BÁO CÁO TIN NGHIÊN CỨU VỀ HMI,Human- Machine- Interface, giao diện người- máy

BÁO CÁO ,TIN NGHIÊN CỨU VỀ HMI,Human- Machine- Interface, giao diện người- máy

I HMI là gì?

1 Cơ bản về HMI

HMI là viết tắt của Human- Machine- Interface, có nghĩa

là giao diện người- máy, hiểu đơn giản là một thiết bị giữa người điều hành thiết kế với máy móc thiết bị

Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà con người “ giao diện” với một máy móc thì đó là HMI Cảm ứng trên một lò viba là một HMI, hệ thống số điều khiển trên máy giặt, bảng hướng dẫn lụa chọn phần mềm hoạt động từ xa trên ti vi đều là HMI, Bộ truyền và cảm ứng trước kia đềukhông có HMI, nhiều thiết bị trong số đó thậm trí không

có HMI đơn giản như một hiển thị đơn thuần Rất nhiều trong số đó không có hiển thị, chỉ với một tín hiệu đầu ra Một số có HMI thô sơ, một hiển thị ACSII đơn hoặc hai dòng ACSII với tập hợp các arrow( mũi tên) cho lập trình, hoặc mười phím nhỏ Có rất ít các thiết bị hiện trường, cảm biến và bộ phân tích từng có bảng HMI thực sự có khả năng cung cấp đồ họa tốt, có cách thức nhập dữ liệu vàlệnh đơn giản dễ hiểu, đồng thời cung cấp một cửa sổ có

độ phân giải cao cho quá trình

HMI sử dụng toàn bộ máy tính và màn hình hiển thị thì hạn chế đối với các phòng điều khiển bởi vì mạch máy tính, màn hình và ổ đĩa dễ hỏng Vỏ bọc được phát triển đểgiúp cho HMI sử dụng máy tính có thể định vị bên ngoài sàn nhà máy, nhưng rất rộng, kềnh càng và dễ hỏng do sứcnong, độ ẩm, sự rửa trôi và các sự cố khác ở sàn nhà máy HMI máy tính trước đây cũng tiêu thụ rất nhiều điện năng.Một máy tính cá nhân để bàn trước đây cũng có công suất 200W

2 Hỗ trợ người vận hành.

Khi các quá trình ở sàn nhà máy được tự động hóa nhiều hơn, người điều khiển cần có thêm nhiều thông tin về quá trình và yêu cầu về hiển thị cho nên điều khiển nội bộ trở nên phức tạp hơn Một trong những đặc điểm tiến bộ tronglĩnh vực này là hiển thị dạng cảm ứng Điều này giúp cho người điều khiển chỉ cần đơn giản ấn từng phần của hiển thị có một nút ảo trên thiết bị để thực hiện hoạt động hay nhận hiển thị Nó cũng loại bỏ yêu cầu bàn phím, chuột hay gậy điều khiển, ngoài trừ công tác lập trình phức tạp ít gặp có thể được thực hiện ở quá trình rửa trôi

Một ưu điểm khác nữa là hiển thị dạng tinh thể lỏng Nó chiếm ít không gian hơn, mỏng hơn dạng hiển thị CRT, và

do đó được sử dụng trong những không gian nhỏ Ưu điểmlớn nhất là trong các máy tính nhúng có hình dạng nhỏ gọngiúp nó thay thế hiển thị hai đường trwn một công cụ

thông thường hay trên bộ truyền với một HMI có đầy đủ tính năng

Người điều khiển làm việc trong không gian rất hạn chế tạisàn nhà máy Đôi khi không có chỗ cho họ, các công cụ, phụ tùng và HMI có lớn nên họ cần có HMI có thể di chuyển được

II Các thiết bị HMI truyền thống.

