Vegyes gyártói hátterű automatizálási rendszerek összekapcsolása

A humán-gép interfészek továbbra is meghatározzák, hogyan lépnek kapcsolatba a kezelők a modern PLC-rendszerekkel. Azokban a gyárakban, ahol több automatizálási márka működik együtt, az interoperabilitás gyakran fontosabb a gyártó iránti lojalitásnál. A mérnökök egyre inkább elvárják, hogy a különböző gyártók HMI-jei és vezérlői megbízhatóan kommunikáljanak egymással kiterjedt egyedi programozás nélkül.

Gyakorlati példa erre egy Inovance HMI és Mitsubishi FX-sorozatú PLC-k integrációja. A kombináció költséghatékony megközelítést kínál azoknak a gépgyártóknak, akik rugalmas megjelenítést szeretnének a meglévő vezérlők cseréje nélkül.

A régi vagy vegyes platformú berendezéseket fenntartó üzemek számára továbbra is nagy jelentőséggel bírnak a Mitsubishi PLC-ökoszisztémájából származó megoldások és a modern HMI-platformok. Számos utólagos korszerűsítési projekt támaszkodik a szakosodott Mitsubishi Electric automatizálási készletein és a szélesebb körű ipari HMI- és számítástechnikai platformokon keresztül elérhető cserehardverekre is.

A hardverválasztás alakítja a kommunikációs stratégiát

A bemutató-összeállítás egy Mitsubishi FX3U PLC-t és egy Inovance IT6000 HMI-t kapcsol össze. Bár mindkét eszközt kompakt automatizálási rendszerekhez tervezték, kommunikációs módszereik az alkalmazás architektúrájától függően eltérnek.

A soros kommunikáció egyszerűsége és alacsony hardverköltsége miatt továbbra is gyakori a kisebb, önálló gépekben. Az Ethernet azonban egyre inkább meghatározó az újabb rendszerekben, mivel nagyobb adatátviteli sebességet, egyszerűbb diagnosztikát és távoli csatlakozást tesz lehetővé.

1. ábra. A bemutatórendszer egy Inovance IT6000 HMI-t és egy Mitsubishi FX3U PLC-t használ az alapvető kezelői vezérléshez és felügyelethez.

A HMI-fejlesztési környezet előkészítése

Az InoTouch Editor az IT6000 termékcsalád elsődleges mérnöki szoftvere. A PLC-illesztőprogram konfigurálása előtt a mérnököknek ki kell választaniuk a megfelelő panelmodellt, a képernyő tájolását és a kommunikációs beállítást.

A megfelelő hardverazonosítás fontos, mivel a kommunikációs képességek az IT-sorozat modelljei között eltérnek. Az Ethernet-kompatibilis változatok jellemzően az „E” utótagot tartalmazzák, míg más modellek csak soros kommunikációt támogatnak.

2. ábra. A mérnökök a projekt inicializálása során konfigurálják a HMI-modellt, a kijelző tájolását és a kommunikációs beállításokat.

Miért fontos még mindig a soros kommunikáció?

Az Industrial Ethernet térhódítása ellenére az RS-232 és az RS-485 továbbra is szervesen beépül a gépautomatizálásba. A kisebb csomagolórendszerek, szállítópálya-vezérlések és utólag korszerűsített gépek gyakran soros kapcsolatokat használnak megbízhatóságuk és minimális konfigurációs igényük miatt.

Ebben a beállításban az Inovance IT6070E a COM2 RS-232 interfészen keresztül kommunikál az FX3U PLC-vel egy DB9–Mini DIN kábelezési elrendezés használatával.

3. ábra. Az IT6000 HMI COM2 portja RS-232 kommunikációt biztosít a Mitsubishi FX-sorozatú vezérlőjével.

Jelátalakítási és zajvédelmi szempontok

Az FX3U PLC RS-422 jelátviteli jellemzőkre épülő MD8 kommunikációs portot használ. Az RS-232 és az RS-422 közötti jelátalakítás segít fenntartani a kommunikáció stabilitását elektromosan zajos környezetben.

Sok terepi mérnök alábecsüli a kábelminőség jelentőségét a HMI üzembe helyezésekor. A gyakorlatban a nem megfelelő árnyékolás és földelés szakaszos kommunikációs hibákat okoz, amelyek szoftveres problémáknak tűnnek.

Az Ethernet kibővíti a kompakt PLC-k szerepét

Ahogy a gépgyártók egyre inkább igénylik a távoli diagnosztikát és az IIoT-kapcsolatot, az Ethernet-kommunikáció fokozatosan felváltja a hagyományos soros kapcsolatokat. A Mitsubishi FX5U sorozata ezt az átmenetet tükrözi azáltal, hogy közvetlenül a vezérlő architektúrájába integrálja az Ethernetet.

A többgyártós integrációhoz a Modbus TCP továbbra is a legpraktikusabb protokoll. Bár a Mitsubishi vezérlők támogatják az SLMP-kommunikációt, az InoTouch Editor jelenleg az interoperabilitás érdekében a Modbus TCP-t részesíti előnyben harmadik féltől származó rendszerekkel.

