Trong thời đại công nghệ 4.0, người dùng các thiết bị phân tích ngày càng đòi hỏi những giao diện người-máy (HMI) nhanh chóng, nhạy bén và hiện đại. Sự kỳ vọng ngày càng tăng về việc sử dụng điện thoại thông minh (Smartphone) và máy tính bảng (Tablet) để cấu hình, điều khiển và giám sát từ xa các thiết bị này đang trở thành một xu hướng tất yếu.
Việc phát triển HMI cho từng thiết bị và ứng dụng riêng biệt trên các nền tảng điện thoại thông minh và máy tính để bàn không chỉ tốn kém mà còn gây khó khăn trong việc đảm bảo trải nghiệm người dùng đồng nhất. Do đó, một giải pháp chi phí thấp, cung cấp giao diện người dùng đồ họa (GUI) phong phú và khả năng kết nối rộng rãi với các thiết bị di động, máy tính bảng và máy tính để bàn là điều cần thiết. Hệ thống Web HMI chính là giải pháp đáp ứng nhu cầu này, giúp việc di chuyển, giám sát và điều khiển các thiết bị trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết.
Bài viết dưới đây sẽ chia sẻ lý do tại sao Web HMI đang nhanh chóng trở nên phổ biến trong ngành công nghiệp thiết bị phân tích, những ưu điểm về công nghệ và tính kinh tế của nó.
Web HMI là gì?
Web HMI là giao diện người-máy được xây dựng bằng các công nghệ web như HTML5, CSS và JavaScript. Về cơ bản, Web HMI có thể được mô tả là một ứng dụng web hiển thị giao diện người dùng trên màn hình LCD cục bộ và các thiết bị của người dùng (di động, máy tính bảng, máy tính để bàn). Điều này được thực hiện thông qua một mã nguồn chung, đảm bảo tính phản hồi tốt trên các thiết bị khác nhau.
Kiến trúc Web HMI
Trong ngành công nghiệp thiết bị phân tích, việc kiểm soát thời gian thực và thu thập dữ liệu từ phần cứng là rất quan trọng. Việc này được thực hiện bởi vi điều khiển trên thiết bị phân tích, kết nối với logic ứng dụng của Web HMI thông qua các giao thức như Ethernet, USB, Modbus, OPC-UA hay bất kỳ giao thức truyền thông nối tiếp nào.
Kiến trúc điển hình của việc triển khai Web HMI.
Logic ứng dụng thực hiện các chức năng quan trọng của thiết bị như thu thập dữ liệu, hiệu chuẩn và chẩn đoán. Giao diện người dùng (GUI) giao tiếp với logic ứng dụng thông qua các Web API. Điểm đặc biệt là GUI hiển thị trên màn hình LCD cục bộ hoàn toàn giống với giao diện hiển thị trên bất kỳ trình duyệt nào trên các thiết bị của người dùng (di động, máy tính bảng, máy tính để bàn).
Các thiết bị người dùng có thể sử dụng Web API để truy cập vào thiết bị qua Wifi, Bluetooth hoặc Ethernet. Web HMI có thể được triển khai trên hệ điều hành Linux/Windows trên máy tính công nghiệp, phần cứng tùy chỉnh hoặc máy tính đơn board giá rẻ như Raspberry Pi.
Tính năng của Web HMI
Các tiêu chuẩn web là mở, không thuộc sở hữu và được định nghĩa bởi Tổ chức World Wide Web Consortium. Những tiêu chuẩn này luôn cập nhật theo thời gian và đảm bảo tính tương thích trong tương lai. Có nhiều lựa chọn về các framework và công cụ phát triển, hầu hết đều mã nguồn mở với các điều khoản cấp phép linh hoạt.
Một giao diện người dùng hấp dẫn là yếu tố quan trọng mang lại trải nghiệm người dùng xuất sắc. Nó thể hiện qua các màn hình dễ sử dụng, thân thiện với người dùng và có một chủ đề nhất quán. Giao diện có thể bao gồm đồ họa, hoạt hình, bố cục đồng nhất và chuyển tiếp mượt mà giữa các màn hình. Web HMI mở ra cánh cửa cho một GUI trực quan và cuốn hút.
Web HMI có thể được truy cập thông qua trình duyệt từ bất kỳ thiết bị người dùng nào (di động/máy tính bảng/máy tính để bàn) và chạy cùng một cơ sở mã trên các nền tảng di động và máy tính để bàn khác nhau.
Web HMI có thể truy cập qua trình duyệt từ bất kỳ thiết bị nào và chạy cùng một mã nguồn trên các nền tảng di động và máy tính để bàn khác nhau. Nó cũng không bị lỗi thời vì công nghệ web vẫn đang phát triển mạnh mẽ. Hơn nữa, Web HMI không phụ thuộc vào hệ điều hành, giúp dễ dàng chuyển đổi sang hệ điều hành hoặc phần cứng khác mà không cần thay đổi ứng dụng.
Các ứng dụng khách tùy chỉnh có thể được phát triển bằng cách sử dụng Web API để giám sát, cấu hình và điều khiển thiết bị. Những ứng dụng này có thể được phát triển bằng bất kỳ ngôn ngữ lập trình nào và sử dụng các công cụ như LabVIEW, MATLAB.
Kết nối đám mây (Cloud) có thể được triển khai thông qua Web API, cho phép giám sát từ xa các cụm thiết bị và lưu trữ dữ liệu trung tâm. Web HMI có thể được triển khai tại chỗ hoặc trên đám mây từ xa, mang lại sự linh hoạt tối đa cho người dùng.
Ưu điểm vượt trội của Web HMI
1. Giao diện đồng nhất trên mọi thiết bị:
Web HMI có thể được truy cập qua trình duyệt, với một mã nguồn duy nhất cung cấp giao diện người dùng phong phú, trực quan và phản hồi nhanh. Người dùng có thể dễ dàng sử dụng trên nhiều thiết bị khác nhau như điện thoại di động, máy tính bảng và máy tính để bàn, cũng như trên nhiều hệ điều hành khác nhau.
2. Tiêu chuẩn mở và linh hoạt:
Một trong những ưu điểm lớn nhất của Web HMI là tuân theo các tiêu chuẩn web mở đã được chuẩn hóa trong ngành công nghiệp và không phụ thuộc vào bất kỳ nhà cung cấp nào. Điều này giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí bản quyền, bởi các công nghệ web như HTML5, CSS và JavaScript đều miễn phí, linh hoạt và có khả năng bảo trì cao.
3. Nền tảng phần cứng linh hoạt:
Mặc dù Web HMI đòi hỏi tài nguyên CPU và bộ nhớ cao hơn nhưng nhờ sự sẵn có của các tùy chọn phần cứng giá rẻ như Raspberry Pi, chi phí cho Web HMI được giảm đáng kể. Ngoài ra, việc chuyển đổi sang các nền tảng phần cứng khác cũng dễ dàng mà không cần thay đổi mã nguồn Web HMI, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí cho doanh nghiệp.
4. Tiết kiệm chi phí phát triển và bảo trì:
Vì Web HMI sử dụng cùng một mã nguồn trên nhiều loại thiết bị và hệ điều hành nên doanh nghiệp không cần phát triển riêng các ứng dụng cho từng thiết bị khác nhau. Điều này giúp giảm chi phí phát triển đáng kể. Đồng thời, quá trình bảo trì hệ thống trong tương lai cũng trở nên dễ dàng hơn do mã nguồn thống nhất. Hơn nữa, Web HMI không cần cài đặt trên các thiết bị người dùng, giúp việc cập nhật và bảo trì được thực hiện nhanh chóng và hiệu quả.
5. Hỗ trợ công cụ phát triển đa dạng:
Công nghệ web hiện đang được hỗ trợ mạnh mẽ với hàng trăm công cụ phát triển, cả miễn phí và trả phí, giúp doanh nghiệp dễ dàng chỉnh sửa, xây dựng, thử nghiệm và triển khai ứng dụng web. Điều này khác với các công cụ nhúng đắt tiền, khóa theo nhà cung cấp mà các giải pháp truyền thống thường yêu cầu.
