การเชื่อมโยงระบบอัตโนมัติจากผู้ผลิตต่างราย

อินเทอร์เฟซระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักรยังคงมีบทบาทสำคัญต่อวิธีที่ผู้ปฏิบัติงานโต้ตอบกับระบบ PLC สมัยใหม่ ในโรงงานที่มีระบบอัตโนมัติจากหลายแบรนด์ทำงานร่วมกัน ความสามารถในการทำงานร่วมกันมักสำคัญกว่าความภักดีต่อผู้ผลิต วิศวกรคาดหวังมากขึ้นเรื่อย ๆ ว่า HMI และตัวควบคุมจากผู้ผลิตต่างรายจะสามารถสื่อสารกันได้อย่างน่าเชื่อถือโดยไม่ต้องเขียนโปรแกรมแบบกำหนดเองจำนวนมาก

ตัวอย่างเชิงปฏิบัติคือการผสาน HMI ของ Inovance เข้ากับ PLC ซีรีส์ FX ของ Mitsubishi การผสานรวมนี้เป็นแนวทางที่คุ้มค่าสำหรับผู้สร้างเครื่องจักรที่ต้องการการแสดงผลที่ยืดหยุ่นโดยไม่ต้องเปลี่ยนตัวควบคุมเดิม

สำหรับโรงงานที่ดูแลอุปกรณ์รุ่นเก่าหรืออุปกรณ์ต่างแพลตฟอร์ม โซลูชันจากระบบนิเวศ Mitsubishi PLC และแพลตฟอร์ม HMI สมัยใหม่ยังคงมีความเกี่ยวข้องอย่างมาก โครงการปรับปรุงระบบจำนวนมากยังพึ่งพาฮาร์ดแวร์ทดแทนจาก คลังอุปกรณ์ระบบอัตโนมัติ Mitsubishi Electric เฉพาะทาง และ แพลตฟอร์ม HMI และคอมพิวเตอร์อุตสาหกรรมที่หลากหลายยิ่งขึ้น

การเลือกฮาร์ดแวร์กำหนดกลยุทธ์การสื่อสาร

ชุดระบบสาธิตประกอบด้วย Mitsubishi FX3U PLC และ Inovance IT6000 HMI แม้ว่าอุปกรณ์ทั้งสองจะมุ่งเน้นการใช้งานในระบบอัตโนมัติขนาดกะทัดรัด แต่วิธีการสื่อสารจะแตกต่างกันไปตามสถาปัตยกรรมของแอปพลิเคชัน

การสื่อสารแบบอนุกรมยังคงพบได้ทั่วไปในเครื่องจักรเดี่ยวขนาดเล็ก เนื่องจากมีความเรียบง่ายและต้นทุนฮาร์ดแวร์ต่ำ อย่างไรก็ตาม Ethernet กำลังครองระบบรุ่นใหม่มากขึ้น เนื่องจากรองรับปริมาณการรับส่งข้อมูลที่สูงกว่า การวิเคราะห์ปัญหาที่ง่ายกว่า และการเชื่อมต่อระยะไกล

รูปที่ 1 ระบบสาธิตใช้ Inovance IT6000 HMI ร่วมกับ Mitsubishi FX3U PLC สำหรับการควบคุมและตรวจสอบการทำงานของผู้ปฏิบัติงานขั้นพื้นฐาน

การเตรียมสภาพแวดล้อมการพัฒนา HMI

InoTouch Editor เป็นซอฟต์แวร์วิศวกรรมหลักสำหรับตระกูล IT6000 วิศวกรต้องเลือกรุ่นแผงควบคุม การวางแนวหน้าจอ และรูปแบบการสื่อสารที่ถูกต้องก่อนกำหนดค่าไดรเวอร์ PLC

การระบุฮาร์ดแวร์ที่ถูกต้องมีความสำคัญ เนื่องจากความสามารถด้านการสื่อสารแตกต่างกันไปในแต่ละรุ่นของซีรีส์ IT รุ่นที่รองรับ Ethernet โดยทั่วไปจะมีตัวอักษรต่อท้าย “E” ขณะที่รุ่นอื่นรองรับเฉพาะการสื่อสารแบบอนุกรม

รูปที่ 2 วิศวกรกำหนดค่ารุ่น HMI การวางแนวหน้าจอ และการตั้งค่าการสื่อสารระหว่างการเริ่มต้นโครงการ

เหตุใดการสื่อสารแบบอนุกรมจึงยังคงมีความสำคัญ

แม้ Industrial Ethernet จะขยายตัวอย่างต่อเนื่อง แต่ RS-232 และ RS-485 ยังคงฝังแน่นอยู่ในระบบอัตโนมัติของเครื่องจักร ระบบบรรจุภัณฑ์ขนาดเล็ก ระบบควบคุมสายพานลำเลียง และเครื่องจักรที่ปรับปรุงใหม่ มักพึ่งพาการเชื่อมต่อแบบอนุกรมเนื่องจากมีความน่าเชื่อถือและต้องการการกำหนดค่าเพียงเล็กน้อย

ในการตั้งค่านี้ Inovance IT6070E จะสื่อสารกับ PLC FX3U ผ่านอินเทอร์เฟซ RS-232 ของ COM2 โดยใช้การจัดสายเคเบิลแบบ DB9-to-Mini DIN

รูปที่ 3 COM2 บน HMI IT6000 รองรับการสื่อสาร RS-232 กับคอนโทรลเลอร์ Mitsubishi FX-series

การแปลงสัญญาณและข้อควรพิจารณาด้านสัญญาณรบกวน

PLC FX3U ใช้พอร์ตสื่อสาร MD8 ที่ออกแบบตามคุณลักษณะการส่งสัญญาณแบบ RS-422 การแปลงสัญญาณระหว่าง RS-232 และ RS-422 ช่วยรักษาเสถียรภาพการสื่อสารในสภาพแวดล้อมที่มีสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าสูง

วิศวกรภาคสนามจำนวนมากประเมินความสำคัญของคุณภาพสายเคเบิลระหว่างการทดสอบเดินระบบ HMI ต่ำเกินไป ในทางปฏิบัติ การชีลด์และการต่อลงดินที่ไม่ดีทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการสื่อสารเป็นระยะ ซึ่งดูเหมือนเป็นปัญหาของซอฟต์แวร์

อีเทอร์เน็ตขยายบทบาทของ PLC ขนาดกะทัดรัด

เมื่อผู้สร้างเครื่องจักรต้องการการวินิจฉัยระยะไกลและการเชื่อมต่อ IIoT มากขึ้น การสื่อสารผ่านอีเทอร์เน็ตจึงเข้ามาแทนที่การเชื่อมต่อแบบอนุกรมดั้งเดิมมากขึ้น ซีรีส์ Mitsubishi FX5U สะท้อนการเปลี่ยนผ่านนี้ด้วยการผสานอีเทอร์เน็ตไว้ในสถาปัตยกรรมของคอนโทรลเลอร์โดยตรง

สำหรับการผสานรวมอุปกรณ์จากต่างผู้ผลิต Modbus TCP ยังคงเป็นโปรโตคอลที่ใช้งานได้จริงมากที่สุด แม้คอนโทรลเลอร์ Mitsubishi จะรองรับการสื่อสาร SLMP แต่ปัจจุบัน InoTouch Editor ให้ความสำคัญกับ Modbus TCP เพื่อการทำงานร่วมกับระบบจากผู้ผลิตรายอื่น

การกำหนดค่า Modbus TCP ใน InoTouch Editor

ต่างจากไดรเวอร์การสื่อสารเฉพาะของผู้ผลิต Modbus TCP จำเป็นต้องมีการแมปรีจิสเตอร์ระหว่าง PLC และ HMI อย่างชัดเจน วิศวกรต้องกำหนดค่า Common Driver ภายใน InoTouch Editor และระบุแอดเดรส IP ของ PLC ให้ถูกต้อง

รูปที่ 4 การกำหนดค่า Modbus TCP จำเป็นต้องระบุแอดเดรส IP และกำหนดพอร์ตมาตรฐานเป็น 502 อย่างถูกต้อง

ในฝั่ง PLC, GX Works 3 ใช้จัดการการกำหนดค่าอีเทอร์เน็ตและการตั้งค่าเครือข่ายย่อย การกำหนดพารามิเตอร์เครือข่ายของ HMI และ PLC ให้ตรงกันจะช่วยป้องกันความขัดแย้งในการสื่อสารระหว่างการทำงาน

รูปที่ 5 พารามิเตอร์โมดูลอีเทอร์เน็ตภายใน GX Works 3 ใช้กำหนดข้อมูลประจำตัวเครือข่ายและลักษณะการสื่อสารของ PLC

เปลี่ยนหน่วยความจำ PLC ให้เป็นภาพแสดงสำหรับผู้ควบคุม

คุณค่าที่แท้จริงของ HMI ปรากฏขึ้นเมื่อหน่วยความจำ PLC ถูกแปลงให้เป็นภาพและสามารถโต้ตอบได้ สวิตช์บิตและหลอดไฟแสดงสถานะช่วยให้ผู้ควบคุมมองเห็นสภาวะของเครื่องจักรได้ทันทีโดยไม่ต้องเปิดเผยลอจิกแบบแลดเดอร์

ในโปรเจ็กต์นี้ สวิตช์บิตของ HMI จะเขียนข้อมูลไปยังแอดเดรสหน่วยความจำ M1 ของ Mitsubishi ขณะที่หลอดไฟบิตจะตรวจสอบสถานะป้อนกลับของ M0

รูปที่ 6 การแมปอุปกรณ์เชื่อมโยงออบเจ็กต์ HMI เข้ากับแอดเดรสหน่วยความจำภายในของ Mitsubishi PLC โดยตรง

ปรับปรุงความสะดวกในการใช้งานสำหรับผู้ควบคุมเครื่องจักร

HMI สมัยใหม่ให้ความสำคัญกับความสะดวกในการใช้งานมากขึ้น ไม่ได้มุ่งเน้นเพียงฟังก์ชันการทำงานพื้นฐานเท่านั้น InoTouch Editor มีไลบรารีกราฟิกสำหรับปุ่ม หลอดไฟ และไฟแสดงสถานะ ช่วยให้วิศวกรกำหนดมาตรฐานอินเทอร์เฟซของเครื่องจักรได้อย่างรวดเร็ว

การออกแบบกราฟิกที่สอดคล้องกันช่วยลดความสับสนของผู้ปฏิบัติงานระหว่างการบำรุงรักษาและการเปลี่ยนรุ่นการผลิต

รูปที่ 7 ไลบรารีกราฟิกในตัวช่วยเร่งการพัฒนาอินเทอร์เฟซ HMI สำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม

การทดสอบและตรวจสอบการทำงานก่อนเริ่มเดินระบบ

หลังจากออกแบบเสร็จแล้ว วิศวกรสามารถดาวน์โหลดโครงการไปยัง HMI ผ่านการสื่อสาร USB หรืออีเทอร์เน็ต การทดสอบการทำงานจะยืนยันว่า HMI สามารถอ่านและเขียนหน่วยความจำของ PLC ได้อย่างถูกต้องหรือไม่

ในการสาธิตนี้ ปุ่มกดบน HMI จะสั่งสลับหลอดไฟเอาต์พุตจริงผ่านลอจิกภายในของ Mitsubishi โดยใช้การจัดวงจรลอจิกค้างสถานะด้วยเคาน์เตอร์

รูปที่ 8 ยูทิลิตีดาวน์โหลดจะถ่ายโอนโครงการรันไทม์ของ HMI ผ่านการสื่อสารอีเทอร์เน็ตหรือ USB

รูปที่ 9 HMI และ PLC แลกเปลี่ยนข้อมูลแบบเรียลไทม์ระหว่างการทดสอบปุ่มกดของผู้ปฏิบัติงานและการแสดงสถานะด้วยหลอดไฟ

อนาคตของการเชื่อมต่อระบบอุตสาหกรรมแบบเปิด

การสื่อสารข้ามแพลตฟอร์มกลายเป็นข้อกำหนดสำคัญของระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรม ผู้ผลิตไม่ได้ออกแบบสายการผลิตโดยยึดผู้จำหน่ายระบบอัตโนมัติเพียงรายเดียวอีกต่อไป แต่เหล่าวิศวกรให้ความสำคัญกับความยืดหยุ่น ความพร้อมใช้งาน และต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน

โปรโตคอลอย่าง Modbus TCP ยังคงได้รับความนิยม เพราะช่วยให้การผสานรวม HMI, PLC, ไดรฟ์ และระบบ SCADA จากผู้ผลิตต่างรายทำได้ง่ายขึ้น แม้การนำ OPC UA มาใช้จะเร่งตัวขึ้น แต่การผสานรวมระบบภาคสนามในทางปฏิบัติยังคงพึ่งพามาตรฐานการสื่อสารอุตสาหกรรมที่ได้รับการยอมรับมาอย่างยาวนานเป็นอย่างมาก

ความคิดเห็นของผู้เขียน

ทีมงานระบบอัตโนมัติจำนวนมากมุ่งเน้นประสิทธิภาพของคอนโทรลเลอร์อย่างมาก ขณะเดียวกันกลับประเมินความสามารถในการทำงานร่วมกันของ HMI ต่ำเกินไป ในความเป็นจริง ชั้นการสื่อสารมักเป็นตัวกำหนดความสำเร็จของโครงการ สถาปัตยกรรม HMI-to-PLC ที่มีเสถียรภาพช่วยลดความล่าช้าในการทดสอบและเริ่มเดินระบบ ทำให้การแก้ไขปัญหาง่ายขึ้น และยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ในสายการผลิตที่ใช้งานอุปกรณ์จากผู้ผลิตหลายราย

สำหรับผู้สร้างเครื่องจักรที่ต้องรักษาสมดุลระหว่างประสิทธิภาพและต้นทุน การผสานรวม HMI ของ Inovance กับ PLC ของ Mitsubishi เป็นโซลูชันทางวิศวกรรมที่ใช้งานได้จริง ไม่ใช่เพียงการประนีประนอมที่มุ่งลดงบประมาณเท่านั้น

Daniel Mercer | ผู้สื่อข่าวอาวุโสด้านระบบอุตสาหกรรม

Daniel Mercer มีประสบการณ์ 14 ปีในการรายงานข่าวเกี่ยวกับแพลตฟอร์มระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรม ระบบควบคุมการเคลื่อนที่ และโครงการบูรณาการ PLC ประสบการณ์ของเขาครอบคลุมงานติดตั้งและทดสอบระบบภาคสนามที่เกี่ยวข้องกับระบบการผลิตของ Mitsubishi Electric, Siemens, Beckhoff Automation และ Rockwell ในอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์และอุตสาหกรรมกระบวนการผลิต