1 HMI truyền thống bao gồm:

 Thiết bị nhập thông tin: công tắc chuyển mạch, nút bấm…

 Thiết bị xuất thông tin: đèn báo, còi, đồng hồ đo, các

2 Nhược điểm của HMI truyền thống:

 Thông tin không đầy đủ

 Thông tin không chính xác

 Khả năng lưu trữ thông tin hạn chế

 Độ tin cậy và ổn định thấp

 Đối với hệ thống rộng, phức tạp: độ phức tạp rất cao

và khó mở rộng



III Các thiết bị HMI hiện đại.

Do sự phát triển của công nghệ thông tin và công nghệ vi điện tử, HMI ngày nay sử dụng các thiết bị tính toán mạnh mẽ

1 HMI hiện đại chia làm hai loại chính:

 HMI trên nền PC và Windows/MAC: SCADA

 HMI trên nền máy tính nhúng: HMI chuyên dụng

 Ngoài ra còn một số loại HMI biến thể khác

MobileHMI dùng Palm, PocketPC

2 Các ưu điểm của HMI hiện đại:

 Tính đầy đủ kịp thời và chính xác của thông tin

 Tính mềm dẻo, dế thay đổi bổ xung thông tin cần thiết

 Tính đơn giản của hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành

và sửa chữa

 Có khả năng kết nối, kết nối nhiều loại thiết bị và nhiều loại giao thức

 Khả năng lưu trữ cao

3 Vị trí của HMI trong hệ thống tự động hóa hiện đại:

 Đóng vai trò là thiết bị tương tác giữa người vận hành và máy tự động.

 Đôi khi còn sử dụng để điều khiển và thu thập dữ liệu hoặc lưu trữ và in ấn

 Các công cụ xây dựng HMI

 Các công cụ kết nối, nạp chương trình và gỡ rối

 Các công cụ mô phỏng

 Truyền thông:

 Các cổng truyền thông

 Các giao thức truyền thông

5 Các thông số đặc trưng của HMI.

 Độ lớn màn hình: Quyết định thông tin cần hiển thị cùng lúc trên HMI

 Dung lượng bộ nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu, Flash dữ liệu: quyết định số lượng đa biến số và dung lượng lưu trữ thông tin

 Số lượng các phím và các phím cảm ứng trên màn

 Chuẩn truyền thông, các giao thức hỗ trợ.

 Số lượng các đối tượng, hàm lệnh mà HMI hỗ trợ

 Các cổng mở rộng: Printer, USB, CF, PCMCIA, PC100…

6 Quy trình xây dựng hệ thống HMI:

a Lựa chọn phần cứng

 Lựa chọn kích cỡ màn hình: trên cơ sở số lượng thông số/ thông tin cảm biến hiển thị đồng thời Nhu cầu về đồ thị, đồ họa…

 Lựa chọn số phím cứng, số phím cảm ứng tối đa cùng sử dụng một lúc

 Lựa chọn các cổng mở rộng nếu có nhu cầu, in ấn,đọc mã vạch, kết nối các thiết bị ngoại vi khác

 Lựa chọn dung lượng bộ nhớ: theo số lượng thông

số cần thu thập dữ liệu, lưu trữ liệu, số lượng trangmàn hình cần hiển thị

b Xây dựng giao diện:

 Cấu hình phần cứng: chọn phần cứng, chuẩn giao thức…

 Xây dựng các màn hình

 Gán các biến số cho các đối tượng

 Sử dụng các đối tượng đặc biệt

 Vết các chương trình script tùy chọn

 Mô phỏng và gỡ rối chương trình

 Nạp thiết bị xuống HMI

7 Các thuật ngữ và khái niệm cơ bản của HMI:

a Màn hình (Screen):

 Là thành phần của phần mềm ứng dụng HMIđược xây dựng trên công cụ phần mềm phát triển HMI và được nạp xuống thiết bị để chạy.

