Với tốc độ phát triển của công nghiệp 4.0, nhiều ứng dụng công nghiệp sử dụng PC công nghiệp dạng All-in-one và Giao diện người máy (HMI) để thu thập, xử lý, lưu trữ hoặc trực quan hóa dữ liệu. Mặc dù cả hai đều là thiết bị phổ biến trong nhà máy, nhưng thiết kế của IPC hoặc HMI thường không thể phân biệt được với nhau. Nhiều khả năng, bạn thậm chí không thể phân biệt chúng ngay từ cái nhìn đầu tiên. Nhiều người dùng thậm chí còn gọi IPC là HMI, điều này làm tăng thêm khả năng nhầm lẫn giữa hai thiết bị này.

Sự khác biệt về kỹ thuật giữa cả hai vượt ra ngoài hình dáng bên ngoài. Những khác biệt này bao gồm: tính năng, khả năng kết nối, mức độ linh hoạt để sửa đổi hoặc thêm chức năng vào hệ thống, và cuối cùng là hiệu suất tổng thể. Hãy cùng khám phá sự khác biệt chính giữa bảng điều khiển HMI và IPC và chỉ ra những tiêu chí bạn có thể cần xem xét trước khi trang bị một thiết bị mới cho hệ thống của mình.

HMI công nghiệp

HMI là phần cứng được xây dựng có mục đích giao tiếp thông qua một giao thức truyền thông được xác định trước với bộ điều khiển logic khả trình (PLC). Bạn có thể coi chúng như một màn hình cho PLC, nhưng có những trường hợp sử dụng khác. Các HMI cũ hơn sử dụng các giao thức truyền thông như MODBUS RTU, PROFIBUS hoặc DeviceNet. Các thế hệ HMI mới hơn sử dụng các giao thức truyền thông dựa trên Ethernet như Modbus TCP, EtherNet / IP, Profinet hoặc OPC DA / UA.

HMI thường là thiết bị phần cứng độc quyền vì chúng được thiết kế để hoạt động liền mạch với một số PLC và thiết bị của cùng một nhà cung cấp. Khả năng kết nối của bên thứ ba có thể là một thách thức, tùy thuộc vào mức độ tốt hay hạn chế của một trình điều khiển truyền thông nhất định được tích hợp vào chương trình cơ sở của HMI. Chắc chắn không phải là tất cả các mô hình PLC hoặc giao thức truyền thông đều được hỗ trợ liền mạch trong phần mềm thiết kế HMI cần thiết.

• HMI truyền thống thường chỉ tương thích với phần mềm thiết kế HMI của nhà sản xuất cụ thể. Điều này sẽ giới hạn người dùng phụ thuộc vào một nhà sản xuất, khi cần thay thế hoặc trong một số tình huống sẽ cần thêm thời gian và nỗ lực lập trình. Nhiều gói phần mềm thiết kế HMI hiện có trên thị trường thường không tương thích với nhau. Đồng nghĩa với việc khi chuyển các dự án trực quan hóa HMI từ nhà cung cấp A sang nhà cung cấp B, người dùng phải tạo lại ứng dụng trực quan hóa của mình từ đầu. Điều đó làm tăng chi phí và thời gian phát triển; chưa kể, nó làm phức tạp thêm khía cạnh hỗ trợ sau khi triển khai hệ thống tự động hóa.
• HMI thường có kích thước màn hình nhỏ hơn, từ khoảng 4 đến 12 inch. Các nhà sản xuất HMI cũng cung cấp kích thước màn hình lớn hơn để đáp ứng các ứng dụng cao cấp. HMI truyền thống chủ yếu sử dụng công nghệ cảm ứng điện trở cũ hơn, cho phép thao tác một lần chạm. Nếu bạn thích điều khiển bằng cử chỉ như vuốt, zoom hoặc khả năng cảm ứng đa điểm, bạn cần xem xét các HMI có màn hình cảm ứng điện dung.

