
HMI thường được mô tả như màn hình trên máy, nhưng mô tả đó không có giá trị thực sự. Trong tự động hóa công nghiệp, giao diện người máy kết nối người vận hành với thông tin và lệnh được xử lý bởi PLC, bộ truyền động, cảm biến và các thiết bị điều khiển khác. HMI hữu ích giúp hiểu trạng thái máy dễ dàng hơn, điều tra lỗi dễ dàng hơn và quản lý các thay đổi vận hành thường lệ dễ dàng hơn.
Câu hỏi quan trọng không chỉ đơn giản là HMI là gì. Các kỹ sư và người mua cũng cần biết nó phù hợp như thế nào với kiến trúc điều khiển, điều gì thực sự khiến một HMI phù hợp với một ứng dụng và tại sao việc thay thế một bảng điều khiển cũ lại đòi hỏi nhiều thứ hơn là chỉ phù hợp với kích thước màn hình.
Hướng dẫn này tập trung vào những quyết định thực tế đó. Nó giải thích cách HMI hoạt động, cách nó có thể cải thiện hoạt động công nghiệp, những gì cần kiểm tra trước khi chọn một HMI và quy trình thay đổi như thế nào khi bạn thay thế HMI cũ.
HMI trong tự động hóa công nghiệp là gì và nó không phải là gì?
Vai trò của HMI
HMI công nghiệp là giao diện vận hành giữa con người và hệ thống điều khiển máy. Nó có thể hiển thị các giá trị quy trình, trạng thái máy, cảnh báo, xu hướng, công thức nấu ăn, số lượng sản xuất và thông tin chẩn đoán. Người vận hành được ủy quyền cũng có thể sử dụng nó để thay đổi điểm đặt, chọn chế độ vận hành, tải công thức nấu ăn hoặc ra lệnh.
HMI thường không thay thế PLC. PLC thực thi logic điều khiển, trong khi HMI trình bày dữ liệu liên quan và cung cấp cho người vận hành cách thức được kiểm soát để tương tác với logic đó.
Ví dụ: trên dây chuyền đóng gói, HMI có thể hiển thị tốc độ băng tải, số lượng sản phẩm, trạng thái truyền động và cảnh báo đang hoạt động. Người vận hành có thể chọn công thức hoặc yêu cầu khởi động máy, nhưng PLC vẫn đánh giá các điều kiện và thực hiện trình tự điều khiển.
HMI so với PLC và SCADA
Ba công nghệ này thường được sử dụng cùng nhau nhưng vai trò của chúng khác nhau.
|
Hệ thống |
Vai trò chính |
Logic điều khiển |
Phạm vi điển hình |
|
HMI |
Trực quan hóa và tương tác với người vận hành |
Thường không phải là công cụ logic chính |
Máy hoặc dây chuyền sản xuất |
|
PLC |
Kiểm soát thời gian thực và thực thi logic |
Đúng |
Máy, tế bào hoặc quy trình |
|
SCADA |
Giám sát giám sát, thu thập dữ liệu và phối hợp |
Phụ thuộc vào kiến trúc |
Dây chuyền, nhà máy hoặc nhiều hệ thống |
HMI cấp máy thường trao đổi dữ liệu trực tiếp với một hoặc nhiều PLC. Hệ thống SCADA có thể thu thập dữ liệu từ nhiều bộ điều khiển và cung cấp khả năng hiển thị cho nhà máy rộng hơn.
Để so sánh cấp độ hệ thống sâu hơn, hãy xemHướng dẫn PLC vs HMI vs SCADAthay vì biến bài viết này thành một so sánh kiến trúc khác.
HMI hoạt động như thế nào trong hệ thống tự động hóa thực sự?
Từ dữ liệu cảm biến đến màn hình vận hành
Đường dẫn điều khiển máy thông thường trông như thế này:
Cảm biến hoặc VFD → PLC → mạng công nghiệp → HMI → nhà điều hành
PLC nhận thông tin trường, thực thi chương trình điều khiển và cung cấp các thẻ hoặc thanh ghi đã chọn cho HMI. HMI chuyển đổi những giá trị đó thành màn hình dễ hiểu, chỉ báo trạng thái, cảnh báo, xu hướng và điều khiển vận hành.