A Modbus TCP konfigurálása az InoTouch Editorban

A gyártóspecifikus kommunikációs illesztőprogramokkal ellentétben a Modbus TCP explicit regiszterleképezést igényel a PLC és a HMI között. A mérnököknek be kell állítaniuk az InoTouch Editor Common Driver illesztőprogramját, és hozzá kell rendelniük a PLC helyes IP-címét.

4. ábra. A Modbus TCP konfigurálásához helyes IP-címzés és az 502-es szabványos port hozzárendelése szükséges.

A PLC oldalán a GX Works 3 kezeli az Ethernet-konfigurációt és az alhálózati beállításokat. A HMI és a PLC hálózati paramétereinek összehangolása megakadályozza a kommunikációs ütközéseket futás közben.

5. ábra. A GX Works 3 Ethernet-paraméterei határozzák meg a PLC hálózati azonosítóját és kommunikációs működését.

A PLC-memória kezelői megjelenítéssé alakítása

A HMI valódi értéke akkor mutatkozik meg, amikor a PLC memóriája vizuálissá és interaktívvá válik. A bitkapcsolók és állapotjelző lámpák azonnali betekintést nyújtanak a kezelőknek a gép állapotába anélkül, hogy létradiagram-logikát kellene megjeleníteniük.

Ebben a projektben a HMI bitkapcsolója a Mitsubishi M1 memóriacímére ír, míg a bitlámpa az M0 állapot-visszajelzését figyeli.

6. ábra. Az eszközleképezés közvetlenül összekapcsolja a HMI-objektumokat a Mitsubishi PLC belső memóriacímeivel.

A kezelői használhatóság javítása

A modern HMI-k egyre inkább a használhatóságra összpontosítanak, nem csupán a nyers funkcionalitásra. Az InoTouch Editor grafikus könyvtárakat tartalmaz gombokhoz, lámpákhoz és jelzőkhöz, így a mérnökök gyorsan szabványosíthatják a gépkezelői felületeket.

Az egységes grafikai kialakítás csökkenti a kezelők bizonytalanságát a karbantartás és a gyártás átállásai során.

7. ábra. A beépített grafikus könyvtárak felgyorsítják a HMI-felületek fejlesztését ipari alkalmazásokhoz.

Üzembe helyezés és funkcionális validálás

A tervezés befejezése után a mérnökök USB- vagy Ethernet-kommunikáción keresztül letölthetik a projektet a HMI-re. A funkcionális tesztelés megerősíti, hogy a HMI megfelelően olvassa és írja a PLC memóriáját.

Ebben a bemutatóban a HMI nyomógombja egy számlálóalapú reteszelési elrendezést alkalmazó Mitsubishi belső logikán keresztül kapcsolja a fizikai kimeneti lámpát.

8. ábra. A letöltési segédprogram Ethernet- vagy USB-kommunikáción keresztül továbbítja a HMI futtatási projektjét.

9. ábra. A HMI és a PLC valós időben cserél adatokat a kezelői nyomógomb tesztelése és a lámpajelzés során.

A nyílt ipari kapcsolat jövője

A platformok közötti kommunikáció az ipari automatizálás meghatározó követelményévé vált. A gyártók már nem egyetlen automatizálási beszállító köré tervezik a gyártósorokat. A mérnökök ehelyett a rugalmasságot, az elérhetőséget és az életciklus-költséget helyezik előtérbe.

Az olyan protokollok, mint a Modbus TCP, továbbra is használatban maradnak, mivel egyszerűsítik a különböző gyártók HMI-i, PLC-i, hajtásai és SCADA-rendszerei közötti integrációt. Bár az OPC UA elterjedése felgyorsul, a gyakorlati terepi integráció továbbra is nagymértékben a bevált ipari kommunikációs szabványokra támaszkodik.

A szerző véleménye

Számos automatizálási csapat túlzottan a vezérlő teljesítményére összpontosít, miközben alábecsüli a HMI-k interoperabilitását. A valóságban gyakran a kommunikációs réteg határozza meg a projekt sikerét. A stabil HMI–PLC-architektúra csökkenti az üzembe helyezési késedelmeket, egyszerűsíti a hibakeresést, és meghosszabbítja a berendezések élettartamát a többgyártós gyártósorokon.

A teljesítmény és a költségek egyensúlyára törekvő gépgyártók számára az Inovance HMI-k és a Mitsubishi PLC-k kombinációja praktikus mérnöki megoldást kínál, nem pusztán költségvetési kényszer szülte kompromisszumot.

Daniel Mercer | Vezető ipari rendszerekkel foglalkozó riporter

Daniel Mercer 14 év tapasztalattal rendelkezik ipari automatizálási platformok, mozgásrendszerek és PLC-integrációs projektek terén. Hátteréhez terepi üzembe helyezési munkák is tartoznak, amelyek során Mitsubishi Electric, Siemens, Beckhoff Automation és Rockwell-alapú gyártórendszerekkel dolgozott a csomagoló- és folyamatiparban.