HMI による産業オートメーションの向上: 機能、PLC 統合、選択および置換ガイド

HMI はマシンの画面として説明されることがよくありますが、その説明ではその真の価値が失われています。産業オートメーションでは、ヒューマン マシン インターフェイスは、PLC、ドライブ、センサー、その他の制御デバイスによって処理される情報とコマンドをオペレーターに接続します。便利な HMI により、マシンの状態が理解しやすくなり、障害の調査が容易になり、日常的な動作変更の管理が容易になります。

重要な問題は、単に HMI とは何かということではありません。エンジニアとバイヤーは、HMI が制御アーキテクチャにどのように適合するか、HMI が実際にアプリケーションに適している理由、古いパネルの交換にはディスプレイ サイズを一致させるだけでは不十分な理由も知る必要があります。

このガイドでは、これらの実際的な決定に焦点を当てます。 HMI の仕組み、HMI が産業業務をどのように改善できるか、HMI を選択する前に確認すべきこと、レガシー HMI を置き換えるときにプロセスがどのように変化するかについて説明します。

産業オートメーションにおける HMI とは何ですか?また、そうでないものは何ですか?

HMIの役割

産業用 HMI は、人と機械制御システムの間のオペレーター インターフェイスです。プロセス値、マシンの状態、アラーム、トレンド、レシピ、生産数、診断情報を表示できます。認可されたオペレータは、これを使用して、設定値の変更、動作モードの選択、レシピのロード、またはコマンドの発行を行うこともできます。

通常、HMI は PLC に代わるものではありません。 PLC は制御ロジックを実行し、HMI は関連データを表示し、オペレーターにそのロジックと対話するための制御された方法を提供します。

たとえば、包装ラインでは、HMI はコンベア速度、製品数、駆動ステータス、アクティブなアラームを表示できます。オペレータはレシピを選択したり、機械の起動を要求したりできますが、PLC は引き続き条件を評価し、制御シーケンスを実行します。

HMI 対 PLC 対 SCADA

これら 3 つのテクノロジーは一緒に使用されることがよくありますが、それぞれの役割は異なります。

マシンレベルの HMI は通常、1 つ以上の PLC とデータを直接交換します。 SCADA システムは、多くのコントローラからデータを収集し、プラントの幅広い可視性を提供します。

システムレベルの詳細な比較については、「PLC 対 HMI 対 SCADA ガイドこの記事を別のアーキテクチャ比較に変えるのではなく、

HMI は実際のオートメーション システムでどのように機能しますか?

センサーデータからオペレーター画面まで

一般的なマシン制御パスは次のようになります。

センサーまたはVFD → PLC → 産業用ネットワーク → HMI → オペレーター

PLC はフィールド情報を受信し、制御プログラムを実行し、選択されたタグまたはレジスタを HMI で使用できるようにします。 HMI は、これらの値をわかりやすい画面、ステータス インジケータ、アラーム、トレンド、および操作制御に変換します。

この方向は逆にも機能します。

オペレータ入力 → HMI → PLC → アクチュエータまたはドライブ

オペレータが HMI で許可された設定値を変更すると、HMI は要求された値をコントローラに書き込みます。 PLC ロジックは、その値がどのように使用されるかを決定します。 HMI は制御されていないコマンドを機器に直接送信する単なるタッチスクリーンではなく、対話レイヤーであるため、この区別は重要です。

HMI はどのような情報を交換しますか?

一般的な HMI データは 3 つのグループに分類されます。

モニタリングデータ機械の状態、モーター速度、温度、圧力、生産数、プロセス値が含まれます。

オペレータ入力設定値、モード選択、レシピ選択、リセット要求、または開始および停止コマンドを含めることができます。

診断情報これには、アラーム、障害コード、デバイスのステータス、メンテナンス メッセージ、および履歴イベントが含まれます。

正確なデータはアプリケーションとコントローラー プログラムによって異なります。シンプルなスタンドアロンマシンでは数画面のみを使用できますが、生産ラインの HMI では広範なアラーム、トレンド、レシピ、メンテナンス機能が必要になる場合があります。

一般的な HMI 通信インターフェイス

物理イーサネット ポートは、2 つのデバイスが通信できることを自動的に意味するものではありません。エンジニアは 3 つの質問を分ける必要があります。

どのような物理インターフェイスが利用可能ですか?どのようなプロトコルが使用されていますか? HMI は必要なコントローラ ドライバをサポートしていますか?

