آموزش اتصال PLC به HMI

اتصال PLC به HMI  می‌تواند برای افراد مبتدی دلهره‌آور باشد. تنوع پروتکل‌های ارتباطی، روش‌های مختلف پیکربندی و تنظیمات پیچیده نیز در اتصال PLC به HMI  می‌تواند گیج‌کننده باشد. در این راهنمای گام به گام، به شما آموزش می‌دهیم که چگونه PLC را به HMI به صورت اصولی و آسان متصل کنید.
آشنایی با HMI و PLC

 HMI (رابط انسان و ماشین) و PLC (کنترل‌کننده قابل برنامه‌ریزی) دو جزء ضروری مورد استفاده در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی هستند. آن‌ها نقش مهمی در کنترل و نظارت بر فرآیندها و ماشین‌آلات مختلف در تولیدی‌ها، کارخانه‌ها و سایر صنعت‌ها دارند.
PLC یک کنترلر قابل برنامه‌ریزی یک سیستم کامپیوتری تخصصی است که برای اتوماسیون فرایندهای الکترومکانیکی طراحی شده است. PLC‌ها برای اجرای وظایف خاص و کنترل عملکرد ماشین‌آلات و تجهیزات برنامه‌ریزی شده‌اند. آن‌ها سیگنال‌های ورودی را از حسگرها و سایر دستگاه‌ها دریافت ‌می‌کنند، اطلاعات را بر اساس منطق برنامه‌ریزی شده از قبل پردازش ‌می‌کنند و سپس سیگنال‌های خروجی را برای کنترل محرک‌ها و سایر دستگاه‌ها تولید ‌می‌کنند.
از سوی دیگر، HMI به عنوان رابط انسان و ماشین یک رابط گرافیکی است که به اپراتورهای انسانی اجازه ‌می‌دهد تا با سیستم اتوماسیون صنعتی تعامل داشته باشند. این سیستم یک نمایشگر بصری از متغیرهای فرآیند، وضعیت تجهیزات و سایر اطلاعات مرتبط در قالبی که به راحتی قابل درک است، ارائه ‌می‌دهد.


پروتکل‌های ارتباطی رایج HMI و PLC

در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی، ارتباط بین PLC‌ها، HMI‌ها و سایر دستگاه‌ها برای تبادل داده‌ها و سیگنال‌های کنترل بسیار مهم است. معمولاً چندین پروتکل برای ارتباط در این سیستم‌ها استفاده ‌می‌شود. در اینجا برخی از پروتکل‌های پرکاربرد آورده شده است:

Modbus

 Modbus یک پروتکل ارتباطی سریال است که برای اتصال PLC‌ها، HMI‌ها و سایر دستگاه‌ها استفاده ‌می‌شود. این پروتکل از هر دو فرمت ASCII و RTU (باینری) پشتیبانی ‌می‌کند و روی لایه‌های فیزیکی مختلفی مانند RS232، RS485 و اترنت کار ‌می‌کند. Modbus امکان تبادل داده بین یک Master (به عنوان مثال، HMI با PLC) و چندین دستگاه مرتبط را فراهم ‌می‌کند.


Ethernet/IP:

 Ethernet/IP یک پروتکل صنعتی مبتنی بر فناوری استاندارد اترنت است. این امکان ارتباط بین دستگاه‌ها را با استفاده از پروتکل صنعتی مشترک (CIP) فراهم ‌می‌کند. اترنت/آی پی به طور گسترده در اتوماسیون صنعتی برای اتصال PLC‌ها، HMI‌ها، کنترل‌کننده‌های حرکت و سایر دستگاه‌ها استفاده ‌می‌شود زیرا انتقال سریع و قابل اعتماد داده را از طریق شبکه‌های اترنت فراهم ‌می‌کند.


OPC

یک پروتکل ارتباطی نیست، بلکه یک رابط استاندارد است که قابلیت همکاری بین سیستم‌های اتوماسیون مختلف را ممکن می‌سازد. OPC با استفاده از یک مجموعه مشترک از رابط‌ها و پروتکل‌ها، امکان تبادل داده بین دستگاه‌های مختلف مانند PLC‌ها، HMI‌ها و سیستم‌های SCADA را فراهم ‌می‌کند. سرورها و کلاینت‌های OPC برای تسهیل ارتباطات و یکپارچه‌سازی داده‌ها استفاده ‌می‌شوند.