 Là nơi chứa đựng các đối tượng (object), cácbiến số (tags), các chương trình dạng ngữ cảnh (script)

b Biến số (tags):

 Gồm các biến số nội tại bên trong hệ điều hành thiết bị HMI, dùng để làm các biến số trung gian trong quá trình tính toán, các biến

số quá trình trong các thiết bị trên mạng điềukhiển: trên PLC, trong thiết bị đo lường thông minh, trong các thiết bị nhúng và controller khác…

c Kiểu biến: (kiểu biến số: tag type/ data type)

 Script đối tượng (object script): là script chỉ tác động đến đối tượng đó Thường là các đoạn mã chương trình viết cho các sự kiện (event ) của đối tượng Ví dụ script button,

e Trend:

 Là dạng đồ thị biểu diễn sự thay đổi của một biến (tag) theo thời gian Có hai loại trend chính: Trend hiện thời và trend quá khứ

f Cảnh báo Alarm:

 Là một loại một đối tượng để đưa ra các đối tượng hay sự cố cho hệ thống

IV GOT là gì?

1 Khái niệm về GOT.

GOT (Graphic Operation Terminal) có thể xem là một bảng vận hành điện tử (electronic panel) mà có thể đặt lên

đó màn hình giám sát, các nút vận hành, đèn báo,vùng hiển thị dữ liệu cùng các chức năng khác

GOT là một Panel vận hành hệ thống điện tử, mà có thể đặt lên đó mọi thứ cần thiết choviệc vận hành một cách

linh hoạt, dễ thay đổi, dễ sửa chữa và tiết kiệm hơn so với các panel truyền thống.

2 Giao diện hiển thị trên GOT.

Màn hình hiển thị trên GOT được tạo ra trên máy tính nhờ phần mềm chuyên dụng GT Designer

Sử dụng GT Designer ta có thể tạo ra các chức năng cho GOT bằng cách đặt vào màn hình hiển thị các thành phần

có chức năng tương ứng như: công tắc, đèn, hiển thị số,…

Và các đối tượng khác Sau đó, ta thực hiện cài đặt các thuộc tính, chức năng hoạt động kết nối với CPU PLC.Màn hình hiển thị đã được tạo ra trên PC sẽ được đổ vào GOT qua cáp RS-232C hoặc PC Card

Màn hình GOT và cổng kết nối.

Dây kết nối.

3 Sử dụng GOT để điều khiển.

a Một hệ thống cơ bản:

Vì bit MO=1, nên giá trị 123 được chuyển vào thanh ghi D10 theo chương trình đã nạp trên PLC.

Giá trị 123 trên PLC khi xuất ra có dạng BIN Tuy nhiên

do ta chọn dạng hiển thị trên GOT dang thập phân nên giá trị 123 được hiện ra đúng dạng thập phân trên GOT

Khi nút nhấn Stop trên GOT được tác động , bit M1=1, khi đó ngõ ra Y10 trở về OFF và đèn trên GOT cũng tắt

4 Các phần mềm hỗ trợ GOT.

a GT Designer

GT designer là phầm mềm hỗ trợ cho người lập trình thiết kế giao diện màn hình GOT trên máy tính Sau đó, thực hiện việc đổ chương trình đã thiết kế từ PC vào GOT để vận hành Ngoài ra, GT Designer còn cho phépimport dữ liệu có sẳn trên GOT vào máy tính để chỉnh sửa hoặc import từ một project khác

Chương trình GT Designer có rất nhiều phiên bản, phiên bản thực hiện trong tài liệu này là phiên bản GT Designer 2 version 2 cụ thể là GOTA900

Chương trình GT Designer 2 Version 2 hỗ trợ cho các GOT900,GOT1000

Với PLC, GT Designer 2 Version 2 có thể kết nối với các PLC họ Q, họ QnA, họ A và dòng FX

Giao diện thiết kế và các thanh công cụ, chức năng được thể hiện hình vẽ bên dưới:

Cài đặt chương trình

Do chương trình GT Designer 2 đã có tương đối lâu nên yêu cầu cấu hình của PC không cần cao Hầu hết các máy tính hiện nay đều có thể hỗ trợ được

Dùng GT Designer thíêt kế chương trình

Để thiết kế chương trình cho GOT, ta xem xét các tính năng và các công cụ chủ yếuđược sử dụng trong GT Designer.Các thanh công cụ

Thanh Toolbar(Main) :Chứa các chức năng cơ bản của chương trình :

+ 1, 2, 3: Các lệnh tạo mới, mở, lưu project

+ 4, 5 : Các lệnh tạo mới, mở 1 màn hình

+ 6, 7, 8 : Các lệnh cut, copy, paste

+ 9, 10, 11, 12, 13, 14 : Các lệnh undo, redo, xem màn hình thiết kế trước, sau

+ 15: Hiển thị danh sách các object đã dùng trong project

+ 16:Hiển thị danh sách các object đã dùng trong project và còn cho biết ngõ vào/ra có

định dạng gì (bit hay word)

+ 17, 18: Công cụ thêm các ghi chú (comments), và con trỏ

Trong quá trình design cho GOT, chúng ta có thể thiết kế nhiều màn hình với mỗi màn hình là một chức năng riêng Trong đó có một màn hình chính sẽ hiển thị đầu tiên và rất nhiều màn hình con Trên mỗi màn hình được thiết kế các phím liên kết di chuyển đến các màn hình khác

Thanh hiển thị trạng thái(Toolbar view) :

Thanh này cho biết trạng thái và giá trị của một số đường nét…

mà ta đang dùng Nói cách khác, thanh này tương tự thanh format trong Word

Thanh công cụ object :

Thanh công cụ này chứa các bit swich, bit lamp, các numerical display, numerical input, đồng hồ thời gian thực, đồ thị, biểu đồ,v.v

Thanh công cụ Figure:

Thanh công cụ này cho phép ta thực hiện vẽ các hình cơ bản cũng như chèn hình từ bên ngoài vào screen

Thanh chức năng Edit: thanh này giúp người thiết kế chỉnh sửa các đường nét, nhóm đối tượng,…

Thanh Menu : thanh menu của GT designer cũng gồm rất nhiều các lệnh như trong các chương trình ứng dụng khác

Truyền thông với GT Designer

GT Designer, ngoài việc giúp thiết kế giao diện cho GOT, nó còn cho phép đồ dữ liệu từ PC ra GOT, nhận dữ liệu từ GOT vào PC, cài đặt chương trình giao tiếp với GOT và điều chỉnh các thông số trong việc truyền dữ liệu

Để mở chức năng này, trên menu bar, chọn Communication Một cửa sổ sẽ mở ra giúp ta lựa chọn :

Trong mục hiện ra, ta có các lựa chọn:

 Download -> GOT : Ghi chương trình vào GOT

 Upload -> Computer : Đọc chương trình

từ GOT lên máy tính

 OS install -> GOT: Cài đặt 1 chương trình Driver vào GOT để cho GOT nhận dạng được thiết bị

 Rom_bios install -> GOT: Cài đặt lại phiên bản bios mới cho GOT từ máy tính

 Memory information: Chi tiết về bộ nhớ của màn hình GOT

 Comunication configuration: Chọn port

và tốc độ Baud

 Special data: Ghi những dữ liệu đặc biệt

từ các thiết bị khác vào GOT

Ngoài ra chúng ta có thể chép dữ liệu vào thẻ nhớ để gắn vào sử dụng trong màn hình GOT mà không cần phải kết nối trực tiếp màn hình GOT với máy tính để download dữ liệu :

Chức năng Script trong GT Designer 2

Ngoài chức năng chính là tạo giao diện điều khiển cho GOT, GTDesigner còn có chức năng chạy đoạn mã lệnh Script Chức năng này cho phép lập trình điều khiển bằng đoạn mã lệnh Script, đoạn mã lệnhnày có thể thay thế được chương trình điều khiển PLC

Trong cấu trúc đoạn mã lệnh Script thường sử dụng các câu lệnhnhư:

 if, if to else, set, reset(rst).

 Các thuật toán Logic: AND(&&), OR(||), NOT(!)