Hãy nhớ rằng bạn càng thêm nhiều tính năng vào HMI, thì nó càng gần với bộ tính năng của IPC. Trong trường hợp này, lợi thế về chi phí của HMI so với PC công nghiệp giảm đến mức có thể tốt hơn nếu chuyển khái niệm hình ảnh hóa sang hệ thống PC-based.

• Phần cứng HMI truyền thống được xây dựng có mục đích, hệ điều hành khép kín, nhỏ gọn. Điểm bất lợi là bạn không thể cài đặt bất kỳ phần mềm nào trên chúng, vì nhà sản xuất đã khóa hệ điều hành tại nhà máy và thường chỉ cung cấp thời gian chạy cho phần mềm trực quan hóa. Ưu điểm là bạn không thể dễ dàng đưa vi-rút hoặc phần mềm độc hại vào HMI đó. Ngoài ra, chúng không yêu cầu tắt máy như PC truyền thống. 

HMI thường sử dụng các bộ xử lý chậm hơn, vì chúng không cần nhiều "dự trữ" để đáp ứng các tác vụ hoặc gói phần mềm khác. Nhà sản xuất HMI cần phải cân bằng chi phí sản xuất với hiệu suất cần thiết và như vậy, phải tìm ra sự thỏa hiệp có thể chấp nhận được trong thiết kế phần cứng của họ để hoàn thành nhiệm vụ.

Một số HMI mới hơn, chẳng hạn như bảng điều khiển web HTML5, cố gắng làm mờ ranh giới giữa HMI và IPC, chúng không còn dựa vào các giao thức truyền thông cụ thể hoặc các mô hình PLC mà sử dụng giao thức HTML5 mở và chỉ cần kết nối với máy chủ web thông qua địa chỉ IP, giống như cách trình duyệt web trên máy tính kết nối với trang web. Điều này cho phép kết nối các bảng web này không chỉ với PLC mà còn với các thiết bị khác có server web tích hợp. 

Máy tính màn hình cảm ứng Panel PC all-in-one

Bây giờ chúng ta hãy xem xét đến Panel PC all-in-one để so sánh với HMI.

Trong nhà máy, nhiều máy tính có thể thay thế hoàn toàn PLC và HMI truyền thống. Lợi ích của Panel PC là nó có thể phục vụ nhiều mục đích trong một hệ thống, có thể hoạt động như một bộ điều khiển logic, bộ tập trung dữ liệu và hoặc giao diện trực quan cho người vận hành all-in-one. Điều này làm giảm chi phí và tăng hiệu suất.

Panel PC all-in-one trong nhà máy tự động hóa

Panel PC all-in-one có nhiều sức mạnh xử lý hơn, nhiều bộ nhớ hệ thống hơn (RAM) và thường nhiều dung lượng lưu trữ hơn. Ưu điểm lớn nhất của chúng cũng là nhược điểm tiềm ẩn lớn nhất của chúng đó chính là hệ điều hành mở có thể khiến chúng dễ bị tấn công bởi vi-rút, phần mềm độc hại hoặc ransomware.

Hệ điều hành ngày nay được lựa chọn cho nhà máy là Windows 10 IoT, đây là phiên bản cấp công nghiệp của Windows 10. Mặc dù nó có thể trông giống như phiên bản Windows 10 văn phòng, nhưng nó sẽ loại bỏ một số thành phần thường không cần thiết trên nền nhà máy, chẳng hạn như trò chơi, Microsoft store hoặc Cortana.

Do đó, Windows 10 IoT có lợi ích là đi kèm với kích thước / footprint nhỏ hơn cho hệ điều hành, cho phép nó phù hợp với các thiết bị lưu trữ khối lượng nhỏ hơn. Phiên bản IoT cũng cung cấp các tiện ích khác. Nó có thể được cấp phép trước từ nhà sản xuất Panel PC all-in-one, loại bỏ nhu cầu kết nối Panel PC all-in-one với internet để hoàn tất quá trình cài Windows. Một ưu điểm khác của phiên bản IoT là nó cho phép người dùng toàn quyền kiểm soát các bản cập nhật hoặc tắt chúng vĩnh viễn hoàn toàn.