انتخاب پروتکل به نیازهای سیستم شما، سازگاری دستگاه‌ها با یکدیگر و با پروتکل‌ها و ویژگی‌های مورد نظر مانند سرعت و قابلیت اطمینان آن بستگی دارد.

انتخاب بهترین پروتکل ارتباطی

هنگام انتخاب بهترین پروتکل ارتباطی برای نیازهای اتوماسیون صنعتی خود، چندین فاکتور باید در نظر گرفته شود. در اینجا ما برای کمک به تصمیم‌گیری آگاهانه‌تر شما را راهنمایی می‌کنیم:

1. نیازهای سیستم: نیازهای سیستم خود را به طور کامل ارزیابی کنید. عواملی مانند سرعت انتقال داده، قابلیت‌های عملکرد در لحظه، مقیاس‌پذیری و توپولوژی شبکه را در نظر بگیرید. تعیین کنید که آیا به پروتکلی نیاز دارید که از ارتباطات نظیر به نظیر، معماری master-slave یا هر دو پشتیبانی کند.


  1. سازگاری دستگاه: سازگاری دستگاه‌ها و تجهیزات موجود خود را بررسی کنید. برخی از پروتکل‌ها مختص تولیدکنندگان یا انواع دستگاه‌های خاص هستند. اطمینان حاصل کنید که پروتکلی که انتخاب ‌می‌کنید توسط PLC‌ها، HMI‌ها، حسگرها، محرک‌ها و سایر دستگاه‌های شما پشتیبانی ‌می‌شود.

  2. استانداردهای صنعت: استانداردهای صنعتی و پروتکل‌های توصیه شده را برای کاربرد خاص خود در نظر بگیرید. برخی از صنایع استانداردها یا دستورالعمل‌هایی را ایجاد کرده‌اند که پروتکل‌های ارتباطی ترجیحی را دیکته ‌می‌کنند. رعایت این استانداردها ‌می‌تواند سازگاری و قابلیت همکاری با سایر سیستم‌ها را تضمین کند.

  3. زیرساخت شبکه: قابلیت‌های زیرساخت شبکه خود را ارزیابی کنید. تعیین کنید که آیا یک شبکه اترنت موجود یا زیرساخت ارتباطی سریال دارید. اگر شبکه اترنت دارید، پروتکل‌هایی مانند اترنت/IP یا Profinet ممکن است مناسب باشند. برای ارتباط سریال، Modbus و Profibus ‌می‌توانند گزینه‌های مناسبی باشند.

  4. ملاحظات هزینه: پیامدهای هزینه مرتبط با اجرای پروتکل را ارزیابی کنید. عواملی مانند هزینه‌های سخت‌افزار، هزینه‌های مجوز، الزامات آموزشی و هزینه‌های نگهداری را در نظر بگیرید. مزایای پروتکل را در مقابل هزینه کلی پیاده‌سازی متعادل کنید.

    مشاوره با کارشناسان یا سازندگان این تجهیزات نیز ‌می‌تواند بینش‌های ارزشمندی را بر اساس نیازهای خاص شما ارائه دهد. ارزیابی دقیق و مقایسه پروتکل‌های مختلف برای انتخاب پروتکلی که به بهترین وجه به نیازهای شما پاسخ بدهد و ارتباط یکپارچه را در سیستم شما تضمین ‌می‌کند، ضروری است.

 

آموزش گام به گام اتصال PLC به HMI

در اینجا توضیح گام به گام اتصال PLC به HMI با استفاده از پروتکل‌های مختلف مانند اترنت، مدباس و RS-232 آورده شده است.

توجه به این نکته مهم است که مراحل خاص ممکن است بسته به مدل‌های PLC و HMI، نسخه‌های میان‌افزار و پروتکل‌های ارتباطی انتخابی متفاوت باشد. برای دستورالعمل‌ها و آموزش‌های دقیق در مورد برقراری اتصال، همیشه به مستندات و دفترچه‌های راهنمای دستگاه مربوطه مراجعه کنید.

