Ban đầu, hầu hết các ứng dụng HMI nhúng đều được dành riêng để xử lý các tác vụ cụ thể trong một thiết bị. Một HMI nhúng điển hình sẽ được sử dụng để thay thế các nút, đèn báo, đồng hồ đo analog và bánh xoay trên bảng điều khiển máy đơn giản. Nó sẽ giao tiếp với bộ điều khiển của máy (thường là Bộ điều khiển logic lập trình (PLC)) qua liên kết truyền thông nối tiếp tốc độ thấp- và sẽ không giao tiếp với các thiết bị, bộ điều khiển hoặc máy tính khác.
Việc lập trình các HMI nhúng cơ bản này được thực hiện trên PC và chương trình đã biên dịch được tải xuống HMI thông qua giao tiếp nối tiếp. HMI nhúng sử dụng hệ điều hành (HĐH) và phần cứng độc quyền nên có thể tốn kém. Sau khi được lập trình, HMI nhúng không thể được sửa đổi hoặc thay đổi trừ khi nó được lập trình lại trên PC, HMI tắt và chương trình mới được tải.
Bất chấp những hạn chế và chi phí cao này, HMI nhúng mang lại những cải tiến to lớn về tính linh hoạt, hiệu suất và chi phí so với các giải pháp giao diện vận hành có dây-cứng hiện có.
Tiết kiệm đáng kể nhất là do loại bỏ đầu vào và đầu ra PLC cho tất cả các thiết bị giao diện người vận hành. Với các thiết bị giao diện người vận hành gắn trên bảng điều khiển được nối cứng-, mỗi nút bấm yêu cầu đầu vào PLC riêng biệt tương ứng, mọi đèn được điều khiển bởi một đầu ra PLC riêng biệt, mỗi đồng hồ đo đều yêu cầu một đầu ra PLC tương tự và mỗi núm vặn và chiết áp đều được kết nối với đầu vào PLC tương tự. Điều này không chỉ rất đắt tiền mà còn là một cơn ác mộng.
Với giao diện vận hành được nối dây cứng, chỉ cần thêm đèn báo là cần phải khoan lỗ trên bảng mặt trước của vỏ, lắp đặt đèn và bảng tên của chúng, kết nối đèn trở lại đầu ra PLC và lập trình lại PLC. điều này giả định rằng có đủ không gian ở mặt trước và các đầu ra PLC dự phòng. Ngược lại, nhiệm vụ lập trình lại HMI và PLC để thêm các ký hiệu chỉ báo bổ sung lại tương đối đơn giản.
Đối với máy móc và các ứng dụng khác yêu cầu số lượng lớn nút, đèn, đồng hồ đo, bánh xoay hoặc chiết áp-tất cả đều có HMI nhúng PLC I/O-tương ứng có thể giúp tiết kiệm chi phí đáng kể. Ngoài ra, HMI nhúng có thể cung cấp các tính năng nâng cao như xu hướng và biểu đồ, có thể thay thế máy ghi biểu đồ.
Sự phát triển của HMI
Để phát triển từ giao diện người vận hành máy cơ bản sang hệ thống tiên tiến, HMI nhúng sử dụng những thay đổi công nghệ tương tự đã thúc đẩy sự phát triển của hệ thống SCADA (tức là PC và hệ điều hành Windows).
Đầu những năm 1990, PC được đưa vào các nhà máy, xí nghiệp, thường lưu trữ SCADA và phần mềm tương tự trong phòng điều khiển. Cuối thế kỷ này, máy tính công nghiệp được giới thiệu cho phép các ứng dụng HMI tiên tiến di chuyển tới sàn nhà máy.
Sau một số lưỡng lự ban đầu trên thị trường do hiệu suất thời gian thực kém và việc Windows khởi động lại thường xuyên, các HMI tiên tiến dựa trên PC này đã trở thành tiêu chuẩn trên thực tế, gióng lên hồi chuông báo tử cho SCADA độc quyền và các hệ thống HMI tiên tiến khác.
Cuộc cách mạng tiếp theo xảy ra trong các lĩnh vực liên quan đến băng thông và mạng. Nhờ khả năng mở rộng của Ethernet, băng thông tăng lên đáng kể, cho phép các hệ thống dễ dàng kết nối với nhau, từ đó chấm dứt tình trạng tự động hóa.
