Thiết kế bảng điều khiển HMI & Thực tiễn tốt nhất

Tổng quan: Bảng điều khiển HMI thực sự làm được những gì

Bảng điều khiển Giao diện Người-Máy (HMI) là phần hướng tới người vận hành của hệ thống tự động được sử dụng để giám sát, điều khiển và chẩn đoán máy móc công nghiệp. Trên thực tế, nó hợp nhất hình ảnh hóa (màn hình/đèn LED), đầu vào điều khiển (nút, công tắc, cảm ứng), thông tin liên lạc (Ethernet, fieldbus) và khóa liên động an toàn vào một tủ duy nhất, có thể bảo trì hoặc bảng điều khiển dành cho người vận hành. Bài viết này tập trung vào các lựa chọn thiết kế có thể thực hiện được — lựa chọn thành phần, nối dây và nối đất, bố trí màn hình, tích hợp với PLC/Ổ đĩa và các bước khắc phục sự cố trong thế giới thực.

Các thành phần chính và tiêu chí lựa chọn thực tế

Việc lựa chọn linh kiện không liên quan đến thương hiệu mà quan tâm nhiều hơn đến việc phù hợp với các yêu cầu về điện và môi trường. Đối với mỗi thành phần bên dưới, bao gồm điện áp hoạt động, định mức bảo vệ chống xâm nhập (IP), giao thức truyền thông và MTBF khi so sánh các lựa chọn thay thế.

Phần cứng thiết yếu và những gì cần xác minh

• Màn hình HMI: xác minh kích thước màn hình để biết mật độ thông tin cần thiết, độ sáng màn hình (cd/m2) đối với ánh sáng xung quanh, loại cảm ứng (điện trở so với điện dung) và độ sâu lắp đặt.
• PLC/Bộ điều khiển: đảm bảo đủ số lượng I/O và dung lượng dự phòng (khuyến nghị 20–30% I/O dự phòng), thời gian chu kỳ tương thích với các vòng điều khiển và hỗ trợ giao thức gốc cho HMI.
• Thiết bị đầu vào: nút ấn công nghiệp, công tắc chọn và nút dừng điện tử được định mức theo điện áp hệ thống và có độ bền cơ học thích hợp (xếp hạng chu kỳ).
• Mô-đun truyền thông: thích Ethernet/IP hoặc PROFINET khi cần băng thông cao; sử dụng RS-485/Modbus RTU cho khoảng cách xa hoặc các tình huống trang bị thêm.
• Bộ nguồn và UPS: chọn bộ nguồn DIN-rail có kích thước phù hợp với dòng điện khởi động cực đại và một UPS nhỏ để tắt HMI an toàn hoặc báo động quan trọng.

Thiết kế màn hình HMI hiệu quả: An toàn khi sử dụng

Màn hình được thiết kế tốt giúp giảm lỗi vận hành và tăng tốc thời gian phản hồi. Tập trung vào hệ thống phân cấp rõ ràng, chỉ sử dụng màu cho trạng thái (tránh màu trang trí) và điều hướng có thể dự đoán được. Mỗi màn hình chỉ hiển thị thông tin cần thiết cho nhiệm vụ của người vận hành — cảnh báo, điểm đặt quan trọng và hành động tức thời — với khả năng truy cập dễ dàng vào chẩn đoán.

Quy tắc bố cục và tương tác

• Vùng trạng thái chính: đặt các giá trị quan trọng (nhiệt độ, áp suất, trạng thái vận động) ở góc phần tư phía trên bên trái — khu vực nhanh nhất mà mắt có thể tìm thấy.
• Xử lý cảnh báo: sử dụng một danh sách cảnh báo duy nhất có dấu thời gian, sắp xếp mức độ nghiêm trọng và Xác nhận bằng một cú nhấp chuột; không chỉ dựa vào hình ảnh nhấp nháy — hãy đưa vào phản hồi bằng âm thanh có thể định cấu hình theo mức độ nghiêm trọng.
• Mẫu xác nhận: yêu cầu xác nhận hai bước đối với các thay đổi điểm đặt quan trọng và bao gồm mục nhập dấu vết kiểm tra cho toán tử, thời gian và giá trị trước đó.

