Интеграция на HMI панел Inovance и PLC контролер Mitsubishi чрез серийна и Ethernet комуникация

Свързване на системи за автоматизация от различни производители

Интерфейсите човек–машина продължават да определят начина, по който операторите взаимодействат със съвременните PLC системи. В предприятия, където съжителстват множество марки за автоматизация, оперативната съвместимост често е по-важна от лоялността към даден производител. Инженерите все по-често очакват HMI и контролери от различни производители да комуникират надеждно без значително количество персонализирано програмиране.

Един практически пример е интегрирането на HMI Inovance с PLC от серията Mitsubishi FX. Комбинацията предлага икономичен подход за производителите на машини, които търсят гъвкава визуализация, без да заменят съществуващите контролери.

За предприятия, които поддържат остаряло или оборудване от различни платформи, решенията от екосистемите на PLC Mitsubishi и съвременните HMI платформи остават особено актуални. Много проекти за модернизация разчитат и на резервен хардуер, предлаган чрез специализирани инвентарни наличности за автоматизация Mitsubishi Electric и по-широки индустриални HMI и компютърни платформи.

Изборът на хардуер определя комуникационната стратегия

Демонстрационната конфигурация комбинира PLC Mitsubishi FX3U с HMI Inovance IT6000. Въпреки че и двете устройства са предназначени за компактни системи за автоматизация, методите им за комуникация се различават в зависимост от архитектурата на приложението.

Серийната комуникация остава широко разпространена при по-малки самостоятелни машини заради своята простота и ниската цена на хардуера. Ethernet обаче все повече доминира в по-новите системи, тъй като поддържа по-висока пропускателна способност на данните, по-лесна диагностика и отдалечена свързаност.

Фигура 1. Демонстрационната система използва HMI Inovance IT6000 с PLC Mitsubishi FX3U за базово управление и наблюдение от оператора.

Подготовка на средата за разработка на HMI

InoTouch Editor е основният инженерeн софтуер за серията IT6000. Първо инженерите трябва да изберат правилния модел панел, ориентацията на екрана и предпочитанията за комуникация, преди да конфигурират PLC драйвера.

Правилното идентифициране на хардуера е важно, тъй като комуникационните възможности се различават при моделите от серията IT. Вариантите с Ethernet обикновено включват суфикса „E“, докато други модели поддържат само серийна комуникация.

Фигура 2. Инженерите конфигурират модела на HMI, ориентацията на дисплея и предпочитанията за комуникация по време на инициализацията на проекта.

Защо серийната комуникация все още е важна

Въпреки разширяването на индустриалния Ethernet, RS-232 и RS-485 продължават да бъдат широко използвани в автоматизацията на машини. Малки опаковъчни системи, управления на конвейери и модернизирани машини често разчитат на серийни връзки заради тяхната надеждност и минималните изисквания за конфигуриране.

При тази конфигурация Inovance IT6070E комуникира с PLC FX3U чрез RS-232 интерфейса COM2, като използва кабелна схема DB9 към Mini DIN.

Фигура 3. COM2 на HMI IT6000 обработва RS-232 комуникация с контролера Mitsubishi от серията FX.

Преобразуване на сигнала и съображения относно шума

PLC FX3U използва комуникационен порт MD8, проектиран според характеристиките на сигнализацията RS-422. Преобразуването на сигнала между RS-232 и RS-422 спомага за поддържане на стабилна комуникация в електрически шумна среда.

Много инженери на терен подценяват качеството на кабелите по време на въвеждането в експлоатация на HMI. На практика лошото екраниране и заземяване създават периодични комуникационни повреди, които изглеждат като софтуерни проблеми.

Ethernet разширява ролята на компактните PLC

Тъй като производителите на машини изискват дистанционна диагностика и IIoT свързаност, Ethernet комуникацията все повече заменя традиционните серийни връзки. Серията Mitsubishi FX5U отразява този преход, като интегрира Ethernet директно в архитектурата на контролера.

При интеграция на устройства от различни производители Modbus TCP остава най-практичният протокол. Въпреки че контролерите Mitsubishi поддържат комуникация чрез SLMP, InoTouch Editor понастоящем предпочита Modbus TCP за оперативна съвместимост със системи на трети страни.

