặc thiết bị công nghiệp. Thông qua HMI, người dùng có thể giám sát, điều khiển và quản lý các hệ thống tự động hóa như SCADA, PLC,… từ những quy trình sản xuất phức tạp đến các thiết bị đơn giản.

Trước đây, HMI chỉ đơn giản là các bảng điều khiển cơ học với các nút bấm và đèn báo. Tuy nhiên, với sự tiến bộ của công nghệ, HMI đã phát triển thành các màn hình cảm ứng, giao diện đồ họa phức tạp và phần mềm điều khiển từ xa. Ngày nay, HMI không chỉ là công cụ hiển thị mà còn có khả năng xử lý dữ liệu và cung cấp phân tích thời gian thực, giúp người dùng đưa ra quyết định nhanh chóng và chính xác.

3 Loại HMI phổ biến

HMI có thể được phân loại theo nhiều cách, nhưng phổ biến nhất là phân loại dựa trên cấu trúc và cách thức hoạt động, dưới đây là 3 loại phổ biến.

• HMI dựa trên phần cứng: Là các thiết bị chuyên dụng như màn hình cảm ứng HMI, bảng điều khiển vật lý.
• HMI dựa trên phần mềm: Giao diện đồ họa trên máy tính hoặc thiết bị di động, cho phép điều khiển từ xa.
• Hệ thống HMI tích hợp: Kết hợp cả phần cứng và phần mềm, thường được sử dụng trong các môi trường công nghiệp phức tạp.

Cấu tạo chính của hệ thống HMI

Một hệ thống HMI thường được cấu thành từ ba thành phần chính: giao diện hiển thị, hệ thống điều khiển, và giao thức truyền thông.

Giao diện hiển thị: Đây là phần người dùng tương tác trực tiếp. Giao diện có thể là màn hình LCD, LED, hoặc màn hình cảm ứng, cho phép người dùng theo dõi trạng thái hệ thống và nhập lệnh điều khiển. 

Hệ thống điều khiển: HMI thường được tích hợp với các hệ thống điều khiển như PLC và SCADA. Hệ thống này cho phép HMI không chỉ hiển thị thông tin mà còn thực hiện các lệnh điều khiển, giám sát và phản hồi theo thời gian thực. Điều này đặc biệt quan trọng trong các môi trường yêu cầu tính chính xác cao.

Giao thức truyền thông: Để đảm bảo HMI có thể giao tiếp với các thiết bị và hệ thống khác, nó cần hỗ trợ các giao thức truyền thông công nghiệp như RS-232, RS-485, Ethernet, Modbus, và OPC-UA. Đây là các giao thức phổ biến trong giúp HMI kết nối với mạng lưới các thiết bị thông minh và thu thập dữ liệu từ xa.

Nguyên lý hoạt động của của HMI trong hệ thống tự động hóa

HMI  hoạt động như một giao diện trung gian, cho phép người vận hành tương tác với máy móc và hệ thống tự động hóa. Dưới đây là nguyên lý hoạt động của HMI trong hệ thống tự động hóa:

• Bước 1. Thu thập dữ liệu: HMI thu thập dữ liệu từ các cảm biến, PLC, và các thiết bị tự động hóa khác thông qua các  giao thức truyền thông.
• Bước 2. Xử lý và hiển thị dữ liệu: Sau khi nhận dữ liệu, HMI sẽ xử lý và hiển thị thông tin qua các màn hình giao diện như đồ thị, biểu đồ, số liệu thực tế, hoặc cảnh báo. 
• Bước 3. Tương tác: Người vận hành có thể tương tác với HMI thông qua màn hình cảm ứng, hoặc các thiết bị ngoại vi để điều khiển máy móc, thay đổi cài đặt, hoặc phản hồi các cảnh báo. HMI sẽ gửi các lệnh điều khiển này trở lại các thiết bị điều khiển để thực thi.
• Bước 4. Phân tích dữ liệu: Ngoài việc hiển thị và điều khiển, phần mềm xử lý HMI còn có khả năng phân tích dữ liệu thời gian thực và dự đoán xu hướng hoạt động của hệ thống.