Hướng cũng hoạt động ngược lại:
Đầu vào của người vận hành → HMI → PLC → bộ truyền động hoặc bộ điều khiển
Nếu người vận hành thay đổi điểm đặt được phép trên HMI, HMI sẽ ghi giá trị được yêu cầu vào bộ điều khiển. Logic PLC sau đó xác định cách sử dụng giá trị đó. Sự khác biệt này quan trọng vì HMI là một lớp tương tác, không chỉ đơn giản là màn hình cảm ứng gửi các lệnh không được điều khiển trực tiếp đến thiết bị.
HMI trao đổi thông tin gì?
Dữ liệu HMI điển hình rơi vào ba nhóm.
Dữ liệu giám sátbao gồm trạng thái máy, tốc độ động cơ, nhiệt độ, áp suất, số lượng sản xuất và giá trị quy trình.
Đầu vào của người vận hànhcó thể bao gồm các điểm đặt, chọn chế độ, chọn công thức, yêu cầu đặt lại hoặc lệnh bắt đầu và dừng.
Thông tin chẩn đoánbao gồm cảnh báo, mã lỗi, trạng thái thiết bị, thông báo bảo trì và các sự kiện lịch sử.
Dữ liệu chính xác phụ thuộc vào ứng dụng và chương trình điều khiển. Một máy độc lập đơn giản có thể chỉ sử dụng một vài màn hình, trong khi HMI dây chuyền sản xuất có thể yêu cầu các chức năng cảnh báo, xu hướng, công thức và bảo trì mở rộng.
Giao diện truyền thông HMI phổ biến
Cổng Ethernet vật lý không tự động có nghĩa là hai thiết bị có thể giao tiếp. Các kỹ sư nên tách biệt ba câu hỏi:
Giao diện vật lý nào có sẵn? Giao thức nào được sử dụng? HMI có hỗ trợ trình điều khiển bộ điều khiển cần thiết không?
Tùy thuộc vào nền tảng tự động hóa, giao tiếp HMI có thể liên quan đến Ethernet, kết nối nối tiếp, PROFINET, EtherNet/IP, Modbus TCP, OPC UA hoặc các giao thức khác.
Trước khi chọn HMI, hãy xác minh chính xác kiểu PLC, phương thức giao tiếp được yêu cầu, trình điều khiển HMI được hỗ trợ, yêu cầu về cổng và phần mềm kỹ thuật. Điều này đáng tin cậy hơn việc giả định khả năng tương thích chỉ từ tên thương hiệu hoặc loại đầu nối.
HMI cải thiện tự động hóa công nghiệp trong thực tế như thế nào
Giá trị của HMI sẽ dễ hiểu hơn khi mỗi chức năng được kết nối với một kết quả vận hành.
Phát hiện lỗi và khắc phục sự cố nhanh hơn
Khi máy dừng, HMI hữu ích có thể hiển thị cảnh báo đang hoạt động, thời gian xảy ra, trạng thái thiết bị liên quan, mã lỗi và thông tin xu hướng gần đây. Điều này có thể giúp nhân viên bảo trì thu hẹp vấn đề trước khi kiểm tra từng bộ phận.
Ví dụ: nếu bộ truyền động băng tải bị ngắt, HMI có thể hiển thị lỗi bộ truyền động cùng với phản hồi tốc độ và trạng thái máy tại thời điểm xảy ra sự kiện. HMI không sửa chữa ổ đĩa nhưng nó có thể rút ngắn đường dẫn từ “đường dừng” đến “đây là khu vực chúng ta cần điều tra”.
Vận hành máy ổn định hơn
Màn hình tiêu chuẩn, điểm đặt đã được phê duyệt, công thức nấu ăn, quyền của người dùng và các bước vận hành được hướng dẫn có thể làm giảm sự khác biệt không cần thiết giữa người vận hành và ca làm việc. Mục tiêu không phải là loại bỏ lỗi của con người. Đó là làm cho quy trình vận hành được phép được rõ ràng và thống nhất hơn.
