ارتباط بین PLC و HMI در سیستم‌های LS

در کارخانه‌ها و صنایع مختلف، کنترل و نظارت بر خط تولید از اهمیت بالایی برخوردار است و مستقیماً بر کیفیت نهایی محصولات تأثیر می‌گذارد. یکی از ابزارهای کلیدی در این زمینه، سیستم‌های مانیتورینگ صنعتی هستند که برای نظارت بر اجرای فرآیندها، تنظیم پارامترهای مختلف و ارسال دستورات کنترلی به کار گرفته می‌شوند. در این مقاله، به بررسی ارتباط بین PLC و HMI برند LS و همچنین نصب و راه‌اندازی سیستم‌های مانیتورینگ پیشرفته پرداخته‌ایم.

نحوه اتصال PLC با HMI برند LS

سیستم‌های مانیتورینگ صنعتی عمدتاً شامل دو بخش مهم هستند: HMI و SCADA، که هر یک دارای ویژگی‌ها و کاربردهای منحصر به فرد خود می‌باشند. PLC یا کنترل‌کننده منطقی برنامه‌پذیر، جایگزین پنل‌های کنترل سنتی شده و توانایی نظارت بر ورودی سنسورها و کنترل دقیق فرآیندها را فراهم می‌کند. این کنترل‌کننده‌ها معمولاً با HMI در ارتباط هستند تا اپراتورها بتوانند به راحتی فرآیندها را مشاهده، تنظیم و مدیریت کنند.

HMI (Human Machine Interface) نقش رابط بین انسان و ماشین را ایفا می‌کند و امکان مشاهده و تغییر پارامترهای مختلف در تجهیزات صنعتی مانند PLC، اینورترها و سایر دستگاه‌ها را فراهم می‌سازد. یکی از قابلیت‌های برجسته HMI، اتصال همزمان به 255 دستگاه و کنترل کامل آن‌ها است، که انعطاف‌پذیری و کارایی سیستم‌های صنعتی را به شکل چشمگیری افزایش می‌دهد.

در گذشته، کنترل سیستم‌ها و مانیتورینگ پارامترها عمدتاً از طریق نرم‌افزارهای کامپیوتری انجام می‌شد. این روش محدودیت‌هایی مانند آسیب‌پذیری در برابر ویروس‌ها و خطرات اقتصادی ناشی از خطاهای سیستم داشت. ورود HMI به بازار، تحولی بزرگ در نظارت و کنترل هوشمند خطوط تولید ایجاد کرد و امکان مدیریت ایمن، دقیق و سریع سیستم‌ها را فراهم نمود.

استفاده از HMI در اتوماسیون صنعتی

اتوماسیون صنعتی یکی از مهم‌ترین اختراعات بشر برای کنترل و مدیریت فرآیندهای صنعتی محسوب می‌شود و نقش کلیدی در مانیتورینگ سیستم‌ها دارد. این فناوری باعث افزایش سرعت، دقت و بهره‌وری خطوط تولید شده و انجام فرآیندهای پیچیده را به شکل قابل توجهی ساده‌تر کرده است.

یکی از دستاوردهای مهم اتوماسیون صنعتی، تجهیزاتی هستند که به عنوان رابط بین انسان و ماشین عمل می‌کنند، که همان HMI (Human Machine Interface) می‌باشند. HMI امکان مشاهده، کنترل و تنظیم پارامترهای فرآیندهای صنعتی را برای اپراتورها فراهم می‌کند و به همین دلیل، به یکی از اجزای ضروری در صنایع مدرن تبدیل شده است.

در بازار HMI، برندهای معتبر و شناخته‌شده‌ای مانند HMI امرن، HMI ژاپنی، زیمنس، میتسوبیشی، یاسکاوا و فانوک، محصولات متنوع و با کیفیتی ارائه می‌دهند که پاسخگوی نیاز صنایع مختلف هستند.

استفاده از HMI در صنایع گوناگون از جمله صنایع غذایی و نوشیدنی، خطوط تولید، صنایع ماشین‌سازی و داروسازی به شکل گسترده‌ای رایج است. این سیستم‌ها با فراهم کردن نظارت لحظه‌ای و کنترل دقیق تجهیزات، موجب افزایش کارایی، کاهش خطاهای انسانی و بهبود کیفیت محصولات می‌شوند.

