การออกแบบแผงควบคุม HMI และแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด

ภาพรวม: แผงควบคุม HMI ทำอะไรได้จริง

แผงควบคุมอินเทอร์เฟซระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร (HMI) คือส่วนที่หันเข้าหาผู้ปฏิบัติงานของระบบอัตโนมัติที่ใช้ในการตรวจสอบ ควบคุม และวินิจฉัยเครื่องจักรอุตสาหกรรม ในทางปฏิบัติแล้วจะรวมการแสดงภาพ (หน้าจอ/ไฟ LED) อินพุตควบคุม (ปุ่ม สวิตช์ ระบบสัมผัส) การสื่อสาร (อีเทอร์เน็ต ฟิลด์บัส) และการเชื่อมต่อด้านความปลอดภัยไว้ในตู้เดียวที่บำรุงรักษาได้หรือคอนโซลผู้ปฏิบัติงาน บทความนี้มุ่งเน้นไปที่ตัวเลือกการออกแบบที่นำไปปฏิบัติได้ เช่น การเลือกส่วนประกอบ การเดินสายและการต่อสายดิน เค้าโครงหน้าจอ การทำงานร่วมกับ PLC/ไดรฟ์ และขั้นตอนการแก้ไขปัญหาในโลกแห่งความเป็นจริง

องค์ประกอบสำคัญและเกณฑ์การคัดเลือกในทางปฏิบัติ

การเลือกส่วนประกอบไม่ได้ขึ้นอยู่กับแบรนด์แต่เน้นที่การจับคู่ข้อกำหนดด้านไฟฟ้าและสิ่งแวดล้อมมากกว่า สำหรับแต่ละส่วนประกอบด้านล่าง ให้ระบุแรงดันไฟฟ้าในการทำงาน ระดับการป้องกันน้ำเข้า (IP) โปรโตคอลการสื่อสาร และ MTBF เมื่อเปรียบเทียบทางเลือกอื่น

ฮาร์ดแวร์ที่จำเป็นและสิ่งที่ต้องตรวจสอบ

• จอแสดงผล HMI: ตรวจสอบขนาดหน้าจอเพื่อดูความหนาแน่นของข้อมูลที่ต้องการ ความสว่างหน้าจอ (cd/m²) สำหรับแสงโดยรอบ ประเภทการสัมผัส (ตัวต้านทานเทียบกับตัวเก็บประจุ) และความลึกในการติดตั้ง
• PLC/คอนโทรลเลอร์: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าจำนวน I/O ที่เพียงพอและความจุสำรอง (แนะนำ I/O สำรอง 20–30%) รอบเวลาที่เข้ากันได้กับลูปควบคุม และการรองรับโปรโตคอลดั้งเดิมสำหรับ HMI
• อุปกรณ์อินพุต: ปุ่มกดอุตสาหกรรม สวิตช์เลือก และอีสต็อปที่กำหนดตามแรงดันไฟฟ้าของระบบและมีความทนทานเชิงกลที่เหมาะสม (พิกัดรอบ)
• โมดูลการสื่อสาร: เลือกใช้ Ethernet/IP หรือ PROFINET เมื่อต้องการแบนด์วิธสูง ใช้ RS-485/Modbus RTU สำหรับระยะทางไกลหรือสถานการณ์การติดตั้งเพิ่มเติม
• แหล่งจ่ายไฟและ UPS: เลือกขนาดแหล่งจ่ายไฟแบบราง DIN สำหรับกระแสกระชากสูงสุด และเลือก UPS ขนาดเล็กสำหรับการปิดระบบ HMI อย่างปลอดภัยหรือการแจ้งเตือนวิกฤติ

การออกแบบหน้าจอ HMI ที่มีประสิทธิภาพ: ความปลอดภัยในการใช้งาน

หน้าจอที่ได้รับการออกแบบมาอย่างดีช่วยลดข้อผิดพลาดของผู้ปฏิบัติงานและลดเวลาตอบสนองด้านความเร็ว มุ่งเน้นไปที่ลำดับชั้นที่ชัดเจน การใช้สีสำหรับสถานะเท่านั้น (หลีกเลี่ยงสีตกแต่ง) และการนำทางที่คาดเดาได้ แต่ละหน้าจอควรแสดงเฉพาะข้อมูลที่จำเป็นสำหรับงานของผู้ปฏิบัติงาน เช่น สัญญาณเตือน การตั้งค่าที่สำคัญ และการดำเนินการในทันที พร้อมเข้าถึงการวินิจฉัยได้ง่าย

กฎเค้าโครงและการโต้ตอบ

• พื้นที่สถานะหลัก: วางค่าวิกฤต (อุณหภูมิ ความดัน สถานะของมอเตอร์) ไว้ในจตุภาคซ้ายบน ซึ่งเป็นพื้นที่ที่เร็วที่สุดที่ดวงตาจะค้นหา
• การจัดการสัญญาณเตือน: ใช้รายการสัญญาณเตือนรายการเดียวพร้อมการประทับเวลา การเรียงลำดับความรุนแรง และการรับทราบในคลิกเดียว อย่าพึ่งพาภาพกะพริบเพียงอย่างเดียว — รวมถึงเสียงตอบรับที่กำหนดค่าได้ตามความรุนแรง
• รูปแบบการยืนยัน: ต้องการการยืนยันสองขั้นตอนสำหรับการเปลี่ยนแปลงจุดกำหนดที่สำคัญ และรวมรายการเส้นทางการตรวจสอบสำหรับผู้ปฏิบัติงาน เวลา และค่าก่อนหน้า

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการเดินสายไฟ การต่อสายดิน และเค้าโครงตู้

