Các loại hiển thị và màn hình thao tác trong công nghiệp

Giao diện thao tác

Công nhân vận hành máy cần giao tiếp với máy để kích hoạt các thiết bị hoặc quá trình và nhận lại các trạng thái phản hồi. Trong lịch sử thì công việc này được hoàn thành nhờ vào các nút nhấn, công tắc và đèn báo hiệu. Nhờ vào sự tân tiến của công nghệ, mà những thứ đó đã được thay thế bằng văn bản chuyên dụng, hiển thị đồ họa cùng với nút nhấn màng và màn hình cảm ứng. Các loại máy tính công nghiệp có sử dụng màn hình kết hợp với bàn phím và thiết bị con trỏ như chuột máy tính là một dạng khác của giao tiếp máy. Máy tính giao tiếp qua bộ điều khiển chuyên dụng cũng được sử dụng rộng rãi. Giao diện vận hành bao gồm phần mềm (logical) và phần cứng (physical). Giống như sự miêu tả của các hệ thống tự động đời đầu, giao diện vận hành cung cấp phương tiện của:

  • Ngõ vào, cho phép người dùng gửi tín hiệu hoặc dữ liệu cho hệ thống hoặc bộ điều khiển
  • Ngõ ra, cho phép hệ thống điều khiển sự ảnh hưởng của việc người dùng thao tác

Một giao diện vận hành được lập trình bằng nhiều phương tiện phần mềm trên một máy tính tiêu chuẩn. Giao diện nên được thiết kế để giới thiệu người dùng giao tiếp một cách đơn giản hiệu quả khi vận hành máy. Người vận hành cũng có thể thêm tối thiểu số ngõ vào để cho ra được kết quả như ý muốn, và giao diện chỉ nên cung cấp thông tin theo ý muốn của người vận hành. Quá trình này đòi hòi việc lập kế hoạch cẩn thận cho màn hình menu, đồ họa đại diện cho máy móc, các icon và sự nhất quán trong việc hiển thị để giao diện được hiệu quả.

Một số khái niệm khác có mối liên quan với giao diện vận hành là MMI, HMI, GUI và OIT.

2.1 Giao diện theo văn bản

Giao diện vận hành nên được dựa theo văn bản, cung cấp những hướng dẫn đơn giản hoặc trạng thái máy cho người vận hành. Chúng có thể hoặc không cần chứa nút nhấn cho ngõ vào. Màn hình hiển thị thường là màn hình LCD nhưng cũng có thể dùng đèn. Một dãy các bóng đèn LED cũng thường được sử dụng trong việc truyền tải các thông tin- kiểu màn hình có thể nhìn ở khoảng cách xa. Nhiều bóng đèn một màu được sắp xếp thành một hình dạng, cho phép các điểm được chọn chiếu sáng theo một hình ảnh chữ số nào đó. Chúng thường được sắp xếp theo dạng nhiều hàng nhiều cột, phụ thuộc vào độ dài và kích thước của thông điệp. Hình 3-3 cho thấy dữ liệu được hiển thị dưới dạng tinh gọn. Màu sắc là thông số giúp cho các phần khác nhau được đọc dễ dàng hơn, chúng thậm chí còn được lập trình để các phần thay đổi dựa theo giới hạn số học.

Màn hình hiển thị văn bản
Màn hình hiển thị văn bản

 

2 Giao diện đồ họa

Với sự hỗ trợ từ công nghệ, giao diện đồ họa đã trở thành tiêu chuẩn của các máy móc cho việc sử dụng nó với hình ảnh đại diện cho máy hoặc dây chuyền sản xuất. Chúng có thể đơn sắc hoặc nhiều màu và có nút nhấn màng, màn hình cảm ứng hoặc cả hai.

mành hình hiển thị số
Màn hình hiển thị số

Giao tiếp đồ họa đã được sản xuất ở hầu hết các nhà sản xuất PLC hay DCS và bên thứ 3- chuyên sản xuất các sản phẩm như vậy. Giao tiếp đồ họa có thể sử dụng hệ thống hoạt động độc quyền hoặc dựa vào nền tảng của một chiếc máy tính, như Microsoft Window. Phần mềm để lập trình ra giao tiếp đồ họa hầu hết đươc các nhà sản xuất độc quyền. Các loại driver thì có thể sử dụng ở hầu hết các nền tảng điều khiển thông dụng.

Giao diện đồ họa cung cấp khả năng tạo ra không giới hạn số lượng các hình ảnh cho màn hình giao diện. Màn hình nhỏ có thể được chồng lên những cái lớn hơn hoặc nhỏ hơn như hệ điều hành Window.