اندازه‌های مختلف HMI

در بازار صنایع اتوماسیون صنعتی، HMI در اندازه‌ها و مدل‌های متنوع عرضه می‌شود و بسته به نوع کاربرد و نیاز صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. از جمله اندازه‌های رایج HMI می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• HMI 2 اینچ TEXT PANEL

• HMI 7.3 اینچ TEXT PANEL

• HMI 3.4 اینچ TOUCH PANEL

• HMI 5، 7، 8، 10، 12 و 15 اینچ TOUCH PANEL

این پنل‌های HMI قابلیت اتصال مستقیم به PLC را دارند و برای این اتصال، از پورت‌ها و پروتکل‌های متنوع استفاده می‌شود تا ارتباط سریع و دقیق بین کنترل‌کننده و رابط کاربری برقرار گردد.

استفاده از HMI با اندازه‌های مختلف به اپراتورها امکان می‌دهد تا به راحتی فرآیندها را مانیتور و کنترل کنند و مدیریت بهینه تجهیزات صنعتی را تجربه کنند.

معرفی HMI LS

سیستم‌های صنعتی LS به عنوان یک تکنولوژی گرافیکی پیشرفته (cutting-edge) و با رابط کاربری ساده و کاربرپسند در صنایع مختلف به کار می‌روند. HMI LS دارای ویژگی‌های فنی برجسته‌ای است که آن را به یک گزینه ایده‌آل برای اتوماسیون صنعتی و مانیتورینگ فرآیندها تبدیل کرده است. از جمله این ویژگی‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• وضوح بالا (High Resolution) برای نمایش دقیق داده‌ها

• رابط اترنت جهت ارتباط سریع و مطمئن با PLC و سایر دستگاه‌ها

• ویرایش ساده و تغییر راحت آدرس‌ها

• حافظه کافی برای ذخیره‌سازی داده‌ها و برنامه‌ها

• بهبود مدیریت دیتا و پردازش اطلاعات

• پشتیبانی از فایل‌های گرافیکی مانند GIF، JPG، BMP و WMF

• نمادهای برداری با کیفیت بالا

• شبیه‌سازی همزمان و آفلاین برای تست و بهینه‌سازی فرآیندها

• نمایشگر چندزبانه جهت سهولت در استفاده توسط اپراتورهای مختلف

• پشتیبانی از USB میزبان برای اتصال دستگاه‌های جانبی

استفاده از HMI LS باعث سهولت در کنترل و مانیتورینگ سیستم‌ها، بهبود دقت در عملیات صنعتی و افزایش بهره‌وری می‌شود و به اپراتورها امکان می‌دهد فرآیندها را به صورت سریع و هوشمند مدیریت کنند.

چگونگی ارتباط HMI LS با رایانه و PLC

برای برقراری ارتباط HMI LS با PLC و رایانه، ابتدا باید یک فایل جدید در نرم‌افزار DOPSoft ایجاد شود و صفحات گرافیکی شامل شستی‌ها، موتورها و دیگر اجزای کنترلی طراحی گردد. پس از طراحی، لازم است ارتباط HMI با رایانه از طریق یک پروتکل مناسب و قابل پشتیبانی برقرار شود تا داده‌ها به صورت دقیق و ایمن منتقل شوند.

برای ارتباط HMI با رایانه معمولاً از پروتکل RS232 استفاده می‌شود که در اصطلاح به آن پورت COM نیز گفته می‌شود. پس از اتصال موفق به رایانه، مرحله بعدی برقراری ارتباط HMI با PLC است تا امکان کنترل و نظارت بر فرآیندهای صنعتی فراهم گردد.

در این مرحله، لازم است مارک و نوع PLC مشخص شود و سپس برنامه‌ریزی HMI مطابق با آن انجام شود. برخی از مارک‌های معتبر PLC که با HMI LS سازگار هستند شامل VIGOR، DELTA، SIEMENS، OMRON و سایر برندهای صنعتی شناخته‌شده می‌باشند.

با برقراری این ارتباط، اپراتورها می‌توانند فرآیندها را به‌صورت دقیق مانیتور و کنترل کنند و از کارایی و بهره‌وری بالاتر خطوط تولید اطمینان حاصل نمایند.

نحوه بهبود عملکرد HMI در سیستم‌های مختلف

استفاده از HMI در سیستم‌های صنعتی باعث می‌شود تا فرآیندها بر اساس نیازهای تولید کنترل و مانیتورینگ شوند و در نتیجه اثر بخشی فرآیندها افزایش یافته و زمان هدررفت کاهش یابد.