Sự ra đời của các tiêu chuẩn mạng như TCP/IP và kiến trúc SCADA dựa trên PC ngày càng mở-đã cho phép ngày càng nhiều thiết bị từ xa như máy tính xách tay và PC văn phòng truy cập thông tin sàn nhà máy.
Sau sự ra đời của SCADA dựa trên PC-, sự ra đời của nền tảng Microsoft Windows CE OS đã cho phép các nhà phát triển cung cấp nhiều công cụ và khả năng của hệ thống SCADA dựa trên PC-cho nhiều thiết bị từ xa có dung lượng nhỏ hơn. Kết quả là nhiều nhà cung cấp đã cạnh tranh để xây dựng nền tảng-chi phí thấp, đẩy giá phần cứng xuống.
Đồng thời, Internet đã mở đường cho việc trao đổi thông tin giữa nhiều nền tảng phần cứng hơn, bao gồm các hệ thống HMI, PLC và SCADA nhúng. Các gói phần mềm HMI nhúng và nâng cao bắt đầu cung cấp khả năng truy cập từ xa, đầu tiên là từ trình duyệt và sau đó là từ ứng dụng. Đây không chỉ là yếu tố thuận tiện vì việc mang lại cho người vận hành và người quản lý khả năng xem thông tin từ mọi nơi đã giúp các nhà máy hoạt động hiệu quả hơn với ít lao động hơn.
Bằng cách sử dụng Windows CE và phiên bản Windows nhúng của nó làm hệ điều hành tiêu chuẩn, HMI nhúng trông và hoạt động giống các gói phần mềm HMI dựa trên PC- và Windows{1}}tiên tiến hơn. Đối với nhiều người dùng, HMI nhúng hiện đã quá đủ cho các ứng dụng của họ, cho phép họ chuyển đổi từ HMI dựa trên PC-. Điều này giúp tiết kiệm chi phí rất lớn vì mọi thứ liên quan đến HMI nhúng đều rẻ hơn nhiều, bao gồm phần mềm lập trình, giấy phép thời gian chạy, phí bảo trì phần mềm hàng năm và nền tảng mục tiêu.
Việc sử dụng HMI dựa trên PC-trong môi trường công nghiệp cần có PC và màn hình công nghiệp. Với HMI nhúng, một nền tảng được cải tiến về mặt công nghiệp có thể thực hiện vai trò tương tự với chi phí thấp hơn đáng kể. Phần mềm HMI nhúng hiện đại có thể nằm trên nền tảng nhúng với khả năng xử lý, bộ nhớ và tài nguyên phần cứng khác hạn chế nhưng vẫn cung cấp các tính năng nâng cao như giao diện đồ họa thân thiện với người dùng, truy cập từ xa, báo cáo theo thời gian thực và xu hướng của các chỉ báo hiệu suất chính.
Truy cập từ xa và giao diện thân thiện với người dùng-
Các kỹ sư và người vận hành mong đợi tính dễ sử dụng và chức năng giống như họ có được từ các thiết bị cá nhân trong môi trường làm việc của họ, đặc biệt là khi nói đến HMI. Với điện thoại thông minh và máy tính bảng ngày nay đặt kỳ vọng của người dùng về kết nối không dây, giao diện đồ họa và tính di động vượt trội, không có gì ngạc nhiên khi thiết bị điện tử tiêu dùng đang trở thành một thế lực chính trong HMI công nghiệp. Trên thực tế, nhiều tổ chức đang cắt giảm chi phí bằng cách đưa ra chính sách "Mang theo thiết bị của riêng bạn" (BYOD) cho phép nhân viên sản xuất sử dụng điện thoại thông minh và máy tính bảng của riêng họ làm HMI di động.
Người dùng HMI hiện đang kêu gọi trải nghiệm giao diện vận hành thống nhất trên tất cả các thiết bị. Họ muốn phần mềm HMI-dù được nhúng hay dựa trên PC{2}}-cung cấp trải nghiệm trang tổng quan giống nhau trên nhiều loại phần cứng, từ màn hình HMI nhúng đến điện thoại thông minh và máy tính bảng, bất kể hệ điều hành.