Chuyển đổi sản phẩm nhanh hơn
Các ứng dụng dựa trên công thức có thể giảm việc nhập tham số thủ công lặp đi lặp lại. Trong các ứng dụng đóng gói, chế biến thực phẩm và theo mẻ, người vận hành có thể chọn công thức sản phẩm đã được phê duyệt và xác minh trạng thái máy mới thay vì nhập nhiều giá trị riêng biệt.
Quyết định bảo trì tốt hơn
Cảnh báo lịch sử, giờ chạy, lỗi lặp lại, xu hướng và màn hình chẩn đoán có thể giúp nhóm bảo trì xác định các mẫu. Nếu động cơ hoạt động liên tục trong cùng một điều kiện vận hành, xu hướng hoặc lịch sử sự kiện có thể giúp kỹ thuật viên điều tra nguyên nhân với nhiều bối cảnh hơn.
Chẩn đoán và hỗ trợ từ xa
Một số hệ thống cho phép truy cập HMI từ xa hoặc hỗ trợ chẩn đoán từ xa. Điều này có thể giúp kỹ sư nhà máy, người chế tạo máy hoặc nhà tích hợp hệ thống xem xét thông tin máy mà không cần trực tiếp đến bảng điều khiển. Quyền truy cập từ xa vẫn phải tuân theo các yêu cầu về an ninh mạng của trang web, bao gồm xác thực, quyền, thiết kế mạng và phân đoạn thích hợp.
|
Khả năng HMI |
Hiệu quả hoạt động |
KPI hoặc kết quả cần xem |
|
Lịch sử cảnh báo |
Điều tra lỗi nhanh hơn |
Thời gian trung bình để sửa chữa |
|
Quản lý công thức |
Thay đổi lặp lại nhiều hơn |
Thời gian chuyển đổi |
|
Hiển thị xu hướng |
Khả năng hiển thị sớm hơn về độ lệch quy trình |
Phế liệu hoặc làm lại |
|
Màn hình chẩn đoán |
Thông tin bảo trì tốt hơn |
Thời gian ngừng hoạt động |
|
Hướng dẫn vận hành |
Hành động của người vận hành nhất quán hơn |
Đào tạo và vận hành nhất quán |
Do đó, giá trị HMI phải được đánh giá bằng kết quả vận hành chứ không chỉ bằng thông số kỹ thuật của màn hình.
HMI công nghiệp được sử dụng ở đâu?
HMI công nghiệp được sử dụng ở bất cứ nơi nào người vận hành cần tương tác rõ ràng với thiết bị tự động.
TRONGsản xuất và đóng gói rời rạc, chúng thường hiển thị trạng thái máy, thông tin băng tải, trạng thái VFD, công thức nấu ăn, cảnh báo và điều khiển chuyển đổi.
TRONGứng dụng năng lượng và tiện ích, HMI có thể cung cấp khả năng hiển thị dữ liệu của bộ điều khiển, trạng thái thiết bị, giá trị xử lý, ổ đĩa, cảnh báo và các chức năng từ xa đã chọn. Của chúng tôiGiải pháp công nghiệp năng lượngtrang hiển thị cách các sản phẩm PLC, HMI và VFD có thể phù hợp với các môi trường này.
TRONGkiểm soát quá trình và môi trường, người vận hành có thể theo dõi nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, trạng thái lô, xu hướng và cảnh báo.
Vìnhà chế tạo máy và OEMViệc lựa chọn HMI cũng ảnh hưởng đến việc vận hành thử, tiêu chuẩn hóa người vận hành, khả năng tương thích PLC, thiết kế bảng điều khiển và lập kế hoạch phụ tùng thay thế trong tương lai.
Cách chọn HMI công nghiệp phù hợp: Danh sách kiểm tra thực tế
Việc lựa chọn HMI nên bắt đầu từ yêu cầu hệ thống chứ không phải với màn hình lớn nhất hay đơn giá thấp nhất.