برای بهبود عملکرد HMI، طراحی آن باید متناسب با مقتضیات کار و نیازهای هر سیستم انجام شود. این امر باعث می‌شود بهره‌وری نیروی کار افزایش یافته و آگاهی مجموعه تولیدی نسبت به کنترل و نگهداری تجهیزات صنعتی به شکل قابل توجهی ارتقاء یابد.

یکی از ویژگی‌های برجسته HMI، وجود کدهای آلارم متنوع است. این کدهای هشداردهنده به اپراتورها امکان می‌دهند تا در صورت بروز مشکل یا خرابی در دستگاه‌ها، به سرعت از خطاها مطلع شده و اقدامات پیشگیرانه انجام دهند. به این ترتیب، رویدادهای مخرب جلوگیری شده و ایمنی و پایداری سیستم افزایش می‌یابد.

بازار کار مانیتورینگ صنعتی و HMI

امروزه بسیاری از پروژه‌های صنعتی برای افزایش کارایی و بهره‌وری خطوط تولید به سیستم‌های مانیتورینگ و HMI نیاز دارند. به همین دلیل، افرادی که دارای مهارت‌های تخصصی در این حوزه هستند، توسط شرکت‌ها و صنایع مختلف به سرعت جذب شده و فرصت‌های شغلی با درآمد بالا پیدا می‌کنند.

با توجه به رشد تقاضا در این رشته، دوره‌های آموزشی HMI و مانیتورینگ صنعتی در آموزشگاه‌های معتبر برگزار می‌شوند. شرکت در این دوره‌ها، امکان کسب مهارت‌های عملی و ورود به بازار کار را برای علاقه‌مندان فراهم می‌کند.

در این دوره‌ها، سرفصل‌های کاربردی و جامع توسط مدرسین و متخصصین حرفه‌ای آموزش داده می‌شود که برخی از آن‌ها عبارتند از:

• آشنایی با نصب و راه‌اندازی انواع محیط نرم‌افزاری

• شناخت انواع پنل‌های صنعتی و قابلیت‌های آن‌ها

• اصول کار و تنظیمات تاچ پنل‌های صنعتی

• آموزش ساخت تمپلیت و صفحات گرافیکی

• کار با محیط Simple Object و ابزارهای پیشرفته طراحی HMI

با گذراندن این دوره‌ها، فرد قادر خواهد بود سیستم‌های HMI را به شکل حرفه‌ای طراحی و مدیریت کند و در صنایع مختلف فرصت‌های شغلی متنوع داشته باشد.

اصول اولیه اتصال HMI به PLC

قبل از ورود به برندها و مدل‌ها، لازم است اصول اتصال HMI به PLC را بدانیم. این ارتباط بر پایه انتقال داده و اطلاعات برقرار می‌شود و نیازمند پروتکل‌ها و سخت‌افزار مشخص است. آشنایی با پروتکل‌های ارتباطی صنعتی اهمیت بالایی دارد:

🔹 پروتکل Modbus RTU/TCP

یکی از پرکاربردترین پروتکل‌های صنعتی که به صورت سریال (Modbus RTU) و اترنت (Modbus TCP) استفاده می‌شود. این پروتکل به دلیل سادگی، قابلیت اطمینان و انعطاف بالا، در بسیاری از سیستم‌های اتوماسیون صنعتی رایج است.

🔹 پروتکل Ethernet/IP

یک استاندارد صنعتی مبتنی بر اترنت برای اتصال سریع و امن PLC و HMI. این پروتکل به دلیل سرعت بالا، سهولت استفاده و عملکرد مناسب در شبکه‌های پیچیده صنعتی بسیار محبوب است.

🔹 پروتکل Profibus/Profinet

• Profibus: پروتکل سریال صنعتی با سابقه طولانی در صنایع مختلف.

• Profinet: نسخه مبتنی بر اترنت پروفیباس با سرعت و انعطاف‌پذیری بالا که به ویژه در تجهیزات زیمنس کاربرد دارد.

🔹 پروتکل‌های RS-232 و RS-485

پروتکل‌های سریال سنتی که به دلیل هزینه پایین و سادگی هنوز در برخی کاربردهای صنعتی استفاده می‌شوند. این ارتباط با پورت‌های سریال و کابل‌های مخصوص برقرار می‌شود.