Đáp lại, một số gói phần mềm HMI nhúng hiện nay cung cấp những khả năng này. Các giải pháp phần mềm này tạo ra các ứng dụng cho thiết bị HMI nhúng có thể được truy cập từ PC, HMI nhúng khác, điện thoại thông minh và máy tính bảng.
Bằng cách cung cấp hỗ trợ HTML5, các giải pháp HMI này có thể dễ dàng truy cập vào màn hình HMI chính nhưng có kích thước phù hợp với mọi thiết bị hỗ trợ chuẩn HTML5. Chuẩn HTML5 giúp người dùng không phải tải xuống trình duyệt Internet chậm hoặc phải chờ hàng tháng để tạo ứng dụng cho thiết bị cụ thể của họ vì nó cho phép các nhà cung cấp phần mềm HMI nhúng nhanh chóng triển khai ứng dụng cho hầu hết mọi điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng. Khi các chính sách BYOD trở nên phổ biến hơn, hỗ trợ HTML5 sẽ trở thành một yêu cầu bắt buộc khi nhân viên sử dụng nhiều thiết bị tại nơi làm việc và yêu cầu các ứng dụng hoạt động tốt hơn trình duyệt.
Dữ liệu không chỉ phải được trình bày theo cùng một cách trên các thiết bị để nâng cao hiệu quả làm việc của nhân viên mà còn phải dễ dàng truy cập và thao tác. Mặc dù công nghệ-cảm ứng đa điểm có vẻ giống như một tính năng khác của "tôi cũng vậy", nhưng nó thực sự giúp người dùng thực hiện các lệnh nhanh hơn tới ba lần so với màn hình cảm ứng đơn-truyền thống.
Khi ngày càng có nhiều thiết bị cầm tay được sử dụng để truy xuất thông tin, người dùng cần một cách quen thuộc và nhanh chóng để tương tác với dữ liệu. Cảm ứng đa{1}}mang những khả năng quen thuộc của điện thoại thông minh và máy tính bảng vào các ứng dụng công nghiệp, chẳng hạn như cuộn, thu phóng, xoay đối tượng và xem chi tiết-. Thay vì lãng phí thời gian quý báu để di chuyển giữa các màn hình bằng menu-thả xuống và lệnh trong trường hợp khẩn cấp, người dùng-cảm ứng đa điểm có thể tìm thấy thông tin cần thiết, sau đó phóng to khu vực có vấn đề và thực hiện thay đổi trong vài giây.
Tương lai ở xung quanh chúng ta
Những tiến bộ trong HMI đã mở rộng phạm vi của các thiết bị giao diện tự động hóa công nghiệp và khi các ứng dụng trở nên tích hợp hơn, có thể một ngày nào đó nó sẽ được thay thế bằng một thuật ngữ mới, chẳng hạn như trực quan hóa. Khả năng này có thể còn lớn hơn khi thảo luận về HMI nhúng.
Thời của những HMI biệt lập, đắt tiền và độc quyền với chức năng hạn chế và chỉ người dùng đứng trước máy mới có quyền truy cập đang nhanh chóng kết thúc. Các ứng dụng HMI nhúng ngày nay cung cấp nhiều khả năng của SCADA và các hệ thống HMI tiên tiến khác nhưng ở mức giá hấp dẫn hơn nhiều, đặc biệt là đối với các ứng dụng-sàn nhà máy yêu cầu nền tảng nâng cao về mặt công nghiệp.
Mặc dù trong một số trường hợp vẫn cần người vận hành tại xưởng sản xuất, nhưng sự phổ biến của các thiết bị HMI từ xa giao tiếp với bộ điều khiển cục bộ và HMI sẽ làm tăng đáng kể khả năng di chuyển và năng suất của công nhân. Tương lai này sẽ không thay thế nhu cầu về con người nhưng sẽ tăng cường đáng kể khả năng tiếp cận của họ trên nhiều nhà máy và khu vực thực vật, cho phép họ nhanh chóng áp dụng kiến thức chuyên môn của mình để cải thiện hoạt động khi cần thiết.