6. Không lo lỗi thời:
Công nghệ web là tương lai bền vững, với sự hỗ trợ từ các tổ chức quốc tế để đảm bảo tính tương thích về sau khi các tiêu chuẩn phát triển theo thời gian. Web HMI độc lập với nền tảng phần cứng, dễ dàng chuyển đổi sang bất kỳ phần cứng nào trong tương lai mà không cần phải thay đổi mã nguồn, đảm bảo hệ thống luôn phù hợp với các yêu cầu mới mà không gặp trở ngại về công nghệ.
7. Kết nối đám mây (Cloud) hoặc tại chỗ:
Kết nối với đám mây (Cloud) cho phép thiết bị lưu trữ và theo dõi dữ liệu phân tích một cách nhanh chóng và tiện lợi. Thiết bị có thể truy xuất dữ liệu cấu hình, thông tin cấp phép, cập nhật phần mềm/firmware từ đám mây. Điều này không chỉ đảm bảo việc sử dụng vật tư tiêu hao chính hãng mà còn mở ra khả năng giám sát nhiều thiết bị ở các địa điểm khác nhau trên cùng một bảng điều khiển. Phân tích dữ liệu chuyên sâu cũng có thể được thực hiện trên đám mây, đặc biệt đối với các ứng dụng yêu cầu xử lý tính toán mạnh mẽ.
8. Hỗ trợ plugin và cộng đồng:
Web HMI được phát triển dựa trên công nghệ web với hỗ trợ mạnh mẽ từ cộng đồng nhà phát triển toàn cầu. Sự đóng góp liên tục từ các nhà phát triển giúp Web HMI dễ dàng thích ứng với nhu cầu phát triển và mở rộng trong tương lai. Ngoài ra, sự có sẵn của các plugin đã qua kiểm chứng giúp giảm thiểu thách thức trong quá trình phát triển, đồng thời đảm bảo hệ thống luôn được cải tiến và duy trì tốt.
9. Truy cập từ xa vào HMI:
Web HMI còn cho phép truy cập từ xa đối với các thiết bị không có màn hình cục bộ (Headless Instrument). Điều này giúp giảm chi phí thiết bị, đồng thời cho phép kỹ thuật viên chẩn đoán và khắc phục sự cố từ xa, không cần đến trực tiếp thiết bị, tiết kiệm thời gian và nguồn lực.
10. Khả năng mở rộng:
Kiến trúc của Web HMI cho phép người dùng cuối dễ dàng mở rộng khả năng của thiết bị thông qua Web API. Các người dùng nâng cao có thể tự phát triển ứng dụng riêng bằng các ngôn ngữ lập trình yêu thích và điều khiển thiết bị thông qua API, từ đó tích hợp thiết bị vào quy trình công việc của họ một cách liền mạch và hiệu quả.
So sánh Web HMI và HMI truyền thống
Ngày nay, các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu đang chuyển từ HMI truyền thống sang Web HMI nhờ những ưu điểm vượt trội về công nghệ, khả năng truy cập và bảo mật. Dưới đây là sự khác biệt chính giữa hai giải pháp này:
| Tiêu Chí | Đặc Điểm | Vượt trội |
| Chi phí bản quyền | Web HMI không yêu cầu chi phí bản quyền, do các công nghệ web là mã nguồn mở và miễn phí. | Web HMI |
| Nền tảng phần cứng | HMI truyền thống có lợi thế khi chạy trên các thiết bị phần cứng đơn giản, chi phí thấp. | HMI Truyền Thống |
| Chi phí phát triển và bảo trì | Web HMI tỏ ra vượt trội nhờ khả năng tái sử dụng mã nguồn và dễ dàng bảo trì. | Web HMI |
| Khả năng tương thích tương lai | Web HMI linh hoạt hơn và dễ dàng thích ứng với các công nghệ mới. | Web HMI |
| Kết nối Cloud | Web HMI dễ dàng tích hợp với các dịch vụ đám mây, mở ra nhiều khả năng ứng dụng hơn. | Web HMI |
Công nghệ:
Web HMI được triển khai trên máy chủ web, có thể được nhúng trực tiếp vào thiết bị. Nó bao gồm hai thành phần chính: giao diện người dùng (GUI) và logic ứng dụng.