|
Kiểm tra |
Những gì cần xác minh |
Tại sao nó quan trọng |
|
PLC và kiến trúc điều khiển |
Thương hiệu PLC, dòng chính xác, model, giao thức, trình điều khiển cần thiết |
Khả năng tương thích truyền thông thu hẹp các tùy chọn HMI phù hợp |
|
Nhu cầu về màn hình và người vận hành |
Khoảng cách xem, mật độ thông tin, yêu cầu về cảm ứng, găng tay, chìa khóa, khả năng đọc |
Vấn đề về khả năng sử dụng sau khi hệ thống có thể giao tiếp |
|
Cổng và giao thức |
Ethernet, nối tiếp, USB, cấu trúc liên kết mạng, hỗ trợ giao thức |
Các đầu nối tương tự không đảm bảo khả năng tương thích |
|
Môi trường |
Nhiệt độ, độ ẩm, bụi, tiếp xúc với nước, độ rung, mức bảo vệ cần thiết |
HMI phải phù hợp với điều kiện lắp đặt |
|
gắn kết |
Hình cắt của bảng điều khiển, kích thước bên ngoài, độ sâu, phần cứng lắp đặt, khe hở đầu nối |
Quan trọng đối với cả thiết kế và thay thế bảng điều khiển |
|
Phần mềm và phần cứng |
Phần mềm kỹ thuật, thời gian chạy, chương trình cơ sở, tệp dự án, trình điều khiển |
Khả năng tương thích phần cứng không đảm bảo khả năng tương thích của dự án |
|
Chức năng dữ liệu và báo động |
Ghi nhật ký, xu hướng, công thức nấu ăn, lịch sử cảnh báo, quản lý người dùng, chức năng từ xa |
Các tính năng cần thiết phải phù hợp với ứng dụng |
|
Vòng đời |
Tình trạng hiện tại, sản phẩm đã ngừng sản xuất, lộ trình di chuyển, tính sẵn có của dự phòng |
Quan trọng đối với các máy dự kiến sẽ tiếp tục hoạt động |
|
Bảo mật và quyền truy cập |
Vai trò người dùng, xác thực, kiến trúc truy cập từ xa, chính sách mạng |
Nhiều kết nối hơn tạo ra các yêu cầu truy cập bổ sung |
|
Tổng chi phí |
Phần cứng, phần mềm, kỹ thuật, vận hành, di chuyển, thời gian ngừng hoạt động, phụ tùng thay thế trong tương lai |
Giá mua chỉ là một phần quyết định |
Một lĩnh vực đáng được quan tâm nhiều hơn: khả năng tương thích phần mềm và phần sụn. Bảng điều khiển thay thế có thể vừa với vỏ và sử dụng cổng giao tiếp chính xác nhưng vẫn yêu cầu chuyển đổi dự án, môi trường kỹ thuật khác hoặc công việc phần mềm cơ sở. Kiểm tra thế hệ và phiên bản chính xác thay vì coi dòng sản phẩm là một nền tảng có thể hoán đổi cho nhau.
Bạn đã có mã bộ phận HMI chưa?Nếu bạn đang tìm nguồn cung ứng cho một đơn vị hiện có thay vì thiết kế một hệ thống mới, bạn có thể chuyển thẳng đến phần kiểm tra chính xác về mẫu mã và tính khả dụng. Duyệt qua của chúng tôiDòng sản phẩm HMIhoặc chuẩn bị thông tin trong danh sách kiểm tra thay thế bên dưới.
Dự án HMI mới và thay thế HMI cũ: Quá trình lựa chọn là khác nhau
Đối với một dự án tự động hóa mới
Một dự án mới mang lại cho nhóm kỹ thuật nhiều tự do hơn. Một thứ tự thực tế là:
Yêu cầu ứng dụng → Kiến trúc PLC → giao tiếp → Chức năng HMI → hiển thị và môi trường → phần mềm → vòng đời
Mục tiêu là chọn một nền tảng phù hợp với máy hiện tại trong khi vẫn có thể bảo trì được trong suốt thời gian sử dụng dự kiến.
Đối với máy hiện có
Việc thay thế bắt đầu từ hệ thống đã được lắp đặt chứ không phải từ thông số kỹ thuật mới lý tưởng.
Sử dụng thứ tự này:
Số bộ phận HMI hiện tại → PLC hoặc bộ điều khiển → sao lưu dự án → giao tiếp → chương trình cơ sở và phần mềm → phần cắt và đầu nối → khả năng thay thế
Nếu máy ngừng hoạt động, ưu tiên trước mắt có thể là khôi phục hoạt động với thay đổi kỹ thuật tối thiểu. Nếu việc thay thế được lên kế hoạch, có thể có nhiều thời gian hơn để đánh giá nền tảng mới hơn.