  • اطمینان حاصل کنید که هر دو PLC و HMI از پروتکل ارتباطی موردنظر شما پشتیبانی ‌می‌کنند.
  • کابل مخصوص پروتکل خود را از درگاه PLC به پورت HMI وصل کنید.
  • آدرس‌های IP هر دو PLC و HMI را به گونه‌ای پیکربندی کنید که در یک زیر شبکه باشند.
  • پارامترهای ارتباطی را در هر دو PLC و HMI تنظیم کنید، مانند پروتکل )به عنوان مثال، اترنت/IP) ، شماره پورت، و تنظیمات ارتباط.
  • برنامه PLC لازم را برای تبادل داده با HMI از طریق اترنت ایجاد یا پیکربندی کنید.
  • HMI را برای برقراری ارتباط با PLC با استفاده از پروتکل و تنظیمات مناسب پیکربندی کنید.
  • اتصال را با تبادل داده بین PLC و HMI و تأیید صحت عملکرد ارتباط آزمایش کنید.

پیکربندی PLC برای اتصال به HMI

در بخش قبل به طور خلاصه و کلی اتصال سیستم‌ها را توضیح دادیم. اما نکات مهم دیگر در پیکربندی PLC شامل موارد زیر است:

  • برنامه‌نویسی PLC:
        – برنامه PLC را توسعه داده یا اصلاح کنید تا منطق لازم برای تبادل داده با HMI را شامل شود.
        – نقاط داده یا متغیرهایی که باید با HMI به اشتراک گذاشته شوند را تعریف کنید.
        – دستورالعمل‌های ارتباطی مناسب یا بلوک‌های عملکردی را بر اساس پروتکل انتخابی (به عنوان مثال، پیام‌های اترنت/IP یا دستورات خواندن/نوشتن Modbus) اجرا کنید.
  • پیکربندی تگ PLC:
        – تگ‌ها یا آدرس‌هایی را به نقاط داده‌ای که با HMI مبادله ‌می‌شوند اختصاص دهید.
        – مطمئن شوید که برچسب‌ها به درستی با ورودی‌ها، خروجی‌ها یا مکان‌های حافظه فیزیکی در PLC نگاشت شده‌اند.
        – انواع داده‌ها (به عنوان مثال، اعداد صحیح، اعداد ممیز شناور، رشته‌ها) و پارامترهای مقیاس بندی را در صورت لزوم تعریف کنید.

پیکربندی HMI برای دریافت اطلاعات از PLC

پس از اتصال PLC به HMI و گذراندن مراحل ذکر شده حالا نوبت به پیکربندی HMI می‌رسد:

 

  • راه‌اندازی پروژه HMI:
        – یک پروژه جدید ایجاد کنید یا پروژه موجود را در نرم‌افزار توسعه HMI باز کنید.
        – پارامترهای ارتباطی در نرم‌افزار HMI مانند نوع پروتکل، آدرس IP و شماره پورت را برای برقراری ارتباط با PLC تنظیم کنید.
  • پیکربندی برچسب HMI:
        – تگ‌ها یا نقاط داده را در نرم‌افزار HMI که با نقاط داده PLC مطابقت دارند تعریف کنید.
        – تگ‌ها را با انواع داده‌ها و پارامترهای مقیاس‌بندی مناسب پیکربندی کنید تا با پیکربندی برچسب PLC مطابقت داشته باشند.
        – تگ‌های HMI را به آدرس‌ها یا برچسب‌های PLC برای ایجاد تبادل داده‌ها نگاشت (map) کنید.
  • طراحی صفحه نمایش HMI:
        – صفحه نمایش یا رابط‌های گرافیکی را در نرم‌افزار HMI ایجاد کنید.
        – المان‌های نمایشگر لازم (دکمه‌ها، نشانگرها، کادرهای متنی و غیره) را برای تجسم و تعامل با داده‌های PLC روی صفحه نمایش قرار دهید.
        – عناصر نمایشگر را با تگ‌های HMI مربوطه مرتبط کنید تا نمایش و کنترل داده‌ها فعال شود.
  • تست ارتباط HMI:
        – پروژه HMI را در دستگاه HMI یا محیط اجرا بارگیری کنید.
        – ارتباط بین HMI و PLC را ایجاد کنید.
        – ارتباط را با بررسی اینکه HMI داده‌های مورد نظر را از PLC دریافت ‌می‌کند و به درستی روی صفحه نمایش نشان ‌می‌دهد، آزمایش کنید. همچنین هرگونه دستورات و اقدامات کنترلی انجام شده بر روی HMI با موفقیت به PLC منتقل شده است.