Vai trò của HMI trong tự động hóa công nghiệp

Trong các ngành công nghiệp ngày nay, HMI đóng vai trò quan trọng trong việc tự động hóa quy trình sản xuất và quản lý vận hành. HMI không chỉ là công cụ giám sát mà còn là nền tảng để điều khiển và tối ưu hóa hoạt động sản xuất.

• Hỗ trợ vận hành trực quan: Giao diện HMI đơn giản, dễ hiểu, giúp người vận hành nắm bắt nhanh chóng tình trạng hoạt động của hệ thống. Thông qua các biểu đồ, đồ thị, hình ảnh động, các thông số kỹ thuật được hiển thị một cách rõ ràng, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và phân tích dữ liệu.
• Nâng cao hiệu suất hoạt động:Với HMI, người vận hành có thể điều khiển các thiết bị, máy móc một cách nhanh chóng và chính xác, từ đó giảm thiểu thời gian dừng máy, tăng năng suất lao động và hiệu quả sản xuất.
• Tăng cường an toàn: Với khả năng hỗ trợ giám sát liên tục, HMI giúp ngăn ngừa các sự cố tiềm ẩn và giảm thiểu nguy cơ tai nạn trong môi trường công nghiệp. Các lệnh điều khiển có thể được thực hiện ngay lập tức từ giao diện HMI, xử lý các lỗi, sự cố kịp thời.
• Tối ưu hóa chi phí, tăng tính linh hoạt: Bằng cách tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động, HMI giúp tiết kiệm chi phí vận hành. Ngoài ra HMI có khả năng tùy biến cao, cho phép người dùng cấu hình và điều chỉnh giao diện phù hợp với yêu cầu công việc của từng người và từng loại máy móc.

Ví dụ thực tế: Trong ngành sản xuất ô tô, HMI được sử dụng để giám sát và điều khiển dây chuyền lắp ráp. Với khả năng cung cấp thông tin chi tiết và phân tích thời gian thực, HMI giúp giảm thiểu sai sót trong quá trình lắp ráp và đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Một số lưu ý khi lựa chọn màn hình HMI cho hệ thống tự động hóa

Để đảm bảo hiệu quả vận hành và độ bền của thiết bị, khi lựa chọn màn hình HMI bạn sẽ cần quan tâm 4 yếu tố sau:

1. Môi trường lắp đặt: Khi chọn màn hình HMI, thì môi trường là yếu tố quan trọng đầu tiên cần xem xét. Ví dụ, trong các môi trường nhà máy sản xuất có tiếng ồn lớn hoặc nhiệt độ cao, bạn cần chọn màn hình HMI có khả năng chịu đựng các điều kiện bất lợi này. Điều này đảm bảo rằng thiết bị sẽ hoạt động ổn định và bền bỉ trong suốt quá trình sử dụng.
2. Kích thước: Kích thước màn hình HMI cần phù hợp với nhu cầu hiển thị thông tin và không gian làm việc. Các màn hình lớn, từ 7 inch đến 21 inch, hiện đang là xu hướng vì chúng cho phép hiển thị nhiều dữ liệu hơn, dễ dàng quản lý và vận hành.
3. Khả năng kết nối: Hãy đảm bảo rằng HMI có khả năng kết nối với các thiết bị hiện có trong hệ thống thông qua các giao thức phù hợp, cũng như hỗ trợ kết nối với cơ sở dữ liệu để lưu trữ và truy xuất dữ liệu, hoặc kết nối từ xa qua ứng dụng.
4. Cấu hình xử lý: HMI có cấu hình xử lý như CPU, RAM càng mạnh thì khả năng xử lý, hiện thị dữ liệu càng mượt mà, tránh được các đỗ trễ không cần thiết.

Lời kết

Qua những chia sẻ trên của A.I Tech, có thể thấy được HMI không chỉ đơn thuần là một giao diện kết nối, mà còn là chìa khóa để mở ra tiềm năng của hệ thống tự động hóa hiện đại. Với khả năng tương tác trực quan và linh hoạt, HMI giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả vận hành. Giúp các doanh nghiệp đưa ra quyết định sáng suốt trong việc triển khai các giải pháp tự động hóa, từ đó nâng cao khả năng cạnh tranh và phát triển bền vững.