Bản mặt có thể được sử dụng làm giao diện đồ họa. Một bản mặt là một vật thể bao gồm sự sắp xếp theo tiêu chuẩn của nút nhấn và các thao tác chỉ thị thường được phổ biến trong phần mềm với các thiết bị dữ liệu khác nhau. Chính vì vậy mà các thiết bị tưởng tự như motor hoặc các băng tải, chúng có thể sử dụng dạng bản mặt tương tự cho các nút và trạng thái chỉ thị start/stop.

3 Màn hình cảm ứng

Màn hình cảm ứng là một màn hình hiển thị điện từ có thể phát hiện sự hiện diện và vị trí khi chạm vào khu vực màn hình. Để phát hiện được vị trí khi chạm nó cần xác định hai giá trị đo, một là trục X và hai là trục Y. Khái niệm chung này liên quan đến việc chạm vào màn hình của thiết bị bằng ngón tay hoặc bàn tay. Nó có thể giúp ta thao tác trực tiếp lên những thứ đang được hiển thị trên màn hình, nhanh hơn cách sử dụng gián tiếp như con trỏ chuột hoặc bàn di chuột cảm ứng.

Màn hình cảm ứng
Màn hình cảm ứng

Các phép đo tọa độ là dưới dạng tín hiệu analog và được chuyển đổi bằng cách sử dụng 10-bit analog chuyển qua tín hiệu số, cung cấp 1024 vị trí theo trục X và trục Y. Các điểm chạm sẽ tiếp tục chuyển qua máy tính hoặc vi điều khiển của HMI sử dụng kết nối serial. Tiếp theo đây sẽ là một số công nghệ màn hình cảm ứng đã có mặt hiện nay.

Điện trở kháng

Màn hình cảm ứng điện trở kháng được tạo ra từ nhiều lớp chất liệu. Phần cứng bên ngoài cung cấp sự cách nhiệt giữa ngón tay người dùng với các chất liệu dẫn điện bên trong. Phía sau lớp này là hai lớp dẫn điện mỏng được phân cách ra một khoảng nhỏ. Khoảng cách đó được chia ra bởi một dãy các chấm nhỏ cách điện trong suốt, khi bề mặt ngoài được ấn, các lớp bên trong sẽ chạm vào nhau và màn hình sẽ phản ứng như một cặp chia điện áp. Điều này tạo ra dòng điện chỉ thị vị trí trên màn hình được ấn. Dữ liệu này được gửi đến cho bộ điều khiển để được biên dịch dựa theo địa chỉ của nút nhấn.

Màn hình cảm ứng điện trở có hiệu quả về giá cả và thường được sử dụng trong nhà hàng và bệnh viện bởi vì khả năng kháng chất lỏng và các tạp chất khác. Một điểm bất lợi cho công nghệ này là nó rất dễ bị hư bởi những vật có dạng nhọn. Nó cũng cung cấp khoảng 75% độ trong suốt bởi vì có nhiều lớp và khả năng cách điện.

Sóng âm bề mặt (SAW)

Màn hình cảm ứng sử dụng công nghệ sóng âm bề mặt (SAW) sử dụng bề mặt kính và vì vậy nên nó có thể chống chịu các vật nhọn tốt hơn so với màn hình cảm ứng điện trở. Thiết bị SAW hai dãy đầu dò liên kỹ thuật dùng để phát sóng ultrasonic qua bề mặt của màn hình. Bề mặt cảm ứng sẽ hấp thụ một phần sóng, ghi lại vị trí trên bề mặt. Sau đó được gửi đến bộ điều khiển màn hình cảm ứng để biên dịch.

Hình ảnh rõ nét sử dụng công nghệ SAW tốt hơn trên công nghệ điện trở hay màn hình cảm ứng điện dung bởi vì nó không có thêm lớp nào giữa hình ảnh và tấm thủy tinh. Cảm ứng đa điểm cũng được cảm nhận đồng thời. Tuy nhiên các tạp chất trên bề mặt màn hình có thể gây gián đoạn với sóng ultrasonic. Bởi vì khả năng thu và phát của bộ chuyển đổi bị hở dọc theo các cạnh của màn hình, chúng còn không được niêm phong hoàn toàn và có thể bị hư hỏng khi tiếp xúc một lượng lớn chất lỏng và bụi. Màn hình cũng phải được chạm bởi một vật thể khá rộng như ngón tay, đối với bút stylus sẽ không hoạt động được.

Điện dung

Màn hình cảm ứng điện dung bao gồm một lớp cách điện như được tráng kính cùng dây dẫn trong suốt. Cơ thể con người cũng là một dạng dây dẫn điện, do vậy khi chạm lên bề mặt màn hình dẫn đến sự thay đổi trường tĩnh điện của màn hình, có thể đo được là sự thay đổi điện dung. Vị trí sẽ được gửi đến bộ điều khiển để xử lý. Không giống như màn hình cảm ứng điện trở, chúng ta không thể dùng màn hình cảm ứng điện dung với vật liệu cách điện, ví dụ như gang tay. Bút stylus hoặc găng tay có đầu ngón tay có thể tạo ra tĩnh điện khi sử dụng, nhưng chúng lại bất tiện trong việc sử dụng hằng ngày.