オートメーション プラットフォームによっては、HMI 通信にはイーサネット、シリアル接続、PROFINET、EtherNet/IP、Modbus TCP、OPC UA、またはその他のプロトコルが含まれる場合があります。

HMI を選択する前に、正確な PLC モデル、必要な通信方法、サポートされている HMI ドライバー、ポート要件、およびエンジニアリング ソフトウェアを確認してください。これは、ブランド名やコネクタの種類だけから互換性を推測するよりも信頼性が高くなります。

HMI が実際に産業オートメーションをどのように改善するか

HMI の価値は、各機能が動作結果と結びつくとより分かりやすくなります。

より迅速な障害検出とトラブルシューティング

機械が停止すると、便利な HMI がアクティブなアラーム、発生時刻、関連するデバイスの状態、障害コード、および最近の傾向情報を表示できます。これは、メンテナンス スタッフがすべてのコンポーネントを検査する前に問題を絞り込むのに役立ちます。

たとえば、コンベアドライブがトリップした場合、HMI はドライブの障害を速度フィードバックおよびイベント時の機械の状態とともに表示することがあります。 HMI はドライブを修復しませんが、「ラインが停止した」から「これは調査する必要がある領域です」までの経路を短縮できます。

より一貫した機械稼働

標準画面、承認された設定値、レシピ、ユーザー権限、およびガイド付き操作手順により、オペレーターやシフト間の不必要な変動を減らすことができます。目的は人的ミスをなくすことではありません。許可される運用プロセスをより明確かつ一貫性のあるものにするためです。

製品切り替えの迅速化

レシピベースのアプリケーションは、手動パラメータ入力の繰り返しを減らすことができます。包装、食品加工、およびバッチアプリケーションでは、オペレータは多くの値を個別に入力するのではなく、承認された製品レシピを選択して新しい機械の状態を確認できます。

より適切なメンテナンスの決定

過去のアラーム、実行時間、繰り返し発生する障害、傾向、診断画面は、メンテナンス チームがパターンを特定するのに役立ちます。同じ動作条件下でモーターが繰り返しトリップする場合、傾向またはイベント履歴は、技術者がより詳細な状況を踏まえて原因を調査するのに役立つ場合があります。

リモート診断とサポート

一部のシステムでは、リモート HMI アクセスまたはリモート診断サポートが可能です。これは、プラント エンジニア、機械製造業者、またはシステム インテグレータが、実際にパネルの前にいなくても機械情報を確認するのに役立ちます。リモート アクセスは、適切な認証、権限、ネットワーク設計、セグメンテーションなどのサイトのサイバーセキュリティ要件に従う必要があります。

したがって、HMI の価値は画面仕様だけではなく、運用結果によって評価される必要があります。

産業用 HMI はどこで使用されますか?

産業用 HMI は、オペレータが自動化機器と明確に対話する必要がある場所で使用されます。

で個別の製造とパッケージング、通常、機械の状態、コンベア情報、VFD ステータス、レシピ、アラーム、切り替え制御が表示されます。

でエネルギーおよびユーティリティのアプリケーション, HMI は、コントローラーのデータ、機器のステータス、プロセス値、ドライブ、アラーム、および選択されたリモート機能を可視化できます。私たちのエネルギー産業ソリューションこのページでは、PLC、HMI、および VFD 製品がこれらの環境にどのように適合するかを示します。

