Phát triển giao diện tự động hóa, HMI và OIT

HMI và các thiết bị giao diện người vận hành khác được thiết kế để hoạt động trong môi trường khắc nghiệt và kết hợp các yếu tố tốt nhất của giao diện truyền thống với các công nghệ hiện đại có sẵn trên thị trường.

Các hệ thống tự động hóa quy trình và máy công nghiệp phải giám sát các điều kiện, ra lệnh cho thiết bị và phối hợp điều khiển. Các nhà phát triển thực hiện các chức năng này bằng cách kết hợp nhiều loại công nghệ tự động hóa công nghiệp, chẳng hạn như cảm biến và dụng cụ, mô-đun đầu vào/đầu ra (I/O) và điều khiển kỹ thuật số. Tuy nhiên, ngay cả những máy tiên tiến nhất cũng không tự vận hành, nghĩa là một số dạng giao diện người vận hành phải được cung cấp cùng với hệ thống tự động hóa.

Các thiết bị điện tử cho phép người vận hành giao tiếp với các hệ thống tự động được gọi chung giao diện người máy (HMI)… Đôi khi có thể gọi nhiều thiết bị chuyên dụng hơn được tích hợp trong một nền tảng điện toán ngoài PC thiết bị đầu cuối giao diện người vận hành (OIT).

Việc tích hợp HMI và thiết bị đầu cuối OIT vào hệ thống tự động hóa là rất quan trọng vì nhiều lý do. Chúng cung cấp nhiều tùy chọn giao diện hơn so với các đơn vị bảng điều khiển đơn giản và nếu cần thực hiện các thay đổi, HMI hoặc OIT thường có thể được cấu hình lại hoặc lập trình lại với chi phí thấp hơn.

Tuy nhiên, chức năng mở rộng này của giao diện người vận hành vẫn có một số nhược điểm và làm tăng chi phí của HMI và phức tạp hóa việc bảo trì. Để khắc phục những thiếu sót này, các HMI mới nhất được thiết kế với các giải pháp truyền thống đã được chứng minh bằng cách sử dụng các công nghệ thương mại mới nhất hiện có.

Điểm yếu của thiết bị đầu cuối HMI và OIT truyền thống

Thế hệ đầu tiên của HMI và OIT được thiết kế để cho phép người dùng khởi động và dừng thiết bị, hiểu hoạt động của hệ thống và thực hiện các thay đổi.

Các tính năng như báo động và ghi nhật ký sự kiện, lưu trữ dữ liệu lịch sử và xu hướng đã được thêm vào trong những năm qua. Cấu hình thiết bị đầu cuối HMI và OIT có thể được sao chép và lưu lại, đồng thời các thiết bị mới có thể được triển khai tương đối nhanh nếu thiết bị ban đầu bị hỏng hoặc không hoạt động.

Với khả năng kết nối mạng được cải thiện, đặc biệt là Ethernet và Wi-Fi, HMI không còn cần phải được cài đặt gần tài nguyên nữa. Nhiều HMI có thể được cài đặt ở một vị trí phù hợp như phòng điều khiển, xe hơi và văn phòng.

Các HMI này, cùng với các thiết bị đầu cuối OIT, có nhiều ưu điểm so với các bảng có dây, nhưng chúng cũng có một số nhược điểm.

Ví dụ bao gồm những điều sau đây:

• hạn chế áp đặt bởi phần cứng và phần mềm đặc biệt,
• chi phí ban đầu cao,
• chi phí bảo trì và bảo trì liên tục,
• sự phức tạp và chi phí quản lý giấy phép,
• đào tạo tốn kém của kỹ thuật viên và các nhà khai thác,
• sự phức tạp của việc tích hợp nhiều nền tảng,
• những công nghệ lạc hậu.

Các thiết bị đầu cuối giao diện người vận hành, điển hình là các hệ thống đóng và đặc biệt, đang nhanh chóng được thay thế bằng các lựa chọn thay thế cởi mở hơn. Tất cả hình ảnh lịch sự của Opto 22

Các thiết bị đầu cuối OIT chuyên dụng có thể sẽ sử dụng phần cứng và phần mềm đặc biệt.

Bởi vì các thiết bị được thiết kế dành riêng cho thị trường công nghiệp, chúng không thể thu được lợi ích thương mại ở mức độ mà chúng thường được sử dụng cho thiết bị điện tử tiêu dùng và do đó đắt hơn về tỷ lệ giá/chất lượng. Tuy nhiên, chúng được thiết kế theo kiểu truyền thống cho môi trường công nghiệp và cung cấp giải pháp thiết thực và đáng tin cậy.

Do có sẵn các HMI dựa trên PC tiên tiến hơn, thiết bị này được coi là đáng đồng tiền bát gạo so với các giải pháp trước đó và mang lại cho người dùng tính linh hoạt và khả năng kết nối. Tuy nhiên, một trong những nhược điểm là nhu cầu ngày càng tăng đối với dịch vụ và bảo trì liên tục.

Người dùng hiện mong đợi đồ họa hoàn hảo, các bản cập nhật và cải tiến miễn phí thường xuyên cho hệ điều hành và các ứng dụng trên thiết bị.

Điện tử tiêu dùng tiên tiến đã thúc đẩy người dùng cuối dựa vào HMI đa phương tiện và trực quan trên tất cả các loại thiết bị có khả năng truy cập di động thuận tiện. Được thiết kế cho kết nối Ethernet và USB, plug-in Groov Edge cho phép các nhà phát triển tạo các ứng dụng dựa trên kết nối và dữ liệu cho các thiết bị tự động và Internet vạn vật (IoT).

Tuy nhiên, sự đổi mới trong thị trường công nghiệp có phần chậm hơn vì nó tương đối nhỏ so với thị trường tiêu dùng lớn hơn nhiều—chưa kể đến sự bảo thủ hơn nhiều so với thị trường điện tử cá nhân cao cấp.

Công nghệ HMI mới

Thế hệ HMI mới nhất giải quyết từng thiếu sót này bằng cách điều chỉnh các công nghệ thương mại, kết hợp và xây dựng trên các tính năng tốt nhất của các thế hệ thiết bị đầu cuối HMI và OIT trước đây.

Lợi ích có thể có:

Công nghệ nguồn mở: Lý tưởng nhất là HMI hiện đại kết hợp độ tin cậy và dễ sử dụng của thiết bị đầu cuối OIT truyền thống với hiệu suất và chi phí của HMI dựa trên PC.

Sự kết hợp này có thể thực hiện được nếu nền tảng phần cứng dựa trên hệ điều hành thời gian thực nguồn mở chẳng hạn như Linux không yêu cầu bất kỳ chi phí mua lại hoặc phí giấy phép nào.

Dấu chân nhỏ, các thành phần có thể tráo đổi nóng có thể làm cho nền tảng này dễ vận hành. Phần cứng được thiết kế tốt cho phép nó được sử dụng ngay cả trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt đồng thời mang lại hiệu suất ngang với PC.

Cấu hình có sẵn: Có thể tùy chỉnh, nhưng không bắt buộc, vì thiết bị HMI hiện đại bao gồm các tính năng tiêu chuẩn tích hợp để đáp ứng hầu hết các nhu cầu.

Phần mềm PC cho cấu hình HMI có giá phải chăng và không yêu cầu bất kỳ hạn chế nào về phí bản quyền. Người dùng cuối có thể tập trung vào việc sử dụng HMI ở nơi phù hợp nhất mà không phải lo lắng về việc đánh dấu hoặc giới hạn thời gian chạy.

Dễ sử dụng: Một tập hợp các tùy chọn phát triển giúp HMI nâng cao dễ dàng truy cập đối với các nhà phát triển mới để xây dựng các ứng dụng cơ bản, nhưng có thể được mở rộng hoàn toàn cho các lập trình viên có kinh nghiệm để phát triển các ứng dụng của riêng họ với quyền truy cập an toàn bổ sung vào trình bao.

Các OEM thường cần sự linh hoạt này để lập trình các thuật toán hướng máy và thậm chí các thuật toán tùy chỉnh bằng C/C++, Python và các ngôn ngữ khác.

Màn hình tích hợp và cổng linh hoạt: Màn hình tích hợp có sẵn trên một số thiết bị có thể là quá đủ HMI cho nhiều ứng dụng, mặc dù kết nối HDMI cho phép sử dụng màn hình cục bộ lớn hơn nếu cần. Ngoài ra, nhiều cổng Ethernet và USB và mô-đun I/O giúp dễ dàng kết nối với bất kỳ thiết bị hoặc hệ điều hành nào.

Kết nối mạng và đám mây: Các HMI hiện đại thậm chí có thể cung cấp nhiều năng lượng hơn khi người dùng sử dụng kết nối mạng và đám mây. Dữ liệu có thể được chia sẻ an toàn giữa các cơ sở dữ liệu và hệ thống và khả năng hiển thị HMI có thể được mở rộng tới bất kỳ máy tính hoặc thiết bị di động được ủy quyền nào. Có thể lưu trữ trình duyệt web .

Thiết bị di động: Tính di động là một yếu tố quan trọng khác của HMI hiện đại. Sau khi thiết bị cơ sở được cài đặt và định cấu hình, bất kỳ thiết bị di động nào cũng có thể kết nối an toàn và trở thành một giao diện người-máy khác, giúp kỹ thuật viên và người vận hành linh hoạt hơn. Các nhà phát triển có thể tập trung nhiều hơn vào việc duy trì và quản lý HMI đồng thời loại bỏ chi phí và độ phức tạp của các nền tảng cơ bản.

Thế hệ HMI mới nhất kết hợp các tính năng tốt nhất của các sản phẩm truyền thống với các công nghệ mạng, phần mềm và phần cứng mã nguồn mở hiện đại để giải quyết những thách thức này.

Bởi vì những HMI mới này có thể được kết nối mạng và triển khai dễ dàng và liền mạch trên bất kỳ thiết bị di động điển hình nào, người dùng cuối nhận thấy rằng công nghệ tiên tiến đáp ứng nhu cầu của họ với mức giá mà họ có thể mua được.

Benson Hoagland, Phó Giám đốc Tiếp thị, Opto 22 (một công ty sản xuất chuyên về các sản phẩm phần cứng và phần mềm cho tự động hóa công nghiệp, giám sát từ xa và thu thập dữ liệu).