Có nhiều công nghệ điện dung đã được dùng cho màn hình cảm ứng, mỗi loại đều có giá và điểm nổi bật về công nghệ khác nhau. Công nghệ điện dung cung cấp một sản phẩm về độ bền và giá cả phải chăng nhưng giới hạn về độ phân giải, đó là dễ bị kích hoạt sai, và cần phải căn chỉnh trong quá trình sản xuất. Màn hình cảm ứng điện dung chiếu (PCT) sẽ chính xác hơn nhờ có độ phân giải lớn hơn. Lớp trên cùng của nó là thủy tinh, giúp thiết bị bền hơn khi sử dụng các vật sắc bén. Vì lớp dẫn điện được khắc, nên độ nét và việc truyền ánh sáng sẽ bị giảm bớt.

Màn hình cảm ứng đa điểm (MCT) có một tụ điện ở giao điểm ở mỗi hàng và cột. Nó cho phép ghi lại nhiều cú chạm được phát hiện, nhưng những loại này sẽ có giá mắc hơn là màn hình bề mặt điện dung. Cảm biến điện dung có thể được dùng cho cùng một lưới điện X-Y. Chúng cung cấp tín hiệu mạnh hơn loại điện dung đa điểm nhưng không thể dùng nhiều hơn một ngón tay hoặc nhấn cùng một lúc.

Hồng ngoại

Màn hình cảm ứng hồng ngoại sử dụng một dãy đèn LED hồng ngoại và các bộ tách sóng quang xung quanh các cạnh của màn hình để phát hiện sự gián đoạn hình dạng của các tia chiếu. Những tia LED hồng ngoại đi qua nhau theo chiều dọc, chiều ngang, hay dạng X-Y giúp cho cảm biến xác định được chính xác vị trí. Kiểu công nghệ có thể phát hiện bất cứ đầu vào nào, bào gồm cả ngón tay, gang tay, stylus, hoặc bút. Nó thường được sử dụng cho các ứng dụng không phụ thuộc vào dây dẫn ( như dùng tay trần) để kích hoạt màn hình cảm ứng. Màn hình cảm ứng hồng ngoại không yêu cầu về bất cứ hình dạng thủy tinh, là thứ giúp tăng độ bền và độ rõ nét của một hệ thống nói chung, không giống các công nghệ điện dung hay điện trở kháng.

Hình ảnh quang học

Hình ảnh quang học sử dụng thiết bị kết nối (CCD) cảm biến hình ảnh tương tự như như một máy ảnh kỹ thuật số cùng với đèn hồng ngoại. Một vật thể được phát hiện như một cái bóng. Nó còn được sử dụng để phát hiện được vị trí và kích thước của vật chạm vào. Vì giá của các bộ phận CCD thấp , nên công nghệ này đang ngày càng trở nên phổ biến. Chúng rất đa năng, có khả năng mở rộng, và đặc biệt là các ứng dụng dùng màn hình lớn.

Công nghệ tín hiệu phân tán

Công nghệ này sử dụng các cảm biến để phát hiện áp điện được tạo ra trong thủy tinh nhờ một cú chạm. Nhờ vào các rung động cơ học được sử dụng để phát hiện các tiếp xúc, bất cứ vật thể nào cũng có thể sử dụng trên màn hình cảm ứng. Giống như công nghệ SAW và công nghệ hình ảnh quang học, vì có vật thể hoặc đường khắc nào bên dưới màn hình nên độ nét quang học là cực kỳ tốt. Vì các khía cạnh khác về công nghệ cơ khí, sau cú chạm đầu tiên thì hệ thống không thể phát hiện ngón tay bất động.

Nhận dạng xung âm thanh (APR)

Một công nghệ thú vị khác đó là nhận dạng xung âm thanh (APR). 4 bộ chuyển đổi nhỏ dọc theo cạnh màn hình sẽ phát hiện âm thanh của của vật thể tác động lên kính. Âm thanh này sẽ được so sánh bằng cách sử dụng bảng ghi lại âm thanh từ bất kỳ vị trí nào lên kính. APR loại bỏ các âm thanh từ môi trường xung quanh vì chúng không phù hợp với các âm thanh số hóa đã được lưu trữ. Giống với công nghệ phân tán tín hiệu, sau cú chạm đầu tiên thì ngón tay bất động sẽ không được phát hiện, nhưng giải pháp dùng bảng tra sẽ đơn giản hơn so với các thuật toán phức tạp đã sử dụng để phát hiện áp điện tiếp xúc.

 

Bài viết liên quan