    به خاطر داشته باشید که برای دستورالعمل‌های دقیق در مورد مراحل پیکربندی به مستندات و دفترچه‌های راهنمای مدل‌های PLC و HMI خود و همچنین نرم‌افزار مورد استفاده برای برنامه‌نویسی و پیکربندی مراجعه کنید.

عیب‌یابی مشکلات اتصال PLC به HMI:

در اینجا راهنمایی وجود دارد که به شما در شناسایی و حل مشکلات رایج هنگام عیب‌یابی مشکلات اتصال بین HMI و PLC، کمک ‌می‌کند:

 

  1. اطمینان حاصل کنید که کابل‌ها به طور ایمن وصل شده‌اند و به درستی قرار گرفته‌اند.
  2. بررسی کنید که کابل‌ها از نوع صحیح (اترنت، سریال و …) باشند و طبق مشخصات پروتکل به درستی سیم‌کشی شده باشند.
  3. تأیید کنید که HMI و PLC در یک شبکه یا زیر شبکه یکسان هستند. 
  4. تنظیمات ارتباط را در HMI و PLC بررسی کنید. اطمینان حاصل کنید که پروتکل، نرخ باند، برابری، بیت‌های داده و بیت‌های توقف با دستگاه‌ها سازگارند و مطابقت دارند.
  5. تأیید کنید که HMI و PLC از پروتکل ارتباطی یکسانی پشتیبانی ‌می‌کنند. برخی از پروتکل‌ها انحصاری یا مختص تولیدکنندگان خاصی هستند.
  6. نسخه سیستم‌عامل یا نرم‌افزار هر دو دستگاه را بررسی کنید. ناسازگاری بین نسخه‌ها ‌می‌تواند باعث مشکلات ارتباطی شود. در صورت لزوم سیستم‌عامل یا نرم‌افزار را به‌روز کنید.
  7. اتصال شبکه بین HMI و PLC را با پینگ کردن آدرس IP آن‌ها تست کنید. در صورت عدم پاسخگویی، تنظیمات شبکه، کابل‌ها و دستگاه‌ها (روترها، سوئیچ‌ها و غیره) را بررسی کنید.
  8. اگر تدابیر امنیتی مانند فایروال‌ها یا لیست‌های کنترل دسترسی وجود دارد، مطمئن شوید که ارتباط بین HMI و PLC را مسدود نمی‌کنند.
  9. تنظیمات امنیتی را در هر دو دستگاه بررسی کنید تا مطمئن شوید که آن‌ها اجازه ارتباط با یکدیگر را ‌می‌دهند.
  10. پیام‌های خطا یا گزارش‌های تشخیصی ارائه شده توسط HMI یا PLC را بررسی کنید. این‌ها ‌می‌توانند اطلاعات ارزشمندی در مورد علت مشکل اتصال ارائه دهند.
  11. به دنبال کدهای خطا، هشدارها یا رفتار غیرعادی باشید که ممکن است نشان‌دهنده یک مشکل خاص باشد.
  12. در برخی موارد، راه‌اندازی مجدد هر دو HMI و PLC ‌می‌تواند مشکلات ارتباطی موقت را حل کند. دستگاه‌ها را ریستارت کنید و اجازه دهید قبل از آزمایش مجدد اتصال، به طور کامل راه‌اندازی مجدد شوند.
    به‌روزرسانی سیستم‌عامل یا نرم‌افزار را برای HMI و PLC بررسی کنید. سازندگان اغلب به‌روزرسانی‌هایی را منتشر می‌کنند که به مشکلات شناخته شده رسیدگی می‌کنند یا سازگاری را بهبود می‌بخشند.
  13. برای مراحل و راه‌حل‌های عیب‌یابی خاص، به مستندات، دفترچه راهنمای کاربر یا راهنمای عیب‌یابی ارائه شده توسط سازندگان HMI و PLC مراجعه کنید.
  14. در نهایت اگر نمی‌توانید به تنهایی مشکل را حل کنید، با پشتیبانی فنی یا انجمن‌های کاربران آنلاین تماس بگیرید.