اتصال HMI به PLCهای زیمنس (Siemens)

زیمنس (Siemens) یکی از معتبرترین برندها در اتوماسیون صنعتی است و PLCهای آن در صنایع مختلف کاربرد گسترده‌ای دارند. از مدل‌های رایج این برند می‌توان به S7-200، S7-1200 و S7-1500 اشاره کرد.

⚡ پروتکل‌های مورد استفاده

• PLCهای جدید (S7-1200 و S7-1500): استفاده از Profinet (اترنت صنعتی) به عنوان استاندارد اصلی ارتباط.

• PLCهای قدیمی (S7-200): ارتباط از طریق PPI یا RS-485 برقرار می‌شود.

💻 نرم‌افزار موردنیاز

برای پیکربندی ارتباط HMI با PLC زیمنس از TIA Portal استفاده می‌شود. در این نرم‌افزار، ابتدا سخت‌افزار تعریف شده و سپس از طریق تنظیمات شبکه، HMI به PLC متصل می‌شود.

📝 نکات مهم

• آدرس‌دهی صحیح تگ‌ها در HMI با رجیسترهای PLC (DBها یا خروجی‌ها) بسیار اهمیت دارد.

• سرعت مناسب شبکه و تنظیم دقیق IP باعث پایداری ارتباط می‌شود.

• در برخی مدل‌های HMI غیر زیمنس، باید درایور مناسب زیمنس انتخاب و پیکربندی شود.

اتصال HMI به PLCهای امرن (Omron)

PLCهای امرن (Omron)، به ویژه سری‌های CP1L، CP1E، CJ2 و NX، در صنایع مختلف بسیار پرکاربرد هستند. این PLCها علاوه بر سخت‌افزار قدرتمند، دارای نرم‌افزارهای آسان و کاربردی برای پیکربندی می‌باشند.

⚡ پروتکل‌های مورد استفاده

• ارتباط سریال: استفاده از Host Link (RS-232 یا RS-485)

• شبکه‌های اترنت: استفاده از FINS over TCP/IP و Ethernet/IP

💻 نرم‌افزار موردنیاز

• پیکربندی PLC: نرم‌افزار CX-Programmer یا Sysmac Studio

• طراحی HMI: در صورت استفاده از HMIهای امرن، نرم‌افزارهای NB-Designer یا NS-Designer استفاده می‌شوند

📝 نکات مهم

• در HMI باید نوع PLC و پروتکل ارتباطی انتخاب شود و سپس IP یا پورت سریال تنظیم گردد.

• هنگام استفاده از Ethernet، تنظیمات شبکه (IP و پورت‌ها) در هر دو سمت باید به دقت هماهنگ شوند.

• رجیسترهای PLC مانند D (Data)، CIO یا W باید در تعریف متغیرها در HMI لحاظ شوند تا ارتباط دقیق و پایدار برقرار گردد.

اتصال HMI به PLCهای دلتا (Delta)

PLCهای دلتا (Delta) به دلیل قیمت مناسب، ابعاد کوچک و عملکرد قابل قبول، در پروژه‌های کوچک و متوسط به ویژه در ایران بسیار رایج هستند. از مدل‌های پرکاربرد این برند می‌توان به سری‌های DVP و AS اشاره کرد.

⚡ پروتکل‌های مورد استفاده

• ارتباط سریال: Modbus RTU (RS-485 یا RS-232)

• ارتباط شبکه‌ای: Modbus TCP (اترنت)

💻 نرم‌افزار موردنیاز

• برنامه‌نویسی PLC: نرم‌افزار WPLSoft یا ISPSoft

• طراحی و ارتباط HMI: نرم‌افزار DOPSoft (ویژه HMIهای دلتا)

📝 نکات مهم

• در طراحی صفحات HMI، نوع اتصال و آدرس‌دهی تگ‌ها باید دقیق باشد. در پروتکل Modbus معمولاً از آدرس‌های حافظه M، D یا T استفاده می‌شود.

• در برخی مدل‌ها، نیاز به ماژول واسط برای فعال‌سازی پورت اترنت یا سریال وجود دارد.

• آدرس‌های Modbus باید صفرمحور (Zero-based) تنظیم شوند؛ به عنوان مثال، D100 در PLC ممکن است در HMI با آدرس 400099 معرفی شود.

