การเชื่อมต่อ Inovance HMI กับ Mitsubishi PLC ผ่านการสื่อสารแบบอนุกรมและอีเธอร์เน็ต

การเชื่อมต่อระบบอัตโนมัติจากผู้ขายหลายราย

อินเทอร์เฟซระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักรยังคงกำหนดวิธีที่ผู้ปฏิบัติงานโต้ตอบกับระบบ PLC สมัยใหม่ ในโรงงานที่มีแบรนด์อัตโนมัติหลายยี่ห้ออยู่ร่วมกัน ความสามารถในการทำงานร่วมกันมักสำคัญกว่าความภักดีต่อผู้ขาย วิศวกรจึงคาดหวังว่า HMI และคอนโทรลเลอร์จากผู้ผลิตต่างกันจะสื่อสารได้อย่างน่าเชื่อถือโดยไม่ต้องเขียนโปรแกรมเฉพาะมากมาย

ตัวอย่างที่ใช้งานได้จริงคือการรวม HMI ของ Inovance กับ Mitsubishi FX-series PLC การผสมผสานนี้เป็นวิธีที่คุ้มค่าสำหรับผู้สร้างเครื่องจักรที่ต้องการการแสดงผลที่ยืดหยุ่นโดยไม่ต้องเปลี่ยนคอนโทรลเลอร์ที่มีอยู่

สำหรับสถานที่ที่ยังคงใช้เครื่องจักรรุ่นเก่าหรือแพลตฟอร์มผสม โซลูชันจากระบบนิเวศ Mitsubishi PLC และแพลตฟอร์ม HMI สมัยใหม่ยังคงมีความเกี่ยวข้องสูง โครงการติดตั้งใหม่หลายโครงการยังพึ่งพาฮาร์ดแวร์ทดแทนที่มีจำหน่ายผ่าน สินค้าควบคุมอัตโนมัติ Mitsubishi Electric และ แพลตฟอร์ม HMI และคอมพิวเตอร์อุตสาหกรรม ที่กว้างขึ้น

การเลือกฮาร์ดแวร์กำหนดกลยุทธ์การสื่อสาร

การตั้งค่าการสาธิตรวม Mitsubishi FX3U PLC กับ Inovance IT6000 HMI แม้ว่าทั้งสองอุปกรณ์จะมุ่งเป้าไปที่ระบบอัตโนมัติขนาดกะทัดรัด แต่วิธีการสื่อสารจะแตกต่างกันขึ้นอยู่กับสถาปัตยกรรมของแอปพลิเคชัน

การสื่อสารแบบอนุกรมยังคงเป็นที่นิยมในเครื่องจักรขนาดเล็กแบบสแตนด์อโลนเนื่องจากความเรียบง่ายและต้นทุนฮาร์ดแวร์ต่ำ อย่างไรก็ตาม Ethernet กำลังครองตลาดระบบใหม่มากขึ้นเพราะรองรับการส่งข้อมูลที่สูงกว่า การวินิจฉัยที่ง่ายกว่า และการเชื่อมต่อระยะไกล

รูปที่ 1 ระบบสาธิตใช้ Inovance IT6000 HMI กับ Mitsubishi FX3U PLC สำหรับการควบคุมและตรวจสอบการทำงานของผู้ปฏิบัติงานพื้นฐาน

การเตรียมสภาพแวดล้อมการพัฒนา HMI

InoTouch Editor เป็นซอฟต์แวร์วิศวกรรมหลักสำหรับตระกูล IT6000 วิศวกรต้องเลือกโมเดลแผงควบคุม ทิศทางหน้าจอ และการตั้งค่าการสื่อสารที่ถูกต้องก่อนกำหนดค่าตัวขับ PLC

การระบุฮาร์ดแวร์ที่ถูกต้องมีความสำคัญเพราะความสามารถในการสื่อสารแตกต่างกันระหว่างรุ่น IT-series รุ่นที่รองรับ Ethernet มักมีคำต่อท้าย “E” ขณะที่รุ่นอื่นรองรับการสื่อสารแบบอนุกรมเท่านั้น

รูปที่ 2 วิศวกรกำหนดค่ารุ่น HMI ทิศทางการแสดงผล และการตั้งค่าการสื่อสารในระหว่างการเริ่มต้นโครงการ

ทำไมการสื่อสารแบบอนุกรมยังคงสำคัญ

แม้ว่า Industrial Ethernet จะขยายตัวมากขึ้น แต่ RS-232 และ RS-485 ยังคงฝังลึกในระบบอัตโนมัติเครื่องจักร ระบบบรรจุภัณฑ์ขนาดเล็ก การควบคุมสายพานลำเลียง และเครื่องจักรที่ติดตั้งใหม่มักพึ่งพาการเชื่อมต่อแบบอนุกรมเนื่องจากความน่าเชื่อถือและความต้องการการตั้งค่าที่น้อยมาก

ในการตั้งค่านี้ Inovance IT6070E สื่อสารกับ PLC FX3U ผ่านอินเทอร์เฟซ COM2 RS-232 โดยใช้สาย DB9-to-Mini DIN

รูปที่ 3 COM2 บน HMI IT6000 จัดการการสื่อสาร RS-232 กับคอนโทรลเลอร์ Mitsubishi ซีรีส์ FX

การแปลงสัญญาณและการพิจารณาสัญญาณรบกวน

PLC FX3U ใช้พอร์ตสื่อสาร MD8 ที่ออกแบบตามลักษณะสัญญาณ RS-422 การแปลงสัญญาณระหว่าง RS-232 และ RS-422 ช่วยรักษาความเสถียรของการสื่อสารในสภาพแวดล้อมที่มีสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า

วิศวกรภาคสนามหลายคนประเมินคุณภาพสายเคเบิลต่ำเกินไปในระหว่างการติดตั้ง HMI ในทางปฏิบัติ การป้องกันและกราวด์ที่ไม่ดีทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการสื่อสารเป็นระยะซึ่งดูเหมือนปัญหาซอฟต์แวร์

อีเธอร์เน็ตขยายบทบาทของ PLC ขนาดกะทัดรัด

เมื่อผู้สร้างเครื่องจักรต้องการการวินิจฉัยระยะไกลและการเชื่อมต่อ IIoT การสื่อสารผ่านอีเธอร์เน็ตจึงเข้ามาแทนที่การเชื่อมต่อแบบอนุกรมแบบดั้งเดิม ซีรีส์ Mitsubishi FX5U สะท้อนการเปลี่ยนแปลงนี้ด้วยการผนวกอีเธอร์เน็ตเข้ากับสถาปัตยกรรมคอนโทรลเลอร์โดยตรง

สำหรับการรวมระบบจากผู้ผลิตหลายราย Modbus TCP ยังคงเป็นโปรโตคอลที่ใช้งานได้จริงที่สุด แม้คอนโทรลเลอร์ Mitsubishi จะรองรับการสื่อสาร SLMP แต่ InoTouch Editor ปัจจุบันให้ความสำคัญกับ Modbus TCP เพื่อความเข้ากันได้กับระบบของบุคคลที่สาม

การตั้งค่า Modbus TCP ใน InoTouch Editor

ต่างจากไดรเวอร์สื่อสารของผู้ผลิตโดยตรง Modbus TCP ต้องการการแมปรีจิสเตอร์อย่างชัดเจนระหว่าง PLC และ HMI วิศวกรต้องตั้งค่า Common Driver ภายใน InoTouch Editor และกำหนดที่อยู่ IP ของ PLC ให้ถูกต้อง

รูปที่ 4 การตั้งค่า Modbus TCP ต้องการที่อยู่ IP ที่ถูกต้องและการกำหนดพอร์ตมาตรฐาน 502

ฝั่ง PLC GX Works 3 จัดการการตั้งค่าอีเธอร์เน็ตและการตั้งค่าเครือข่ายย่อย การจับคู่พารามิเตอร์เครือข่ายระหว่าง HMI และ PLC ป้องกันความขัดแย้งในการสื่อสารระหว่างการทำงาน

รูปที่ 5 พารามิเตอร์โมดูลอีเธอร์เน็ตภายใน GX Works 3 กำหนดตัวตนเครือข่าย PLC และพฤติกรรมการสื่อสาร

เปลี่ยนหน่วยความจำ PLC เป็นการแสดงผลสำหรับผู้ปฏิบัติงาน

ค่าจริงของ HMI ปรากฏขึ้นเมื่อหน่วยความจำ PLC กลายเป็นภาพและโต้ตอบได้ สวิตช์บิตและหลอดไฟสถานะช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานเห็นสภาพเครื่องจักรได้ทันทีโดยไม่ต้องเปิดเผยตรรกะบันได

ในโครงการนี้ สวิตช์บิต HMI เขียนไปยังที่อยู่หน่วยความจำ Mitsubishi M1 ขณะที่หลอดไฟบิตตรวจสอบสถานะตอบกลับของ M0

รูปที่ 6 การแมปอุปกรณ์เชื่อมต่อวัตถุ HMI โดยตรงกับที่อยู่หน่วยความจำภายในของ Mitsubishi PLC