Ngôn ngữ và công cụ lập trình GUI:
- HTML: Ngôn ngữ đánh dấu chính được sử dụng để hiển thị giao diện HMI.
- CSS: Công cụ định kiểu và chủ đề cho giao diện.
- JavaScript/TypeScript: Thực hiện các chức năng của giao diện, bao gồm điều hướng và hoạt ảnh.
- Framework/Thư viện phổ biến: Angular, Vue.js, React.js, Bootstrap.js hỗ trợ phát triển giao diện nhanh chóng và hiệu quả.
Ngôn ngữ lập trình và công cụ logic ứng dụng:
- Các ngôn ngữ như C#/.NET Core, C++, Java, Python, JavaScript/TypeScript, DART, RUST được sử dụng để triển khai logic ứng dụng.
- Các công cụ như ASP.NET Core, Django cũng được sử dụng để phát triển logic ứng dụng.
Logic ứng dụng sẽ giao tiếp với vi điều khiển qua Ethernet/USB, chịu trách nhiệm kiểm soát các thiết bị ngoại vi (như rơ-le, cuộn dây gia nhiệt) và thu thập dữ liệu từ các cảm biến.
Web HMI được triển khai trên các máy chủ web như Apache, NGINX, Kestrel và giao tiếp giữa GUI và logic ứng dụng thông qua Web API. Các thiết bị người dùng có thể kết nối qua Ethernet, Bluetooth hoặc Wifi.
Bảo mật:
Web HMI cung cấp nhiều tính năng bảo mật cao cấp hơn so với HMI truyền thống, nhờ sử dụng giao thức HTTPS kết hợp với xác thực mạnh mẽ để đảm bảo chỉ những người dùng hoặc ứng dụng đã được nhận diện mới có quyền truy cập thiết bị.
- Ủy quyền dựa trên vai trò cho phép chỉ những người dùng có quyền mới có thể xem hoặc tương tác với thiết bị, đồng thời cung cấp khả năng kiểm soát chi tiết các chức năng của thiết bị.
- Tính năng xác thực và ủy quyền của Web HMI có thể tuân thủ quy định FDA 21 CFR Part 11, đảm bảo tiêu chuẩn an toàn cho các ứng dụng trong lĩnh vực y tế và dược phẩm.
- Củng cố bảo mật hệ điều hành cũng là một biện pháp bảo mật tiêu chuẩn, bao gồm việc cấu hình an toàn, cập nhật kịp thời, tạo quy tắc/chính sách và loại bỏ các ứng dụng/dịch vụ không cần thiết để giảm thiểu rủi ro từ các mối đe dọa tiềm ẩn.
Kết luận
Web HMI đang trở thành một giải pháp tối ưu cho ngành công nghiệp thiết bị phân tích, mang lại nhiều lợi ích nổi bật so với HMI truyền thống. Từ khả năng kết nối linh hoạt với đám mây (Cloud), giao diện người dùng phong phú và dễ sử dụng, đến tính bảo mật cao và khả năng mở rộng, Web HMI đáp ứng tốt nhu cầu ngày càng tăng của người dùng.
Sự chuyển mình từ HMI truyền thống sang Web HMI không chỉ giúp tiết kiệm chi phí phát triển và bảo trì mà còn mở ra nhiều cơ hội mới cho việc tích hợp công nghệ IoT. Với sự hỗ trợ mạnh mẽ từ cộng đồng phát triển và các công nghệ web hiện đại, Web HMI hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển và đáp ứng các yêu cầu khắt khe của ngành công nghiệp trong tương lai.
Hãy xem xét việc áp dụng Web HMI trong quy trình làm việc của bạn để tối ưu hóa hiệu suất, nâng cao trải nghiệm người dùng và đảm bảo an toàn cho các thiết bị phân tích. Sự đổi mới này không chỉ mang lại lợi ích cho doanh nghiệp mà còn góp phần thúc đẩy sự phát triển bền vững trong ngành công nghiệp.
>>> Xem thêm:
HMI là gì? Cấu tạo và ứng dụng của HMI trong sản xuất và công nghiệp