Tại sao HMI trông giống nhau có thể không tương thích
Hai tấm nền có thể có cùng kích thước hiển thị nhưng vẫn khác nhau ở một số điểm quan trọng.
Sự khác biệt về phần cứng có thể bao gồm kích thước lỗ khoét, yêu cầu về nguồn điện, đầu nối và độ sâu lắp đặt. Sự khác biệt về giao tiếp có thể bao gồm hỗ trợ giao thức và trình điều khiển. Sự khác biệt về phần mềm có thể bao gồm phần sụn, phần mềm kỹ thuật, phiên bản thời gian chạy và các yêu cầu chuyển đổi dự án. Các thế hệ khác nhau trong cùng một thương hiệu cũng có thể sử dụng các môi trường phát triển khác nhau.
Kích thước màn hình giống nhau không có nghĩa là phải thay thế.
Đây là nơi hướng dẫn cụ thể về thương hiệu trở nên hữu ích. Nếu bạn đang làm việc với thiết bị Rockwell, chúng tôiAllen-Hướng dẫn lựa chọn và thay thế Bradley PanelViewbao gồm các dòng PanelView và các câu hỏi về phần mềm, chương trình cơ sở và số danh mục bổ sung áp dụng cho hệ sinh thái đó.
Bạn nên chuẩn bị thông tin gì trước khi tìm nguồn HMI thay thế?
Một yêu cầu hoàn chỉnh giúp giảm bớt việc qua lại trước khi có thể thảo luận về tính khả dụng hoặc khả năng tương thích.
|
Thông tin |
Tại sao nó giúp |
|
nhà sản xuất |
Xác định hệ sinh thái sản phẩm |
|
Toàn bộ phần hoặc số danh mục |
Xác định cấu hình phần cứng chính xác |
|
Ảnh bảng tên rõ ràng |
Giúp xác nhận chi tiết về model, series, nguồn hoặc bản sửa đổi |
|
PLC hoặc mô hình bộ điều khiển |
Cung cấp bối cảnh hệ thống điều khiển |
|
Giao diện truyền thông |
Giúp xác định các yêu cầu về mạng và giao thức |
|
Trạng thái dự án hoặc dự phòng |
Ảnh hưởng đến rủi ro di chuyển và lập trình |
|
Thông tin về việc cắt hoặc lắp bảng điều khiển |
Giúp đánh giá sự thay thế vật lý |
|
Số lượng và ngày giao hàng yêu cầu |
Làm rõ tính cấp bách của việc mua sắm |
Nếu bạn đã có số bộ phận hoặc ảnh bảng tên rõ ràng, hãy gửi kèm theo yêu cầu của bạn. Đối với một dự án thay thế, mô hình PLC và trạng thái dự phòng của dự án cũng đặc biệt hữu ích.
Những lỗi lựa chọn HMI thường gặp
Lựa chọn theo kích thước màn hình thôi.Kích thước màn hình nói rất ít về giao tiếp, phần mềm, cách lắp đặt hoặc khả năng tương thích của dự án.
Giả sử cùng một thương hiệu có nghĩa là khả năng tương thích tự động.Các thế hệ sản phẩm, trình điều khiển bộ điều khiển, phần mềm kỹ thuật và chương trình cơ sở có thể thay đổi trong cùng một nhà sản xuất.
Bỏ qua tệp dự án và phần mềm kỹ thuật.Một sự thay thế tương thích về mặt cơ học vẫn có thể tạo ra công việc kỹ thuật bổ sung nếu ứng dụng hiện có không thể được chuyển giao trực tiếp.
Bỏ qua vòng đời sản phẩm.Một HMI giải quyết được vấn đề ngày nay vẫn có thể tạo ra vấn đề về phụ tùng thay thế sau này nếu trạng thái vòng đời và tính khả dụng trong tương lai không được xem xét.
Thêm quyền truy cập từ xa mà không có kế hoạch bảo mật.Các chức năng từ xa phải được thiết kế cùng với quyền của người dùng, xác thực, kiến trúc mạng và chính sách bảo mật của nhà máy.