>> Xem thêm Window 10 IoT Enterprise 

Các hệ thống Panel PC all-in-one cũ hơn vẫn có thể chạy Windows 7; tuy nhiên, điều này không được khuyến nghị cho các hệ thống mới vì Hệ điều hành Windows 7 không còn nhận được các bản cập nhật, bản vá hoặc các bản sửa lỗi bảo mật từ Microsoft. Điều này sẽ làm cho các hệ thống như vậy rất dễ bị vi-rút, phần mềm độc hại hoặc ransomware tấn công nếu được kết nối với internet mà không được bảo vệ thích hợp như tường lửa phần cứng bổ sung (ví dụ: dòng Phoenix Contact MGuard).

Giống như với bất kỳ hệ điều hành mở nào, bạn có thể tự do cài đặt bất kỳ loại phần mềm nào từ bất kỳ loại nhà cung cấp nào trên Panel PC all-in-one. Một lần nữa, điều này có thể gây ra rủi ro bảo mật nếu phần mềm độc hại hoặc vi-rút tìm đường xâm nhập vào Panel PC all-in-one thông qua thẻ USB hoặc Internet. Vì vậy, cần có một phần mềm và phần cứng bảo vệ tốt và thường xuyên được xem xét và cập nhật.

Panel PC all-in-one sử dụng CPU hiệu suất cao hơn - hãy nghĩ đến Intel Core i-series– và vài Gigabyte RAM. Panel PC all-in-one thường có kích thước màn hình lớn hơn HMI truyền thống. Màn hình lớn hơn cho phép hiển thị nhiều dữ liệu hơn cùng một lúc hoặc có thể giúp người vận hành xem dữ liệu dễ dàng hơn. Các giao diện phong phú, chẳng hạn như cổng Ethernet kép, nhiều USB hoặc cổng Serial cho phép kết nối nhiều phần cứng hơn và giúp các ứng dụng trong tương lai dễ dàng hơn so với HMI truyền thống.

Thông thường, bạn không phải viết lại phần mềm của mình nhiều khi nâng cấp hoặc thay đổi phần cứng Panel PC all-in-one, vì tất cả chúng đều sử dụng một hệ điều hành dựa trên Windows chung. Rõ ràng, những thay đổi về kích thước hiển thị, độ phân giải hoặc tỷ lệ khung hình cần phải được xem xét vì chúng có thể ảnh hưởng đến cách dữ liệu được hiển thị trên màn hình.

Với sự ra đời của các thiết bị di động như máy tính bảng, bạn có thể tự hỏi mình, "Tại sao tôi lại cần HMI hoặc Panel PC all-in-one trong máy của mình?". Mặc dù một số dữ liệu phân tích chắc chắn có thể được hiển thị qua đám mây, nhưng bất kỳ dữ liệu máy móc quan trọng nào cũng cần được hiển thị trên HMI hoặc IPC cấp công nghiệp, chuyên dụng được cài đặt vĩnh viễn và trong tầm nhìn của người vận hành. Điều này làm tăng thời gian hoạt động của máy và cũng là một tính năng an toàn để bảo vệ máy và người vận hành máy. Phần cứng công nghiệp, cho dù đó là HMI hay Panel PC all-in-one đều được thiết kế cho các môi trường khắc nghiệt hơn và cung cấp khả năng bảo vệ cơ học hơn chống sốc, rung hoặc nhiệt độ khắc nghiệt.

Kết luận

HMI và Panel PC all-in-one có thể trông giống nhau, nhưng chúng có những điểm khác biệt cơ bản về khả năng, hiệu suất và tính linh hoạt. Cả hai đều có ưu và nhược điểm, và cả hai đều vẫn khả thi để sử dụng trong các hệ thống tự động hóa. Cuối cùng, việc cân nhắc nhu cầu của từng ứng dụng cụ thể, dựa trên các yếu tố như hiệu suất, chi phí, kích thước và bộ tính năng, sẽ xác định thiết bị nào phù hợp hơn.