Các phương pháp hay nhất về bố trí dây, nối đất và tủ

Đi dây và nối đất đúng cách sẽ ngăn chặn tiếng ồn, lỗi gián đoạn và lỗi fieldbus. Sử dụng định tuyến riêng cho cáp nguồn và cáp tín hiệu, duy trì khoảng cách đường dây cần thiết và đặt thiết bị chống đột biến điện gần các điểm vào. Một kế hoạch nối dây rõ ràng giúp tiết kiệm thời gian trong quá trình vận hành và bảo trì.

Danh sách kiểm tra hệ thống dây điện thực tế

• Tách riêng cáp nguồn AC, nguồn DC và cáp tín hiệu điện áp thấp trong các ống dẫn cáp riêng biệt bằng vách ngăn kim loại nối đất nếu có thể.
• Sử dụng cặp xoắn được che chắn cho tín hiệu vi sai; chỉ kết thúc tấm chắn với đất tủ ở một đầu (hướng dẫn của nhà sản xuất có thể khác nhau).
• Nối đất: nối tất cả các thiết bị nối đất với một thanh nối đất duy nhất; xác minh đường dẫn trở kháng thấp và ghi lại các chỉ số điện trở đất.

Tích hợp với PLC, Ổ đĩa và Mạng

Tích hợp thường là phần dài nhất của một dự án. Ánh xạ thẻ sớm, chuẩn hóa các quy ước đặt tên và khóa tốc độ dữ liệu để tránh làm bão hòa HMI với các điểm chuyển tiếp nhanh. Kiểm tra khả năng phục hồi của mạng bằng cách khởi động lại PLC theo kế hoạch và độ trễ mạng mô phỏng.

Chiến lược thẻ và dữ liệu

• Sử dụng cách đặt tên thẻ có cấu trúc: Khu vực_Machine_DevicePoint để tránh va chạm và đơn giản hóa việc chẩn đoán.
• Giảm thiểu việc bỏ phiếu tín hiệu tần số cao tới HMI; để PLC xử lý các vòng điều khiển và chỉ đẩy các giá trị tóm tắt lên màn hình.

Những cân nhắc về an toàn, tiêu chuẩn và quy định

Bảng điều khiển HMI phải tuân thủ các tiêu chuẩn hiện hành của địa phương và quốc tế: điện (IEC/UL), an toàn chức năng (IEC 61508/ISO 13849) đối với PLC và e-stop an toàn cũng như các tiêu chuẩn tương thích điện từ (EMC). Ghi lại các vai trò an toàn, mức SIL/PLe bắt buộc và phạm vi chẩn đoán sớm trong thiết kế.

Khắc phục sự cố, chẩn đoán và bảo trì phòng ngừa

Thiết kế các điểm chẩn đoán và quy trình bảo trì giúp giảm thời gian ngừng hoạt động. Bao gồm các quy trình tự kiểm tra, xóa mã lỗi và các hành động khôi phục từng bước có thể truy cập được trên HMI.

Các lỗi thường gặp và cách phân biệt

• Mất kết nối: trước tiên hãy kiểm tra liên kết vật lý (đèn LED, tính liên tục của cáp), sau đó là cấu hình mạng (xung đột IP, chuyển đổi Vlan), sau đó là trạng thái PLC.
• Phản hồi cảm ứng không liên tục: xác minh chương trình cơ sở của bộ điều khiển cảm ứng, kiểm tra nguồn điện ồn hoặc nguồn EMI và kiểm tra bằng công cụ nhập liệu đã hiệu chỉnh.
• Màn hình bị đóng băng: đảm bảo cơ quan giám sát tồn tại trong cả HMI và PLC; thêm hành động khởi động lại mềm để bảo toàn dữ liệu quan trọng và ghi lại sự kiện.

So sánh thông số kỹ thuật của bảng điều khiển HMI

Một bảng nhỏ gọn để so sánh các tùy chọn xây dựng bảng điều khiển HMI điển hình cho mục đích sử dụng công nghiệp nhỏ, vừa và nặng.

Danh sách kiểm tra triển khai (Trước khi vận hành)

• PREV: Tìm hiểu về phân phối điện trung thế NEXT:Giải thích về tiêu chuẩn ghi nhãn bảng điện dân dụng

  Chia sẻ: