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

پل زدن بین سیستم‌های اتوماسیون چند فروشنده

رابط‌های انسان-ماشین همچنان نحوه تعامل اپراتورها با سیستم‌های مدرن PLC را شکل می‌دهند. در کارخانه‌هایی که چند برند اتوماسیون هم‌زمان وجود دارد، قابلیت همکاری اغلب مهم‌تر از وفاداری به فروشنده است. مهندسان انتظار دارند HMIها و کنترلرهای تولیدکنندگان مختلف بدون برنامه‌نویسی سفارشی گسترده به‌طور قابل اعتماد ارتباط برقرار کنند.

یک مثال عملی، ادغام HMI اینوانس با PLCهای سری FX میتسوبیشی است. این ترکیب رویکردی مقرون‌به‌صرفه برای سازندگان ماشین فراهم می‌کند که به دنبال تصویربرداری انعطاف‌پذیر بدون جایگزینی کنترلرهای موجود هستند.

برای تأسیساتی که تجهیزات قدیمی یا چند سکویی را نگهداری می‌کنند، راه‌حل‌های اکوسیستم PLC میتسوبیشی و پلتفرم‌های مدرن HMI همچنان بسیار مرتبط هستند. بسیاری از پروژه‌های بازسازی نیز به سخت‌افزار جایگزین موجود در موجودی اتوماسیون میتسوبیشی الکتریک و پلتفرم‌های گسترده‌تر HMI و محاسبات صنعتی متکی هستند.

انتخاب سخت‌افزار استراتژی ارتباطی را شکل می‌دهد

تنظیم نمایشی ترکیبی از PLC میتسوبیشی FX3U و HMI اینوانس IT6000 است. اگرچه هر دو دستگاه برای سیستم‌های اتوماسیون جمع‌وجور طراحی شده‌اند، روش‌های ارتباطی آن‌ها بسته به معماری کاربرد متفاوت است.

ارتباط سریال به دلیل سادگی و هزینه پایین سخت‌افزار، در ماشین‌آلات کوچک مستقل همچنان رایج است. با این حال، اترنت به‌طور فزاینده‌ای در سیستم‌های جدیدتر غالب شده است زیرا از نرخ انتقال داده بالاتر، تشخیص آسان‌تر و اتصال از راه دور پشتیبانی می‌کند.

شکل ۱. سیستم نمایشی از HMI اینوانس IT6000 با PLC میتسوبیشی FX3U برای کنترل و نظارت پایه اپراتور استفاده می‌کند.

آماده‌سازی محیط توسعه HMI

InoTouch Editor به‌عنوان نرم‌افزار اصلی مهندسی برای خانواده IT6000 عمل می‌کند. مهندسان باید ابتدا مدل پنل صحیح، جهت صفحه نمایش و تنظیمات ارتباطی را انتخاب کنند سپس درایور PLC را پیکربندی نمایند.

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

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

چرا ارتباط سریال هنوز اهمیت دارد

با وجود گسترش اترنت صنعتی، RS-232 و RS-485 همچنان در اتوماسیون ماشین‌آلات به‌طور گسترده‌ای استفاده می‌شوند. سیستم‌های بسته‌بندی کوچک، کنترل‌های نقاله و ماشین‌آلات بازسازی‌شده اغلب به دلیل قابلیت اطمینان و نیازهای حداقلی پیکربندی، به لینک‌های سریال وابسته‌اند.

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

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

تبدیل سیگنال و ملاحظات نویز

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

بسیاری از مهندسان میدانی کیفیت کابل را هنگام راه‌اندازی HMI دست‌کم می‌گیرند. در عمل، محافظت و زمین‌کردن ضعیف باعث بروز خطاهای ارتباطی متناوب می‌شود که به عنوان مشکلات نرم‌افزاری ظاهر می‌شوند.

اترنت نقش PLCهای جمع‌وجور را گسترش می‌دهد

با افزایش تقاضای سازندگان ماشین برای تشخیص از راه دور و اتصال IIoT، ارتباط اترنت به طور فزاینده‌ای جایگزین لینک‌های سریال سنتی می‌شود. سری FX5U میتسوبیشی این انتقال را با ادغام اترنت مستقیماً در معماری کنترلر نشان می‌دهد.

برای یکپارچه‌سازی چند فروشنده، Modbus TCP همچنان عملی‌ترین پروتکل است. اگرچه کنترلرهای میتسوبیشی از ارتباط SLMP پشتیبانی می‌کنند، ویرایشگر InoTouch در حال حاضر Modbus TCP را برای همکاری با سیستم‌های شخص ثالث ترجیح می‌دهد.

پیکربندی Modbus TCP در ویرایشگر InoTouch

برخلاف درایورهای ارتباطی بومی فروشنده، Modbus TCP نیازمند نگاشت صریح رجیستر بین PLC و HMI است. مهندسان باید درایور مشترک را در داخل ویرایشگر InoTouch پیکربندی کرده و آدرس IP صحیح PLC را اختصاص دهند.

شکل ۴. پیکربندی Modbus TCP نیازمند آدرس‌دهی IP صحیح و تخصیص پورت استاندارد ۵۰۲ است.

در سمت PLC، GX Works 3 پیکربندی اترنت و تنظیمات زیرشبکه را مدیریت می‌کند. تطابق پارامترهای شبکه بین HMI و PLC از بروز تعارضات ارتباطی در زمان اجرا جلوگیری می‌کند.

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

تبدیل حافظه PLC به تصویرسازی اپراتور

ارزش واقعی یک HMI زمانی ظاهر می‌شود که حافظه PLC قابل مشاهده و تعاملی شود. کلیدهای بیت و لامپ‌های وضعیت به اپراتورها دید فوری از شرایط ماشین را بدون افشای منطق نردبانی ارائه می‌دهند.

در این پروژه، کلید بیت HMI به آدرس حافظه M1 میتسوبیشی می‌نویسد، در حالی که لامپ بیت وضعیت بازخورد M0 را نظارت می‌کند.

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

بهبود قابلیت استفاده اپراتور

HMIهای مدرن بیشتر بر قابلیت استفاده تمرکز دارند تا صرفاً عملکرد خام. ویرایشگر InoTouch شامل کتابخانه‌های گرافیکی برای دکمه‌ها، لامپ‌ها و نشانگرها است که به مهندسان امکان استانداردسازی سریع رابط‌های ماشین را می‌دهد.

طراحی گرافیکی یکنواخت باعث کاهش سردرگمی اپراتور در طول نگهداری و تغییرات تولید می‌شود.

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

راه‌اندازی و اعتبارسنجی عملکردی

پس از تکمیل طراحی، مهندسان می‌توانند پروژه را از طریق ارتباط USB یا اترنت به HMI دانلود کنند. آزمایش عملکردی تأیید می‌کند که آیا HMI به درستی حافظه PLC را می‌خواند و می‌نویسد یا خیر.

در این نمایش، دکمه فشاری HMI یک لامپ خروجی فیزیکی را از طریق منطق داخلی میتسوبیشی با استفاده از آرایش قفل مبتنی بر شمارنده تغییر وضعیت می‌دهد.

شکل ۸. ابزار دانلود پروژه زمان اجرای HMI را از طریق ارتباط اترنت یا USB منتقل می‌کند.

شکل ۹. HMI و PLC در حین آزمایش دکمه فشاری اپراتور و نشانگر لامپ، داده‌های زمان واقعی را تبادل می‌کنند.

آینده اتصال صنعتی باز

ارتباط چندسکویی به یک نیاز تعیین‌کننده در اتوماسیون صنعتی تبدیل شده است. تولیدکنندگان دیگر خطوط تولید را حول یک فروشنده اتوماسیون واحد طراحی نمی‌کنند. در عوض، مهندسان انعطاف‌پذیری، در دسترس بودن و هزینه چرخه عمر را در اولویت قرار می‌دهند.

پروتکل‌هایی مانند Modbus TCP همچنان پابرجا هستند زیرا یکپارچه‌سازی بین HMIها، PLCها، درایوها و سیستم‌های SCADA از تولیدکنندگان مختلف را ساده می‌کنند. حتی با افزایش پذیرش OPC UA، یکپارچه‌سازی عملی میدانی هنوز به شدت به استانداردهای ارتباط صنعتی تثبیت‌شده وابسته است.

نظر نویسنده

بسیاری از تیم‌های اتوماسیون بیش از حد روی عملکرد کنترلر تمرکز می‌کنند و قابلیت همکاری HMI را دست کم می‌گیرند. در واقع، لایه ارتباطی اغلب موفقیت پروژه را تعیین می‌کند. معماری پایدار HMI به PLC باعث کاهش تأخیرهای راه‌اندازی، ساده‌سازی عیب‌یابی و افزایش طول عمر تجهیزات در خطوط تولید چند فروشنده می‌شود.

برای سازندگان ماشین‌آلات که به دنبال تعادل بین عملکرد و هزینه هستند، ترکیب HMIهای اینوانس و PLCهای میتسوبیشی راه‌حلی مهندسی عملی به جای صرفاً مصالحه‌ای مبتنی بر بودجه ارائه می‌دهد.

دنیل مرسر | خبرنگار ارشد سیستم‌های صنعتی

دنیل مرسر ۱۴ سال تجربه در زمینه پوشش پلتفرم‌های اتوماسیون صنعتی، سیستم‌های حرکتی و پروژه‌های یکپارچه‌سازی PLC دارد. سابقه او شامل کارهای راه‌اندازی میدانی با سیستم‌های تولید مبتنی بر میتسوبیشی الکتریک، زیمنس، بکهوف اتوماسیون و راکول در صنایع بسته‌بندی و فرآیندی است.