การเดินสายและการต่อสายดินที่ถูกต้องจะป้องกันเสียงรบกวน ข้อผิดพลาดเป็นระยะๆ และข้อผิดพลาดของฟิลด์บัส ใช้เส้นทางแยกสำหรับสายไฟและสายสัญญาณ รักษาระยะห่างตามผิวฉนวนที่ต้องการ และวางระบบป้องกันไฟกระชากไว้ใกล้จุดเข้า แผนการเดินสายไฟที่ชัดเจนช่วยประหยัดเวลาหลายชั่วโมงระหว่างการทดสอบเดินเครื่องและการบำรุงรักษา

รายการตรวจสอบการเดินสายไฟในทางปฏิบัติ

• แยกสายไฟหลัก AC, ไฟ DC และสายสัญญาณแรงดันต่ำในท่อสายเคเบิลแยกกันโดยมีฉากกั้นโลหะที่ต่อสายดินหากเป็นไปได้
• ใช้คู่บิดเกลียวหุ้มฉนวนสำหรับสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียล ปิดบังโล่กับตู้ดินที่ปลายด้านหนึ่งเท่านั้น (หลักเกณฑ์ของผู้ผลิตอาจแตกต่างกันไป)
• การต่อสายดิน: เชื่อมต่อสายดินของอุปกรณ์ทั้งหมดเข้ากับแถบกราวด์จุดเดียว ตรวจสอบเส้นทางความต้านทานต่ำและการอ่านค่าความต้านทานต่อดินในเอกสาร

บูรณาการกับ PLC, ไดรฟ์ และเครือข่าย

การบูรณาการมักเป็นส่วนที่ยาวที่สุดของโครงการ แมปแท็กตั้งแต่เนิ่นๆ สร้างมาตรฐานการตั้งชื่อ และล็อคอัตราข้อมูลเพื่อหลีกเลี่ยงการทำให้ HMI อิ่มตัวด้วยจุดชั่วคราวที่รวดเร็ว ทดสอบความยืดหยุ่นของเครือข่ายด้วยการรีบูต PLC ตามแผนและเวลาแฝงของเครือข่ายจำลอง

กลยุทธ์แท็กและข้อมูล

• ใช้การตั้งชื่อแท็กที่มีโครงสร้าง: Area_Machine_DevicePoint เพื่อหลีกเลี่ยงการชนและทำให้การวินิจฉัยง่ายขึ้น
• ลดการสำรวจสัญญาณความถี่สูงไปยัง HMI ให้เหลือน้อยที่สุด ปล่อยให้ PLC จัดการลูปควบคุมและพุชเฉพาะค่าสรุปไปที่จอแสดงผล

ข้อพิจารณาด้านความปลอดภัย มาตรฐาน และกฎระเบียบ

แผงควบคุม HMI ต้องเป็นไปตามมาตรฐานท้องถิ่นและสากลที่เกี่ยวข้อง: ทางไฟฟ้า (IEC/UL), ความปลอดภัยในการใช้งาน (IEC 61508/ISO 13849) สำหรับ PLC และจุดหยุดไฟฟ้าเพื่อความปลอดภัย และมาตรฐานความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) จัดทำเอกสารบทบาทด้านความปลอดภัย ระดับ SIL/PLe ที่จำเป็น และความครอบคลุมในการวินิจฉัยในช่วงต้นของการออกแบบ

การแก้ไขปัญหา การวินิจฉัย และการบำรุงรักษาเชิงป้องกัน

การออกแบบจุดวินิจฉัยและขั้นตอนการบำรุงรักษาช่วยลดเวลาหยุดทำงาน รวมขั้นตอนการทดสอบตัวเอง รหัสข้อผิดพลาดที่ชัดเจน และการดำเนินการกู้คืนแบบทีละขั้นตอนที่สามารถเข้าถึงได้บน HMI

ข้อผิดพลาดทั่วไปและวิธีแยกออกจากกัน

• การสื่อสารขาดหาย: ตรวจสอบทางกายภาพลิงก์ก่อน (LED, ความต่อเนื่องของสายเคเบิล) จากนั้นจึงกำหนดค่าเครือข่าย (ข้อขัดแย้งของ IP, สลับ VLAN) จากนั้นตรวจสอบสถานะ PLC
• การตอบสนองของระบบสัมผัสไม่สม่ำเสมอ: ตรวจสอบเฟิร์มแวร์ตัวควบคุมระบบสัมผัส ตรวจสอบพลังงานที่มีเสียงดังหรือแหล่งกำเนิด EMI และทดสอบด้วยเครื่องมืออินพุตที่ปรับเทียบแล้ว
• หน้าจอแช่แข็ง: ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีสุนัขเฝ้าบ้านอยู่ในทั้ง HMI และ PLC เพิ่มการดำเนินการรีสตาร์ทแบบนุ่มนวลซึ่งจะเก็บข้อมูลสำคัญและบันทึกเหตุการณ์

การเปรียบเทียบข้อมูลจำเพาะของแผงควบคุม HMI

ตารางขนาดกะทัดรัดสำหรับเปรียบเทียบตัวเลือกการสร้างแผง HMI ทั่วไปสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมขนาดเล็ก กลาง และหนัก

รายการตรวจสอบการปรับใช้ (การว่าจ้างล่วงหน้า)

• PREV: ทำความเข้าใจเกี่ยวกับการกระจายพลังงานไฟฟ้าแรงดันปานกลาง NEXT:อธิบายมาตรฐานการติดฉลากแผงไฟฟ้าที่อยู่อาศัย

  แบ่งปัน: