การเชื่อมต่อ HMI ของ Inovance และ PLC ของ Mitsubishi ผ่านการสื่อสารแบบอนุกรมและอีเทอร์เน็ต

การเชื่อมโยงระบบอัตโนมัติจากผู้ผลิตหลายราย

อินเทอร์เฟซระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักรยังคงมีบทบาทสำคัญต่อวิธีที่ผู้ปฏิบัติงานโต้ตอบกับระบบ PLC สมัยใหม่ ในโรงงานที่มีระบบอัตโนมัติจากหลายแบรนด์ทำงานร่วมกัน ความสามารถในการทำงานร่วมกันมักสำคัญกว่าความภักดีต่อผู้ผลิต วิศวกรคาดหวังมากขึ้นให้ HMI และตัวควบคุมจากผู้ผลิตต่างรายสื่อสารกันได้อย่างน่าเชื่อถือโดยไม่ต้องเขียนโปรแกรมแบบกำหนดเองจำนวนมาก

ตัวอย่างเชิงปฏิบัติคือการผสาน HMI ของ Inovance เข้ากับ PLC ซีรีส์ FX ของ Mitsubishi การผสานนี้เป็นแนวทางที่คุ้มค่าสำหรับผู้สร้างเครื่องจักรที่ต้องการการแสดงผลที่ยืดหยุ่นโดยไม่ต้องเปลี่ยนตัวควบคุมเดิม

สำหรับโรงงานที่ดูแลอุปกรณ์รุ่นเก่าหรืออุปกรณ์จากหลายแพลตฟอร์ม โซลูชันจากระบบนิเวศ Mitsubishi PLC และแพลตฟอร์ม HMI รุ่นใหม่ยังคงมีความเกี่ยวข้องอย่างมาก โครงการปรับปรุงติดตั้งใหม่จำนวนมากยังพึ่งพาฮาร์ดแวร์ทดแทนที่มีจำหน่ายผ่านคลังอุปกรณ์ระบบอัตโนมัติ Mitsubishi Electricเฉพาะทางและแพลตฟอร์ม HMI และคอมพิวเตอร์อุตสาหกรรมที่ครอบคลุมยิ่งขึ้น

การเลือกฮาร์ดแวร์กำหนดกลยุทธ์การสื่อสาร

ชุดสาธิตประกอบด้วย Mitsubishi FX3U PLC และ Inovance IT6000 HMI แม้ว่าอุปกรณ์ทั้งสองจะมุ่งเป้าไปที่ระบบอัตโนมัติขนาดกะทัดรัด แต่วิธีการสื่อสารจะแตกต่างกันไปตามสถาปัตยกรรมการใช้งาน

การสื่อสารแบบอนุกรมยังคงพบได้ทั่วไปในเครื่องจักรเดี่ยวขนาดเล็ก เนื่องจากความเรียบง่ายและต้นทุนฮาร์ดแวร์ต่ำ อย่างไรก็ตาม Ethernet กำลังครองระบบรุ่นใหม่มากขึ้น เพราะรองรับปริมาณข้อมูลที่สูงกว่า การวิเคราะห์ปัญหาที่ง่ายกว่า และการเชื่อมต่อระยะไกล

รูปที่ 1 ระบบสาธิตใช้ Inovance IT6000 HMI ร่วมกับ Mitsubishi FX3U PLC สำหรับการควบคุมและตรวจสอบการทำงานพื้นฐานโดยผู้ปฏิบัติงาน

การเตรียมสภาพแวดล้อมสำหรับพัฒนา HMI

InoTouch Editor เป็นซอฟต์แวร์วิศวกรรมหลักสำหรับตระกูล IT6000 วิศวกรต้องเลือกรุ่นแผงควบคุม การวางแนวหน้าจอ และรูปแบบการสื่อสารที่ถูกต้องก่อนกำหนดค่าไดรเวอร์ PLC

การระบุฮาร์ดแวร์ให้ถูกต้องมีความสำคัญ เนื่องจากความสามารถด้านการสื่อสารแตกต่างกันไปในแต่ละรุ่นของซีรีส์ IT รุ่นที่รองรับ Ethernet โดยทั่วไปจะมีส่วนต่อท้าย “E” ขณะที่รุ่นอื่นรองรับเฉพาะการสื่อสารแบบอนุกรม

รูปที่ 2 วิศวกรกำหนดค่ารุ่น HMI การวางแนวหน้าจอ และการตั้งค่าการสื่อสารระหว่างเริ่มต้นโครงการ

เหตุใดการสื่อสารแบบอนุกรมจึงยังมีความสำคัญ

แม้ Industrial Ethernet จะขยายตัว แต่ RS-232 และ RS-485 ยังคงฝังตัวอย่างลึกซึ้งในระบบอัตโนมัติของเครื่องจักร ระบบบรรจุภัณฑ์ขนาดเล็ก ระบบควบคุมสายพานลำเลียง และเครื่องจักรที่ปรับปรุงติดตั้งใหม่ มักพึ่งพาการเชื่อมต่อแบบอนุกรม เนื่องจากมีความน่าเชื่อถือและต้องการการตั้งค่าน้อย

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

รูปที่ 3 COM2 บน HMI IT6000 รองรับการสื่อสารแบบ RS-232 กับคอนโทรลเลอร์ซีรีส์ FX ของ Mitsubishi

การแปลงสัญญาณและข้อควรพิจารณาด้านสัญญาณรบกวน

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

วิศวกรภาคสนามจำนวนมากประเมินความสำคัญของคุณภาพสายเคเบิลต่ำเกินไปขณะทดสอบและเริ่มใช้งาน HMI ในทางปฏิบัติ การชีลด์และการต่อลงดินที่ไม่ดีทำให้เกิดข้อขัดข้องด้านการสื่อสารเป็นระยะ ซึ่งดูคล้ายปัญหาซอฟต์แวร์

อีเทอร์เน็ตขยายบทบาทของ PLC ขนาดกะทัดรัด

เมื่อผู้สร้างเครื่องจักรต้องการการวินิจฉัยระยะไกลและการเชื่อมต่อ IIoT มากขึ้น การสื่อสารผ่านอีเทอร์เน็ตจึงเข้ามาแทนที่ลิงก์อนุกรมแบบเดิมมากขึ้น ซีรีส์ Mitsubishi FX5U สะท้อนการเปลี่ยนผ่านนี้ด้วยการผสานอีเทอร์เน็ตไว้ในสถาปัตยกรรมของคอนโทรลเลอร์โดยตรง

สำหรับการผสานรวมอุปกรณ์ต่างผู้ผลิต Modbus TCP ยังคงเป็นโปรโตคอลที่ใช้งานได้จริงมากที่สุด แม้คอนโทรลเลอร์ Mitsubishi จะรองรับการสื่อสารแบบ SLMP แต่ปัจจุบัน InoTouch Editor ให้ความสำคัญกับ Modbus TCP เพื่อการทำงานร่วมกับระบบจากผู้ผลิตรายอื่น

การกำหนดค่า Modbus TCP ใน InoTouch Editor

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

รูปที่ 4 การกำหนดค่า Modbus TCP จำเป็นต้องระบุแอดเดรส IP ให้ถูกต้องและกำหนดพอร์ตมาตรฐานเป็น 502

ฝั่ง PLC นั้น GX Works 3 ใช้จัดการการกำหนดค่าอีเทอร์เน็ตและการตั้งค่าเครือข่ายย่อย การตั้งค่าพารามิเตอร์เครือข่ายของ HMI และ PLC ให้ตรงกันช่วยป้องกันความขัดแย้งด้านการสื่อสารระหว่างการทำงาน

รูปที่ 5 พารามิเตอร์โมดูลอีเทอร์เน็ตภายใน GX Works 3 ใช้กำหนดอัตลักษณ์เครือข่ายและลักษณะการสื่อสารของ PLC

เปลี่ยนหน่วยความจำ PLC ให้เป็นภาพแสดงผลสำหรับผู้ควบคุม

คุณค่าที่แท้จริงของ HMI ปรากฏขึ้นเมื่อหน่วยความจำ PLC กลายเป็นข้อมูลที่มองเห็นและโต้ตอบได้ บิตสวิตช์และไฟแสดงสถานะช่วยให้ผู้ควบคุมมองเห็นสภาพการทำงานของเครื่องจักรได้ทันที โดยไม่ต้องเปิดเผยลอจิกแบบแลดเดอร์

ในโครงการนี้ บิตสวิตช์ของ HMI จะเขียนข้อมูลไปยังแอดเดรสหน่วยความจำ M1 ของ Mitsubishi ขณะที่บิตแลมป์จะตรวจสอบสถานะป้อนกลับของ M0

รูปที่ 6 การแมปอุปกรณ์เชื่อมโยงออบเจ็กต์ HMI โดยตรงกับแอดเดรสหน่วยความจำภายในของ PLC Mitsubishi

ปรับปรุงการใช้งานสำหรับผู้ควบคุม

HMI สมัยใหม่ให้ความสำคัญกับความสะดวกในการใช้งานมากกว่าฟังก์ชันพื้นฐานเพียงอย่างเดียวมากขึ้น InoTouch Editor มีไลบรารีกราฟิกสำหรับปุ่ม หลอดไฟ และไฟแสดงสถานะ ช่วยให้วิศวกรกำหนดมาตรฐานอินเทอร์เฟซของเครื่องจักรได้อย่างรวดเร็ว

การออกแบบกราฟิกที่สอดคล้องกันช่วยลดความสับสนของผู้ปฏิบัติงานระหว่างการบำรุงรักษาและการเปลี่ยนรุ่นการผลิต

รูปที่ 7 ไลบรารีกราฟิกในตัวช่วยเร่งการพัฒนาอินเทอร์เฟซ HMI สำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม

การทดสอบเดินระบบและการตรวจสอบความถูกต้องด้านการทำงาน

หลังจากออกแบบเสร็จแล้ว วิศวกรสามารถดาวน์โหลดโปรเจกต์ไปยัง HMI ผ่านการสื่อสาร USB หรืออีเทอร์เน็ต การทดสอบการทำงานจะยืนยันว่า HMI สามารถอ่านและเขียนหน่วยความจำของ PLC ได้อย่างถูกต้องหรือไม่

ในการสาธิตนี้ ปุ่มกดบน HMI จะสั่งสลับหลอดไฟเอาต์พุตจริงผ่านลอจิกภายในของ Mitsubishi โดยใช้การจัดวางแลตช์ที่ทำงานด้วยเคาน์เตอร์

รูปที่ 8 ยูทิลิตีดาวน์โหลดจะถ่ายโอนโปรเจกต์รันไทม์ของ HMI ผ่านการสื่อสารอีเทอร์เน็ตหรือ USB

รูปที่ 9 HMI และ PLC แลกเปลี่ยนข้อมูลแบบเรียลไทม์ระหว่างการทดสอบปุ่มกดของผู้ปฏิบัติงานและไฟแสดงสถานะ

อนาคตของการเชื่อมต่อระบบอุตสาหกรรมแบบเปิด

การสื่อสารข้ามแพลตฟอร์มกลายเป็นข้อกำหนดสำคัญของระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรม ผู้ผลิตไม่ได้ออกแบบสายการผลิตโดยยึดผู้จำหน่ายระบบอัตโนมัติเพียงรายเดียวอีกต่อไป แต่เหล่าวิศวกรให้ความสำคัญกับความยืดหยุ่น ความพร้อมใช้งาน และต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน

โปรโตคอลอย่าง Modbus TCP ยังคงได้รับความนิยม เพราะช่วยให้การผสานรวมระหว่าง HMI, PLC, ไดรฟ์ และระบบ SCADA จากผู้ผลิตต่างรายทำได้ง่ายขึ้น แม้การใช้งาน OPC UA จะเร่งตัวขึ้น แต่การผสานรวมระบบภาคสนามในทางปฏิบัติยังคงพึ่งพามาตรฐานการสื่อสารอุตสาหกรรมที่มีอยู่เดิมเป็นอย่างมาก

ความคิดเห็นของผู้เขียน

ทีมระบบอัตโนมัติจำนวนมากให้ความสำคัญกับประสิทธิภาพของคอนโทรลเลอร์อย่างมาก แต่ประเมินความสามารถในการทำงานร่วมกันของ HMI ต่ำเกินไป ในความเป็นจริง ชั้นการสื่อสารมักเป็นตัวกำหนดความสำเร็จของโครงการ สถาปัตยกรรม HMI-to-PLC ที่เสถียรช่วยลดความล่าช้าในการทดสอบเดินระบบ ทำให้การแก้ไขปัญหาง่ายขึ้น และยืดอายุการใช้งานอุปกรณ์ในสายการผลิตที่ใช้อุปกรณ์จากผู้ผลิตหลายราย

สำหรับผู้สร้างเครื่องจักรที่ต้องรักษาสมดุลระหว่างประสิทธิภาพกับต้นทุน การผสานรวม HMI ของ Inovance กับ PLC ของ Mitsubishi เป็นโซลูชันทางวิศวกรรมที่ใช้งานได้จริง ไม่ใช่เพียงการประนีประนอมที่ขับเคลื่อนด้วยงบประมาณ

Daniel Mercer | ผู้สื่อข่าวอาวุโสด้านระบบอุตสาหกรรม

Daniel Mercer มีประสบการณ์ 14 ปีในการรายงานข่าวเกี่ยวกับแพลตฟอร์มระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรม ระบบการเคลื่อนที่ และโครงการผสานรวม PLC ภูมิหลังของเขาครอบคลุมงานทดสอบเดินระบบภาคสนามที่เกี่ยวข้องกับ Mitsubishi Electric, Siemens, Beckhoff Automation และระบบการผลิตที่ใช้ Rockwell ในอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์และกระบวนการผลิต