Конфигуриране на Modbus TCP в InoTouch Editor

За разлика от комуникационните драйвери, специфични за производителя, Modbus TCP изисква изрично съпоставяне на регистрите между PLC и HMI. Инженерите трябва да конфигурират Common Driver в InoTouch Editor и да зададат правилния IP адрес на PLC.

Фигура 4. Конфигурацията на Modbus TCP изисква правилно IP адресиране и стандартно задаване на порт 502.

От страна на PLC, GX Works 3 управлява Ethernet конфигурацията и настройките на подмрежата. Съвпадането на мрежовите параметри между HMI и PLC предотвратява комуникационни конфликти по време на работа.

Фигура 5. Параметрите на Ethernet модула в GX Works 3 определят мрежовата идентичност и комуникационното поведение на PLC.

Превръщане на паметта на PLC във визуализация за оператора

Истинската стойност на HMI се проявява, когато паметта на PLC стане визуална и интерактивна. Битовите превключватели и индикаторните лампи осигуряват на операторите незабавна видимост на състоянието на машината, без да разкриват стълбовидната логика.

В този проект битовият превключвател на HMI записва в адрес M1 на паметта на Mitsubishi, докато битовата лампа следи обратната връзка за състоянието на M0.

Фигура 6. Съпоставянето на устройствата свързва директно HMI обектите с вътрешните адреси на паметта на PLC Mitsubishi.

Подобряване на използваемостта за операторите

Съвременните HMI системи все повече се фокусират върху удобството за използване, а не само върху базовата функционалност. InoTouch Editor включва графични библиотеки за бутони, лампи и индикатори, което позволява на инженерите бързо да стандартизират интерфейсите на машините.

Последователният графичен дизайн намалява объркването на операторите по време на техническа поддръжка и пренастройване на производството.

Фигура 7. Вградените графични библиотеки ускоряват разработването на HMI интерфейси за индустриални приложения.

Пускане в експлоатация и функционално валидиране

След завършване на проектирането инженерите могат да изтеглят проекта в HMI чрез USB или Ethernet комуникация. Функционалното тестване потвърждава дали HMI правилно чете и записва паметта на PLC.

В тази демонстрация операторският бутон на HMI превключва физическа изходна лампа чрез вътрешната логика на Mitsubishi, използвайки базирана на брояч схема със задържане.

Фигура 8. Помощната програма за изтегляне прехвърля проекта на HMI средата за изпълнение чрез Ethernet или USB комуникация.

Фигура 9. HMI и PLC обменят данни в реално време по време на тестване на операторския бутон и светлинната индикация.

Бъдещето на отворената индустриална свързаност

Комуникацията между различни платформи се превърна в основно изискване в индустриалната автоматизация. Производителите вече не проектират производствени линии около един-единствен доставчик на системи за автоматизация. Вместо това инженерите поставят на първо място гъвкавостта, наличността и разходите за целия жизнен цикъл.

Протоколи като Modbus TCP продължават да се използват, защото опростяват интеграцията между HMI, PLC, задвижвания и SCADA системи от различни производители. Дори с ускореното навлизане на OPC UA практическата интеграция на място все още зависи до голяма степен от утвърдените стандарти за индустриална комуникация.

Мнение на автора

Много екипи по автоматизация се съсредоточават прекомерно върху производителността на контролера, като подценяват оперативната съвместимост на HMI. В действителност комуникационният слой често определя успеха на проекта. Стабилната архитектура HMI–PLC намалява забавянията при пускане в експлоатация, улеснява отстраняването на неизправности и удължава експлоатационния живот на оборудването в производствени линии с компоненти от различни производители.

За производителите на машини, които балансират между производителност и цена, комбинацията от HMI на Inovance и PLC на Mitsubishi предлага практично инженерно решение, а не просто компромис, продиктуван от бюджета.

Даниел Мърсър | Старши репортер за индустриални системи

Даниел Мърсър има 14 години опит в отразяването на платформи за индустриална автоматизация, системи за управление на движението и проекти за интеграция на PLC. Професионалният му опит включва работа по пускане в експлоатация на място със системи за производство, базирани на Mitsubishi Electric, Siemens, Beckhoff Automation и Rockwell, в отраслите на опаковъчната и процесната промишленост.