でプロセスと環境制御、オペレータは温度、圧力、湿度、バッチの状態、傾向、アラームを監視できます。

のために機械製造業者と OEM、HMI の選択は、試運転、オペレータの標準化、PLC の互換性、パネル設計、将来のスペアパーツの計画にも影響します。

適切な産業用 HMI の選び方: 実践的なチェックリスト

HMI の選択は、最大画面や最低単価ではなく、システム要件から始める必要があります。

ソフトウェアとファームウェアの互換性という領域には特に注意が必要です。交換用パネルはエンクロージャに適合し、正しい通信ポートを使用する場合がありますが、それでもプロジェクトの変換、別のエンジニアリング環境、またはファームウェアの作業が必要です。製品ファミリーを単一の交換可能なプラットフォームとして扱うのではなく、正確な世代とバージョンを確認してください。

すでに HMI の部品番号をお持ちですか?新しいシステムを設計するのではなく、既存のユニットを調達している場合は、正確なモデルと可用性の確認に直接スキップできます。私たちのを参照してくださいHMI 製品範囲または、以下の交換チェックリストの情報を準備してください。

新しい HMI プロジェクトとレガシー HMI の置き換え: 選択プロセスは異なります

新しい自動化プロジェクトの場合

新しいプロジェクトにより、エンジニアリング チームはより多くの自由を得ることができます。実際の順序は次のとおりです。

アプリケーション要件 → PLC アーキテクチャ → 通信 → HMI 機能 → ディスプレイと環境 → ソフトウェア → ライフサイクル

目標は、予想される耐用年数の間メンテナンス可能でありながら、現在のマシンに適合するプラットフォームを選択することです。

既存のマシンの場合

交換は、理想的な新しい仕様からではなく、設置されているシステムから始まります。

この順序を使用します。

既存の HMI 部品番号 → PLC またはコントローラ → プロジェクトのバックアップ → 通信 → ファームウェアとソフトウェア → カットアウトとコネクタ → 交換の有無

マシンがダウンしている場合、当面の優先事項は最小限のエンジニアリング変更で動作を復元することです。置き換えが計画されている場合は、新しいプラットフォームを評価するための時間がさらにかかる可能性があります。

見た目が似ている HMI が互換性がない理由

2 つのパネルの表示サイズは同じであっても、いくつかの重要な点で異なる場合があります。

ハードウェアの違いには、カットアウト寸法、電力要件、コネクタ、取り付け深さが含まれる場合があります。通信の違いには、プロトコルとドライバーのサポートが含まれる場合があります。ソフトウェアの違いには、ファームウェア、エンジニアリング ソフトウェア、ランタイム バージョン、プロジェクト変換要件が含まれる場合があります。同じブランド内の世代が異なると、異なる開発環境を使用する場合もあります。

画面サイズが同じだからといって、すぐに交換する必要はありません。

ここで、ブランド固有のガイドが役立ちます。 Rockwell の機器を使用している場合は、アレン-ブラッドリー パネルの選択と交換ガイドでは、PanelView ファミリと、そのエコシステムに適用される追加のソフトウェア、ファームウェア、およびカタログ番号に関する質問について説明します。

交換用 HMI を購入する前に準備すべき情報は何ですか?

完全なリクエストは、可用性や互換性について議論する前にやり取りを減らすのに役立ちます。

すでに部品番号または鮮明な銘板の写真をお持ちの場合は、リクエストにそれを含めてください。置き換えプロジェクトの場合、PLC モデルとプロジェクトのバックアップ ステータスも特に役立ちます。

よくある HMI 選択の間違い

画面サイズだけで選ぶ。ディスプレイのサイズは、通信、ソフトウェア、取り付け、プロジェクトの互換性についてほとんど影響しません。

同じブランドであると仮定すると、自動的に互換性が得られることを意味します。製品の世代、コントローラー ドライバー、エンジニアリング ソフトウェア、およびファームウェアは、同じメーカー内でも変更される可能性があります。

プロジェクト ファイルとエンジニアリング ソフトウェアを無視します。既存のアプリケーションを直接転送できない場合は、機械的に互換性のある代替品でも追加のエンジニアリング作業が発生する可能性があります。

製品のライフサイクルを無視している。ライフサイクル ステータスと将来の可用性を考慮しない場合、現在の問題を解決する HMI であっても、後でスペアパーツの問題が発生する可能性があります。

セキュリティ プランなしでリモート アクセスを追加する。リモート機能は、ユーザーの権限、認証、ネットワーク アーキテクチャ、およびプラントのセキュリティ ポリシーと合わせて設計する必要があります。

Like を Like に置き換える必要があるのはどのような場合ですか?また、アップグレードする必要があるのはどのような場合ですか?