    با دنبال کردن این مراحل عیب‌یابی، ‌می‌توانید مشکلات اتصال بین HMI و PLC را شناسایی و حل کنید. به یاد داشته باشید که هرگونه تغییر یا راه‌حلی را که در طول فرآیند عیب‌یابی اجرا ‌می‌شود برای مشکلات احتمالی آینده مستند کنید.

چند نکته و ترفند برای کمک به بهبود ارتباط بین HMI و PLC

  1. از کابل‌های با کیفیت بالا استفاده کنید: روی کابل‌های باکیفیت سرمایه‌گذاری کنید که به صورت اختصاصی برای پروتکل ارتباطی که استفاده ‌می‌کنید (اترنت، سریال و غیره) طراحی شده‌اند. کابل‌های خوب ‌می‌توانند سیگنال بهتری را انتقال دهند و احتمال مشکلات اتصال را کاهش دهند.
  2. زیرساخت شبکه را بهینه‌سازی کنید: اطمینان حاصل کنید که زیرساخت شبکه شما به درستی تنظیم و بهینه‌شده است. از سوئیچ‌ها و روترهایی استفاده کنید که از سرعت انتقال داده با سرعت بالا پشتیبانی ‌می‌کنند و ترافیک شبکه را برای ارتباط HMI-PLC اولویت‌بندی ‌می‌کنند.
  3. سخت‌افزار و نرم‌افزار را آپدیت کنید: به طور مرتب سیستم‌عامل یا نرم‌افزار را برای HMI و PLC به‌روز‌رسانی کنید. سازندگان اغلب به‌روزرسانی‌هایی را منتشر می‌کنند که پروتکل‌های ارتباطی را بهبود می‌بخشد، اشکالات را برطرف می‌کند و عملکرد را بهینه می‌کند. آپدیت نگه داشتن دستگاه‌ها ‌می‌تواند منجر به اتصال بهتر و سریع‌تر آن‌ها شود.
  4. داده‌ها را فشرده و بهینه‌سازی کنید: اگر HMI و PLC شما از تکنیک‌های فشرده‌سازی یا بهینه‌سازی داده پشتیبانی ‌می‌کنند، آن‌ها را فعال کنید تا میزان داده‌های ارسال شده بین دستگاه‌ها را کاهش دهند. این ‌می‌تواند سرعت و کارایی ارتباط را بهبود بخشد.
  5. تست و عملکرد معیار: به طور منظم عملکرد اتصال HMI-PLC را آزمایش کنید. از ابزارهای نرم‌افزاری برای اندازه‌گیری سرعت ارتباط، تأخیر و قابلیت اطمینان استفاده کنید. این ‌می‌تواند به شناسایی هرگونه کاهش عملکرد یا نقص سیستم کمک کند و به شما امکان ‌می‌دهد اقدامات مناسب را برای بهبود اتصال انجام دهید.

به یاد داشته باشید، هر سیستم و پیکربندی ممکن است الزامات و محدودیت‌های منحصربه‌فردی داشته باشد. ممکن است ضروری باشد که برای یافتن تنظیمات بهینه و دستیابی به بهترین سرعت اتصال و قابلیت اطمینان برای راه‌اندازی HMI و PLC خاص شما آزمایش‌های منظم و تنظیمات دقیقی را روی سیستم اعمال کنید. با مطالعه این راهنمای جامع، شما قادر خواهید بود تا PLC را به راحتی و به درستی به HMI متصل کرده و از مزایای این اتصال برای کنترل و نظارت بر فرآیندهای صنعتی خود بهره‌مند شوید. در ادامه با سوال‌های متداول درباره آموزش اتصال PLC به HMI با شما همراه خواهیم بود.

سوال‌های متداول درباره آموزش اتصال PLC به HMI

اتصال PLC به HMI  نقشی اساسی در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی ایفا می‌کند و به اپراتورها امکان می‌دهد تا به طور موثر با فرآیندها تعامل داشته باشند. با این حال، پیکربندی این اتصال می‌تواند چالش‌برانگیز باشد، به خصوص برای کاربرانی که با این مفاهیم آشنا نیستند. در این بخش، به منظور ارائه مرجعی جامع و کاربردی، به برخی از سوالات متداول و چالشی که ممکن است در هنگام اتصال PLC به HMI با آن‌ها مواجه شوید، پرداخته می‌شود. هدف از این بخش، تسهیل فرایند یادگیری و غلبه بر چالش‌های  مربوط به اتصال PLC به HMI  برای  کاربران در سطوح مختلف مهارتی می‌باشد.

