یکپارچه‌سازی HMI اینوونس و PLC میتسوبیشی از طریق ارتباط سریال و اترنت

پل زدن میان سیستم‌های اتوماسیون با تأمین‌کنندگان مختلف

رابط‌های انسان‌وماشین همچنان نحوه تعامل اپراتورها با سیستم‌های مدرن PLC را شکل می‌دهند. در کارخانه‌هایی که چندین برند اتوماسیون در کنار یکدیگر فعالیت می‌کنند، سازگاری میان تجهیزات اغلب از وفاداری به یک تأمین‌کننده مهم‌تر است. مهندسان بیش‌ازپیش انتظار دارند HMIها و کنترلرهای تولیدکنندگان مختلف بدون برنامه‌نویسی سفارشی گسترده، به‌طور قابل‌اعتماد با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.

یکی از نمونه‌های عملی، یکپارچه‌سازی HMI مدل Inovance با PLCهای سری FX شرکت Mitsubishi است. این ترکیب، رویکردی مقرون‌به‌صرفه برای سازندگان ماشین فراهم می‌کند که به‌دنبال بصری‌سازی انعطاف‌پذیر بدون تعویض کنترلرهای موجود هستند.

برای تأسیساتی که تجهیزات قدیمی یا ترکیبی از پلتفرم‌های مختلف را نگهداری می‌کنند، راهکارهای مبتنی بر اکوسیستم PLCهای Mitsubishi و پلتفرم‌های مدرن HMI همچنان بسیار کاربردی هستند. بسیاری از پروژه‌های بهسازی نیز به سخت‌افزار جایگزینی متکی‌اند که از طریق موجودی‌های تخصصی اتوماسیون Mitsubishi Electric و مجموعه گسترده‌تر پلتفرم‌های HMI صنعتی و رایانش صنعتی در دسترس است.

انتخاب سخت‌افزار، راهبرد ارتباطی را شکل می‌دهد

در این پیکربندی نمایشی، یک PLC مدل Mitsubishi FX3U با یک HMI مدل Inovance IT6000 ترکیب شده است. اگرچه هر دو دستگاه برای سیستم‌های اتوماسیون فشرده طراحی شده‌اند، روش‌های ارتباطی آن‌ها بسته به معماری کاربرد متفاوت است.

ارتباط سریال به دلیل سادگی و هزینه پایین سخت‌افزار، همچنان در ماشین‌های مستقل کوچک رایج است. با این حال، اترنت به‌طور فزاینده‌ای در سیستم‌های جدید غالب شده است، زیرا توان عملیاتی داده بالاتر، عیب‌یابی آسان‌تر و اتصال از راه دور را فراهم می‌کند.

شکل ۱. سیستم نمایشی از یک HMI مدل Inovance IT6000 همراه با PLC مدل Mitsubishi FX3U برای کنترل و پایش پایه اپراتور استفاده می‌کند.

آماده‌سازی محیط توسعه HMI

InoTouch Editor نرم‌افزار اصلی مهندسی برای خانواده IT6000 است. مهندسان باید پیش از پیکربندی درایور PLC، ابتدا مدل صحیح پنل، جهت صفحه‌نمایش و روش ارتباطی را انتخاب کنند.

شناسایی صحیح سخت‌افزار اهمیت دارد، زیرا قابلیت‌های ارتباطی بین مدل‌های سری IT متفاوت است. مدل‌های دارای اترنت معمولاً پسوند «E» دارند، در حالی که مدل‌های دیگر فقط از ارتباط سریال پشتیبانی می‌کنند.

شکل ۲. مهندسان هنگام راه‌اندازی اولیه پروژه، مدل HMI، جهت نمایش و تنظیمات ارتباطی را پیکربندی می‌کنند.

چرا ارتباط سریال هنوز اهمیت دارد

با وجود گسترش اترنت صنعتی، RS-232 و RS-485 همچنان جایگاه مهمی در اتوماسیون ماشین‌آلات دارند. سیستم‌های بسته‌بندی کوچک، کنترل‌های نوار نقاله و ماشین‌آلات بهسازی‌شده اغلب به لینک‌های سریال متکی هستند، زیرا این لینک‌ها قابل‌اعتمادند و به پیکربندی حداقلی نیاز دارند.

در این setup، Inovance IT6070E از طریق رابط RS-232 پورت COM2 و با استفاده از آرایش کابل DB9 به Mini DIN با PLC مدل FX3U ارتباط برقرار می‌کند.

شکل ۳. پورت COM2 در HMI مدل IT6000، ارتباط RS-232 با کنترلر سری FX میتسوبیشی را مدیریت می‌کند.

ملاحظات مربوط به تبدیل سیگنال و نویز

PLC مدل FX3U از یک پورت ارتباطی MD8 استفاده می‌کند که بر مبنای ویژگی‌های سیگنال‌دهی RS-422 طراحی شده است. تبدیل سیگنال بین RS-232 و RS-422 به حفظ پایداری ارتباط در محیط‌های دارای نویز الکتریکی کمک می‌کند.

بسیاری از مهندسان میدانی، کیفیت کابل را هنگام راه‌اندازی HMI دست‌کم می‌گیرند. در عمل، شیلدینگ و اتصال زمین نامناسب باعث بروز خطاهای ارتباطی متناوبی می‌شوند که شبیه مشکلات نرم‌افزاری به نظر می‌رسند.

اترنت، نقش PLCهای کامپکت را گسترش می‌دهد

با افزایش تقاضای سازندگان ماشین برای عیب‌یابی از راه دور و اتصال IIoT، ارتباط اترنت بیش از پیش جایگزین لینک‌های سریال سنتی می‌شود. سری FX5U میتسوبیشی با یکپارچه‌سازی مستقیم اترنت در معماری کنترلر، بازتاب‌دهنده این گذار است.

برای یکپارچه‌سازی تجهیزات سازندگان مختلف، Modbus TCP همچنان کاربردی‌ترین پروتکل است. اگرچه کنترلرهای میتسوبیشی از ارتباط SLMP پشتیبانی می‌کنند، InoTouch Editor در حال حاضر برای تعامل‌پذیری با سیستم‌های شخص ثالث، Modbus TCP را ترجیح می‌دهد.

پیکربندی Modbus TCP در InoTouch Editor

برخلاف درایورهای ارتباطی اختصاصی سازنده، Modbus TCP به نگاشت صریح رجیسترها بین PLC و HMI نیاز دارد. مهندسان باید درایور عمومی را در InoTouch Editor پیکربندی کرده و آدرس IP صحیح PLC را اختصاص دهند.

شکل ۴. پیکربندی Modbus TCP به آدرس‌دهی صحیح IP و تخصیص استاندارد پورت 502 نیاز دارد.

در سمت PLC، نرم‌افزار GX Works 3 پیکربندی اترنت و تنظیمات زیرشبکه را مدیریت می‌کند. یکسان بودن پارامترهای شبکه HMI و PLC از بروز تداخل ارتباطی هنگام اجرا جلوگیری می‌کند.

شکل ۵. پارامترهای ماژول اترنت در GX Works 3، هویت شبکه و رفتار ارتباطی PLC را تعریف می‌کنند.

تبدیل حافظه PLC به نمایش بصری برای اپراتور

ارزش واقعی HMI زمانی نمایان می‌شود که حافظه PLC به‌صورت بصری و تعاملی درآید. کلیدهای بیتی و چراغ‌های وضعیت، بدون نمایش منطق نردبانی، دید فوری از شرایط دستگاه را در اختیار اپراتورها قرار می‌دهند.

در این پروژه، کلید بیتی HMI در آدرس حافظه M1 میتسوبیشی می‌نویسد، در حالی که چراغ بیتی، بازخورد وضعیت M0 را پایش می‌کند.

شکل ۶. نگاشت دستگاه، اشیای HMI را مستقیماً به آدرس‌های حافظه داخلی PLC میتسوبیشی متصل می‌کند.

بهبود کاربری اپراتور

HMIهای مدرن بیش از آنکه صرفاً بر قابلیت‌های خام تمرکز کنند، بر سهولت استفاده تمرکز دارند. InoTouch Editor شامل کتابخانه‌های گرافیکی برای دکمه‌ها، چراغ‌ها و نشانگرهاست و به مهندسان اجازه می‌دهد رابط‌های ماشین را به‌سرعت استانداردسازی کنند.

طراحی گرافیکی یکپارچه، سردرگمی اپراتور را هنگام تعمیر و تغییر خط تولید کاهش می‌دهد.

شکل ۷. کتابخانه‌های گرافیکی داخلی، توسعه رابط HMI را برای کاربردهای صنعتی تسریع می‌کنند.

راه‌اندازی و اعتبارسنجی عملکرد

پس از تکمیل طراحی، مهندسان می‌توانند پروژه را از طریق ارتباط USB یا Ethernet روی HMI دانلود کنند. آزمایش عملکرد تأیید می‌کند که HMI حافظه PLC را به‌درستی می‌خواند و می‌نویسد.

در این نمایش، شستی HMI از طریق منطق داخلی Mitsubishi و با استفاده از آرایش قفل مبتنی بر شمارنده، چراغ خروجی فیزیکی را تغییر وضعیت می‌دهد.

شکل ۸. ابزار دانلود، پروژه زمان‌اجرای HMI را از طریق ارتباط Ethernet یا USB منتقل می‌کند.

شکل ۹. HMI و PLC هنگام آزمایش لحظه‌ای شستی اپراتور و نمایشگر چراغی، داده‌ها را با یکدیگر تبادل می‌کنند.

آینده اتصال‌پذیری باز صنعتی

ارتباطات میان‌پلتفرمی به یکی از الزامات تعیین‌کننده در اتوماسیون صنعتی تبدیل شده است. تولیدکنندگان دیگر خطوط تولید را حول یک فروشنده واحد اتوماسیون طراحی نمی‌کنند. در عوض، مهندسان انعطاف‌پذیری، دسترس‌پذیری و هزینه چرخه عمر را در اولویت قرار می‌دهند.

پروتکل‌هایی مانند Modbus TCP همچنان کاربرد دارند، زیرا یکپارچه‌سازی HMIها، PLCها، درایوها و سیستم‌های SCADA متعلق به سازندگان مختلف را ساده می‌کنند. حتی با شتاب گرفتن پذیرش OPC UA، یکپارچه‌سازی عملی در محل همچنان به استانداردهای ارتباطی صنعتی تثبیت‌شده وابستگی زیادی دارد.

نظر نویسنده

بسیاری از تیم‌های اتوماسیون تمرکز زیادی بر عملکرد کنترلر دارند و قابلیت همکاری HMI را دست‌کم می‌گیرند. در واقع، لایه ارتباطی اغلب موفقیت پروژه را تعیین می‌کند. معماری پایدار HMI به PLC تأخیرهای راه‌اندازی را کاهش می‌دهد، عیب‌یابی را ساده می‌کند و عمر تجهیزات را در خطوط تولید متشکل از تجهیزات چند سازنده افزایش می‌دهد.

برای ماشین‌سازانی که باید عملکرد و هزینه را متعادل کنند، ترکیب HMIهای Inovance و PLCهای Mitsubishi راهکاری مهندسی و عملی ارائه می‌دهد، نه صرفاً مصالحه‌ای مبتنی بر بودجه.

دنیل مرسر | خبرنگار ارشد سیستم‌های صنعتی

دنیل مرسر ۱۴ سال تجربه در پوشش پلتفرم‌های اتوماسیون صنعتی، سیستم‌های حرکتی و پروژه‌های یکپارچه‌سازی PLC دارد. سوابق او شامل راه‌اندازی میدانی سیستم‌های تولید مبتنی بر Mitsubishi Electric، Siemens، Beckhoff Automation و Rockwell در صنایع بسته‌بندی و فرایندی است.