مراحل گام‌به‌گام اتصال HMI به PLC

برای ایجاد ارتباط پایدار و دقیق میان HMI و PLC، رعایت مراحل زیر ضروری است:

1️⃣ آماده‌سازی سخت‌افزار

• بررسی مدل‌های HMI و PLC و اطمینان از پشتیبانی پروتکل مشترک

• تهیه کابل مناسب (اترنت، سریال یا USB)

• اطمینان از منبع تغذیه پایدار برای هر دو تجهیز

2️⃣ تنظیمات اولیه در نرم‌افزار

• تعریف PLC به‌عنوان سرور و HMI به‌عنوان کلاینت

• انتخاب نوع ارتباط (TCP/IP، RS-485 و غیره)

• تنظیم IP، Baud Rate، Parity و Stop Bit مطابق پروتکل

3️⃣ تعریف تگ‌ها و آدرس‌دهی

• تگ‌ها در HMI به متغیرهای PLC متصل می‌شوند

• مثال: یک دکمه در HMI → بیت M100 در PLC دلتا

• نمایش یک مقدار عددی در HMI → رجیستر D200

4️⃣ تست ارتباط و اشکال‌زدایی

• بررسی روشن شدن چراغ‌های وضعیت ارتباط (Link یا COM)

• مشاهده تبادل داده و عملکرد تجهیزات

• در صورت مشکل، بررسی IP، کابل، پروتکل و آدرس‌ها

5️⃣ مستندسازی و نگهداری

• ذخیره نسخه نرم‌افزار و تنظیمات ارتباطی

• ثبت لیست تگ‌ها و آدرس‌ها

• تهیه نقشه اتصال و نوع کابل‌ها

⚠️ چالش‌ها و راه‌حل‌های رایج

1. مشکل در برقراری ارتباط اولیه

• علت‌ها: پروتکل اشتباه، تنظیمات سریال/IP مغایر، کابل خراب

• راه‌حل‌ها: بررسی پارامترها، تست کابل، استفاده از ابزارهای مانیتورینگ (ModScan یا Wireshark)

2. ناهماهنگی در آدرس‌دهی تگ‌ها

• علت: اختلاف آدرس‌ها یا نوع داده‌ها (INT، BOOL، FLOAT)

• راه‌حل: بررسی آدرس‌ها و نوع داده، استفاده از تگ‌های تست

3. تاخیر یا کندی عملکرد HMI

• راه‌حل: کاهش تعداد تگ‌های فعال، افزایش Scan Time، استفاده از اترنت

4. تداخل با سایر تجهیزات شبکه

• راه‌حل: اختصاص IP منحصربه‌فرد، استفاده از سوئیچ صنعتی، بررسی جدول IP

💡 نکات تکمیلی و بهترین روش‌ها

• انتخاب تجهیزات سازگار و برندهای معتبر

• استفاده از پروتکل‌های شبکه‌ای پرسرعت در پروژه‌های سنگین

• مستندسازی کامل تنظیمات و تهیه نسخه پشتیبان

• آموزش اپراتورها و مهندسان با نرم‌افزارهای TIA Portal، CX-Programmer، DOPSoft

• تعریف آلارم‌ها و مانیتورینگ کیفیت ارتباط برای پیش‌بینی مشکلات

با رعایت این مراحل و نکات، می‌توان ارتباط HMI و PLC پایدار، دقیق و بدون خطا داشت و از وقفه‌های ناخواسته در خطوط تولید جلوگیری کرد.

اتصال صحیح و اصولی HMI به PLC یکی از ارکان حیاتی طراحی و اجرای سیستم‌های اتوماسیون صنعتی است. این ارتباط به‌عنوان پل میان انسان و ماشین عمل می‌کند و هرگونه نقص در آن می‌تواند منجر به کاهش کارایی، افزایش خطا و توقف فرآیندهای تولیدی شود.

برای برقراری ارتباط موفق و پایدار، ضروری است:

• درک مفاهیم پایه و پروتکل‌های ارتباطی

• تسلط بر تنظیمات نرم‌افزاری

• آشنایی با ویژگی‌ها و قابلیت‌های برندهای مختلف PLC مانند زیمنس، امرن و دلتا

همچنین، آگاهی از چالش‌های رایج و راهکارهای عملی، همراه با رعایت نکات تکمیلی مانند:

• مستندسازی کامل تنظیمات و آدرس‌ها

• تهیه نسخه پشتیبان از پروژه‌ها

• انتخاب تجهیزات سازگار

• آموزش مداوم تیم بهره‌بردار

باعث تضمین پایداری، کاهش خطا و افزایش بهره‌وری سیستم در طولانی‌مدت خواهد شد.