از چه پروتکل‌هایی می‌توان برای اتصال PLC به HMI استفاده کرد؟

متداول‌ترین پروتکل‌ها برای اتصال PLC به HMI عبارت‌اند از:

  • Modbus
  • Profibus
  • Ethernet/IP
  • OPC
  • RS-232
  • RS-485

انتخاب پروتکل مناسب به عوامل مختلفی مانند برند PLC و HMI، فاصله بین آن‌ها، سرعت تبادل داده و شبکه بستگی دارد.

برای اتصال PLC به HMI چه تجهیزاتی نیاز است؟

تجهیزات مورد نیاز برای اتصال PLC به HMI به پروتکل انتخابی و نوع اتصال بستگی دارد. به طور کلی، تجهیزات زیر ممکن است مورد نیاز باشند:

  • کابل شبکه
  • مبدل سریال به اترنت (در صورت نیاز)
  • کارت Modbus یا Profibus (در صورت نیاز)

مراحل پیکربندی اتصال PLC به HMI چگونه است؟

مراحل پیکربندی اتصال PLC به HMI به برند PLC و HMI و پروتکل انتخابی بستگی دارد. به طور کلی، مراحل زیر باید انجام شود:

  • تنظیم آدرس IP برای PLC و HMI (در صورت استفاده از پروتکل TCP/IP)
  • پیکربندی پورت‌های ارتباطی در PLC و HMI
  • تعریف تگ‌ها در HMI برای دسترسی به داده‌های PLC

 

چگونه می‌توان عیب‌یابی مشکلات اتصال PLC به HMI را انجام داد؟

برای عیب‌یابی مشکلات اتصال PLC به HMI، می‌توان از روش‌های زیر استفاده کرد:

  • بررسی کابل‌ها و اتصالات
  • استفاده از ابزارهای عیب‌یابی مانند اسکنر شبکه یا PLC
  • مراجعه به دفترچه راهنمای PLC و HMI

چگونه می‌توان از چندین HMI برای اتصال به یک PLC استفاده کرد؟

روش‌های مختلفی برای اتصال چندین HMI به یک PLC وجود دارد. یک روش رایج استفاده از شبکه Modbus یا Profibus است. در این روش، هر HMI به عنوان یک اسلِیو در شبکه عمل می‌کند و داده‌ها را از PLC دریافت می‌کند.

 

چگونه می‌توان امنیت اتصال PLC به HMI را ارتقا داد؟

برای ارتقای امنیت اتصال PLC به HMI، می‌توان از روش‌های زیر استفاده کرد:

  • استفاده از پروتکل‌های امن مانند HTTPS
  • استفاده از احراز هویت و مجوز
  • رمزگذاری داده‌ها

 

چگونه می‌توان از PLC و HMI برای ایجاد یک سیستم کنترل اسکادا استفاده کرد؟

برای ایجاد یک سیستم کنترل اسکادا با استفاده از PLC و HMI، می‌توان از مراحل زیر استفاده کرد:

  • جمع‌آوری داده‌ها از سنسورها و سایر دستگاه‌های میدانی به PLC
  • پردازش داده‌ها در PLC
  • ارسال داده‌های پردازش‌شده به HMI
  • نمایش داده‌ها به اپراتور در HMI
  • ارسال دستورات کنترلی از اپراتور به PLC

 

چگونه می‌توان از PLC و HMI برای ایجاد یک رابط کاربری لمسی برای یک ماشین‌آلات صنعتی استفاده کرد؟

 

برای ایجاد یک رابط کاربری لمسی برای یک ماشین‌آلات صنعتی با استفاده از PLC و HMI، می‌توان از مراحل زیر استفاده کرد:

  • تعریف صفحه‌های نمایش در HMI
  • طراحی گرافیک صفحه‌های نمایش
  • برنامه‌نویسی HMI برای کنترل PLC
  • تست و اشکال‌زدایی رابط کاربری