Trong đoạn mã lệnh Script các thiết bị được sử dụng là:

Bit device[b: X0], Word device[w: D0]

Trạng thái của thiết bị có thể 1 or 0, cũng có thể làON or OFF, SET

Với các phần mềm, ta có thể tự tạo một mô hình GOT và thực hiện mô phỏng ngay trên PC mà không cần một GOT thật Để làm điều đó, ta cần (ít nhất) các công cụ sau:

 GX Developer : tạo chương trình trên PLC

 GX Simulator : thực hiện mô phỏng PLC ảo trên máy tính

 GT Designer: tạo giao diện điều khiển cho GOT

 GT Simulator: thực hiện mô phỏng GOT ảo dựa trên giao diện

đã thiết kế trong Designer

b GT Simulator

Giới thiệu về GT Simulator

 GT Simulator là chương trình giả lập của màn hình GOT trên máy vi tính cá nhân

 Việc mô phỏng những hoạt động trên máy tính cá nhân dễ dàng sửa lỗi dữ liệu

 Giám sát nếu không có GOT

 Khi GT designer có thể hoạt động với GT Simulator

để sửa lỗi màn hình, việc cài đặt GX simulator và GT

designer trên máy vi tính cá nhân tương tự cho phép những hoạt động từ việc tạo màn hình đến việc sửa lỗi được hỗ trợ bởi máy vi tính.

 GT Simulator có khả năng tương ứng với những module đặc biệt và điều kiện hoạt động nối mạng thích hợp

 Với màn hình trên GT Designer có thể được kiểm trangay lập tức trên GT Simulator, cải tiến hiệu quả thiết kế

Dùng GT Simulator thực hiện mô phỏng trên máy tính

 Sau khi đã tạo xong giao diện cho GOT, để kiểm tra hoạt động này, ta dùng

Thực hiện mô phỏng

 Sau khi cài thông số xong, ta vào File/Open để mở file Designer ta đã tạo Một hộp thoại hiện ra yêu cầucầu xác nhận Nhấn OK để chấp nhận Trong các lần sau, nếu vẫn dùng file Designer này, thì ta chỉ cần chọn Simulate/start là chương trình sẽ tự động load file designer trên ra

 Trước khi chạy mô phỏng chúng ta phải cấu hình lại chương trình, chọn loại màn hình GOT, PLC :

Trong hộp option hiện ra có hai tab là: Communication

setupvàAction setup

Trong phần tab Action setup có hai phần cài đặt là:

SimulatevàGX developer Project

Trong phần Simulate ta chọn loại GOT cần dùng và độ phân giảicủa GOT

Trong phần GX developer Project ta chọn chương trình để chạy

mô phỏng từ PLC trong ô Fixed

Trong tab communication setup: ta chọn mô phỏng với PLC ảo hay thật

 Với PLC ảo : trong mục Connection, ta chọn GX simulator và chọn loại PLC phù hợp với loại PLC đã chọn trong GT designer khi thiết kế

 Với PLC thực: trong connection ta chọn CPU và loại PLC đang sử dụng Khi chọn PLC thực, chương trình cần xác nhận ngõ giao tiếp nào đang kết nối với PLC (COM1,COM2).

Các chức năng khác của GT Simulator

Chức năng giám sát :

 Ngoài việc mô phỏng trực tiếp, GT Simulator còn cho phép ta giám sát trạng thái, các kết nối với PLC của các nút nhấn, đèn báo, màn hình hiển thị trên giao diện GOT

 Chức năng giám sát thiết bị cho phép kiểm tra và

chuyển đổi giá trị thiết bị của dữ liệu giám sát màn hình

đã mô phỏng trên GT Simulator

 Ta có thể thực thi hiệu quả sửa lỗi từ việc chuyển đổi giá trị thiết bị với chức năng giám sát thiết bị và kiểm tra những chuyển đổi được trình bày trong GT

Simulator

Những mục chính trên màn hình giám sát :

 Object : tạo tên đối tượng

 Position : Trình bày vị trí các đối tượng đã hiển thị

(coordinates)