การปรับปรุงความสะดวกในการใช้งานของผู้ปฏิบัติงาน

HMI สมัยใหม่เน้นการใช้งานง่ายมากกว่าฟังก์ชันดิบเพียงอย่างเดียว InoTouch Editor รวมไลบรารีกราฟิกสำหรับปุ่ม ไฟ และตัวบ่งชี้ ช่วยให้วิศวกรมาตรฐานอินเทอร์เฟซเครื่องจักรได้อย่างรวดเร็ว

การออกแบบกราฟิกที่สม่ำเสมอลดความสับสนของผู้ปฏิบัติงานในระหว่างการบำรุงรักษาและการเปลี่ยนแปลงการผลิต

รูปที่ 7. ไลบรารีกราฟิกในตัวช่วยเร่งการพัฒนาอินเทอร์เฟซ HMI สำหรับแอปพลิเคชันอุตสาหกรรม

การติดตั้งและการตรวจสอบฟังก์ชัน

หลังจากออกแบบเสร็จ วิศวกรสามารถดาวน์โหลดโปรเจกต์ไปยัง HMI ผ่านการสื่อสาร USB หรือ Ethernet การทดสอบฟังก์ชันยืนยันว่า HMI อ่านและเขียนหน่วยความจำ PLC ได้ถูกต้องหรือไม่

ในการสาธิตนี้ ปุ่มกด HMI สลับไฟสัญญาณทางกายภาพผ่านลอจิกภายใน Mitsubishi โดยใช้การจัดเรียงล็อคแบบนับจำนวน

รูปที่ 8. ยูทิลิตี้ดาวน์โหลดถ่ายโอนโปรเจกต์รันไทม์ HMI ผ่านการสื่อสาร Ethernet หรือ USB

รูปที่ 9. HMI และ PLC แลกเปลี่ยนข้อมูลแบบเรียลไทม์ระหว่างการทดสอบปุ่มกดของผู้ปฏิบัติงานและการแสดงผลไฟสัญญาณ

อนาคตของการเชื่อมต่ออุตสาหกรรมแบบเปิด

การสื่อสารข้ามแพลตฟอร์มกลายเป็นข้อกำหนดสำคัญในระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม ผู้ผลิตไม่ออกแบบสายการผลิตโดยรอบผู้ขายระบบอัตโนมัติรายเดียวอีกต่อไป วิศวกรจึงให้ความสำคัญกับความยืดหยุ่น ความพร้อมใช้งาน และต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน

โปรโตคอลเช่น Modbus TCP ยังคงอยู่ได้เพราะช่วยให้ง่ายต่อการบูรณาการระหว่าง HMI, PLC, ไดรฟ์ และระบบ SCADA จากผู้ผลิตต่าง ๆ แม้ว่าการนำ OPC UA มาใช้จะเร่งขึ้น แต่การบูรณาการภาคสนามที่ใช้งานได้จริงยังคงพึ่งพามาตรฐานการสื่อสารอุตสาหกรรมที่มีอยู่

ความคิดเห็นของผู้เขียน

หลายทีมอัตโนมัติมุ่งเน้นหนักไปที่ประสิทธิภาพของตัวควบคุมในขณะที่ประเมินค่าความสามารถในการทำงานร่วมกันของ HMI ต่ำเกินไป ในความเป็นจริง ชั้นการสื่อสารมักเป็นตัวกำหนดความสำเร็จของโครงการ สถาปัตยกรรม HMI-to-PLC ที่เสถียรช่วยลดความล่าช้าในการติดตั้ง ง่ายต่อการแก้ไขปัญหา และยืดอายุการใช้งานอุปกรณ์ในสายการผลิตที่มีผู้ขายหลากหลาย

สำหรับผู้สร้างเครื่องจักรที่ต้องการสมดุลระหว่างประสิทธิภาพและต้นทุน การรวมกันของ Inovance HMI และ Mitsubishi PLC เสนอทางแก้ปัญหาทางวิศวกรรมที่ใช้งานได้จริง แทนที่จะเป็นเพียงการประนีประนอมที่เน้นงบประมาณเท่านั้น

แดเนียล เมอร์เซอร์ | ผู้สื่อข่าวระบบอุตสาหกรรมอาวุโส

แดเนียล เมอร์เซอร์ มีประสบการณ์ 14 ปีในการรายงานเกี่ยวกับแพลตฟอร์มระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรม ระบบการเคลื่อนที่ และโครงการบูรณาการ PLC ประวัติของเขารวมถึงงานติดตั้งภาคสนามที่เกี่ยวข้องกับระบบการผลิตของ Mitsubishi Electric, Siemens, Beckhoff Automation และ Rockwell ในอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์และกระบวนการ