Khi nào bạn nên thay thế Like bằng Like và khi nào bạn nên nâng cấp?
Không có câu trả lời đúng duy nhất. Quyết định phụ thuộc vào thời gian ngừng hoạt động, khả năng tương thích, tài nguyên kỹ thuật, tuổi thọ còn lại của máy và rủi ro hỗ trợ.
|
Tình huống |
Hướng đánh giá đầu tiên |
|
Sản xuất phải khởi động lại nhanh chóng |
Thay thế chính xác hoặc gần tương thích |
|
Nền tảng hiện tại vẫn có thể duy trì được |
Thích để thay thế tương tự có thể giảm thiểu sự thay đổi |
|
HMI gốc đã lỗi thời |
So sánh sự thay thế có sẵn với di chuyển theo kế hoạch |
|
Cần có chức năng mới |
Đánh giá nền tảng HMI mới hơn |
|
Tệp dự án hoặc phần mềm không có sẵn |
Xem xét khả năng tương thích và phạm vi kỹ thuật trước khi đặt hàng |
|
Máy sẽ vẫn hoạt động trong nhiều năm |
Đưa vòng đời và chiến lược dự phòng trong tương lai vào quyết định |
HMI mới hơn không tự động là lựa chọn có chi phí thấp hơn. Việc di chuyển có thể liên quan đến phần mềm, lập trình, thay đổi mạng, sửa đổi bảng điều khiển, xác nhận và thời gian ngừng sản xuất. Mặt khác, việc liên tục tìm nguồn cung ứng bảng điều khiển lỗi thời có thể trở nên khó khăn đến mức việc nâng cấp theo kế hoạch trở nên thực tế hơn.
Cách tự động hóa SZCT hỗ trợ lựa chọn và thay thế HMI
SZCT Automation cung cấp các sản phẩm tự động hóa công nghiệp trên HMI, PLC, VFD và các danh mục điều khiển liên quan. Dòng sản phẩm HMI hiện tại của chúng tôi bao gồm các sản phẩm của ABB, Allen-Bradley, Mitsubishi, Omron, Schneider và Siemens.
Nếu bạn đã biết số bộ phận cần thiết, hãy bắt đầu với danh mục thương hiệu phù hợp và kiểm tra kiểu máy chính xác. Nếu bạn đang thay thế bảng điều khiển cũ hơn, hãy cung cấp số bộ phận đầy đủ, ảnh bảng tên, kiểu PLC, số lượng và mọi thông tin liên lạc hoặc dự án đã biết.
Đối với các câu hỏi kỹ thuật dành riêng cho thương hiệu, hãy sử dụng các hướng dẫn kỹ thuật liên quan của chúng tôi thay vì coi mọi HMI là có thể hoán đổi cho nhau. Để tìm nguồn cung ứng sản phẩm, bước tiếp theo là xác định yêu cầu phần cứng chính xác và sau đó xác nhận tính khả dụng thông quaYêu cầu báo giá.
Phần kết luận
Việc chọn HMI công nghiệp nên bắt đầu từ ứng dụng, kiến trúc điều khiển và các yêu cầu về khả năng tương thích chứ không chỉ với kích thước màn hình. Đối với các dự án mới, thiết kế từ yêu cầu hệ thống trở đi. Đối với các thiết bị thay thế cũ, hãy thực hiện ngược từ số bộ phận, bộ điều khiển, phần mềm, giao tiếp và cài đặt vật lý đã cài đặt.
Nếu bạn đang thay thế HMI hiện có, trước tiên hãy thu thập thông tin về bảng tên. Bước duy nhất đó có thể ngăn ngừa nhiều lỗi phổ biến nhất trong việc lựa chọn và tìm nguồn cung ứng.
Câu hỏi thường gặp

HMI trong tự động hóa công nghiệp là gì?
HMI giao tiếp với PLC như thế nào?
Sự khác biệt giữa HMI và PLC là gì?
HMI có thể hoạt động với PLC của nhà sản xuất khác không?
HMI lỗi thời có thể được thay thế bằng mẫu mới hơn không?
Cần có thông tin gì để xác định HMI thay thế?