 Device kind : Cho biết loại thiết bị

 Device : Cho biết những thiết bị đặt cho đối tượng Nhữngthiết bị được trình bày trên GT Designer

 Type: Chỉ ra loại thiết bị đã được sử dụng

 Khi thiết bị bit được sử dụng : Bit

 Khi thiết bị ký tự (16bit): word (16)

 Khi thiết bị ký tự (32bit): word (32)

 Value: Chỉ ra giá trị của các thiết bị hiển thị bên dưới theođịnh dạng của chúng và hệ thống hiển thị

Vì lí do đó, ta cần xem xét thêm phần mềm hỗ trợ lập trình trên PLC là GX Developer

Tạo một project mới trên GX Developer

Để tạo một project mới, ta chọn file/New Project

Trong hộp thoại hiện ra, ta chọn PLC series và loại PLC Trong tài liệu này ta chọn PLC họ FX và cụ thể là loại FX2N

Chọn xong PLC, ta chọn loại chương trình: Ladder hay SFC.

Sau khi thực hiện bước trên, ta đã có một màn hình lập trình Ladder chuẩn

Hệ thống các phím tắt trong Training không sử dụng được trong GX

Để thêm các ngõ vào, ra,… ta sử dụng các nút chức năng trên thanh Toolbar

Mô phỏng chương trình

Sau bước trên ta đã tạo được chương trình PLC cho GOT Để

mô phỏng PLC ảo cho GOT, ta có thể dùng GT Simulator như đã trình bày ở trên Tuy nhiên, ngay tại màn hình GX Developer, ta cũng

có thể tạo được PLC ảo nhờ GX Simulator

Sau khi cài xong GX Simulator, chương trình này sẽ chạy ẩn trong GX Developer Để mô phỏng PLC ảo, ta chọn Tool/Start

Ladder Logic Test

Một hộp thoại điều khiển hiện ra Hộp thoại này chính là hộp thoại mà GT Simulator tạo ra khi ta mô phỏng GOT

Khi này, nếu ta dùng GX Simulator để mô phỏng GOT thì GX

sẽ mở ngay màn hình mô phỏng GOT mà không cần tạo PLC ảo (do PLC ảo đang chạy ngầm)

 Base screen: Màn hình cơ bản.

 Window screen: Màn hình window

 Overlap window: Cửa sổ chồng chéo

 Superimposed window: Cửa sổ áp đặt

 Key window: Cửa sổ khóa

 Dialog window: Cửa sổ thoại

2 Quá trình khởi động

2.1 Khởi động GTD2

a) Chọn [ứng dụng MELSOFT] - [GT Designer2]

từ menu Start

b) Từ hộp thoại Select Project, bấm vào nút

"New", hoặc chọn [Project] - [New] từ thanh menu

2.2 Môi trường hệ thống cài đặt

Nhập các cài đặt theo thiết lập phần cứng của hệ thống Xem biểu đồ và màn hình ở bảng dưới đây.

GT1030 hoặc GT11 …Cài đặt màu Chọn màu hoặc loại đơn sắc (chỉ GT11)

500/700 vv)

Cài đặt comment Chọn giao diện mà sẽ kết nối với bộ điều khiển

Thiết bị bật màn hình Thiết lập thiết bị GOT hoặc PLC 16-bit word dùng để

chỉ định màn hình cơ sở và số màn hình cửa sổ để hiển thị, có nghĩa là số lượng màn hình được lưu trữ trong thiết bị này sẽ xuất hiện trên màn hình GOT.Xác nhận cuối cùng Trước khi xây dựng Project, mục hoàn chỉnh hướng

dẫn cài đặt(setup wizard ) sẽ cụ thể thực hiện trong suốt quá trình tạo Project

Lưu ý: Thiết lập hệ thống có nhiều giai đoạn Sau mỗi giai đoạn một màn hình xác nhận sẽ xuất hiện để hiển thị các mục được thực

hiện cho đến thời điểm hiện tại