単一の正解はありません。決定は、ダウンタイム、互換性、エンジニアリング リソース、マシンの残りの寿命、サポート リスクによって異なります。

新しい HMI が自動的に低コストのオプションになるわけではありません。移行には、ソフトウェア、プログラミング、ネットワークの変更、パネルの変更、検証、および生産のダウンタイムが含まれる場合があります。一方で、古くなったパネルを繰り返し調達することが難しくなり、計画的なアップグレードの方が現実的になる可能性があります。

SZCT オートメーションによる HMI の選択と交換のサポート方法

SZCT Automation は、HMI、PLC、VFD、および関連する制御カテゴリにわたる産業オートメーション製品を提供しています。当社の現在の HMI 製品には、ABB、Allen{1}}Bradley、三菱、オムロン、シュナイダー、シーメンスの製品が含まれています。

必要な部品番号がすでにわかっている場合は、適切なブランド カテゴリから始めて、正確なモデルを確認してください。古いオペレータ パネルを交換する場合は、完全な部品番号、銘板の写真、PLC モデル、数量、および既知の通信またはプロジェクト情報を提供してください。

ブランド固有のエンジニアリングに関する質問については、すべての HMI を互換性のあるものとして扱うのではなく、関連する技術ガイドを使用してください。製品調達の次のステップは、正確なハードウェア要件を特定し、次の方法で入手可能かどうかを確認することです。見積もりを依頼する.

結論

産業用 HMI の選択は、画面サイズだけではなく、アプリケーション、制御アーキテクチャ、および互換性要件から始める必要があります。新しいプロジェクトの場合は、システム要件から先に設計します。従来の交換品の場合は、取り付けられている部品番号、コントローラー、ソフトウェア、通信、および物理的な取り付けから逆算して作業します。

既存の HMI を交換する場合は、最初に銘板情報を収集します。この 1 つのステップで、最も一般的な選択と調達の間違いの多くを防ぐことができます。

よくある質問

 

 

産業オートメーションにおける HMI とは何ですか?

HMI は、マシンまたはプロセスの情報を視覚化し、許可されたコマンドを入力するために使用されるオペレーター インターフェイスです。通常、PLC または他のコントローラーとデータを交換し、ステータス、アラーム、トレンド、レシピ、診断情報を表示できます。

HMI はどのように PLC と通信しますか?

HMI は、サポートされている物理インターフェイス、プロトコル、およびコントローラー ドライバーを介して通信します。プラットフォームによっては、これにはイーサネット、シリアル通信、PROFINET、EtherNet/IP、Modbus TCP、OPC UA、またはその他のサポートされている方法が含まれる場合があります。

HMIとPLCの違いは何ですか?

PLC は主に制御ロジックを実行します。 HMI は主に情報を表示し、オペレーターに自動化システムと対話するための制御された方法を提供します。これらは連携して動作することが多いですが、実行するシステムの役割は異なります。

HMI は別のメーカーの PLC と連携できますか?

時々、そうです。クロスブランド通信は、プロトコルのサポート、利用可能な HMI ドライバー、コントローラー構成、および関連する正確なハードウェアとソフトウェアに依存します。イーサネット接続だけで互換性を想定しないでください。

古くなった HMI を新しいモデルに置き換えることはできますか?

多くの場合、新しいモデルは直接の代替品ではない可能性があります。交換するか移行するかを決定する前に、通信、ドライバー、ファームウェア、エンジニアリング ソフトウェア、プロジェクト変換、パネル カットアウト、電源、コネクタ、および既存の PLC を確認してください。

交換用 HMI を特定するにはどのような情報が必要ですか?

メーカー、完全な部品番号、銘板の写真、PLC モデル、通信方法、プロジェクトのバックアップ ステータス、取り付け情報、数量、および必要な納期から始めます。

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