Zaloguj
Naturalnym trendem nowoczesnej automatyki jest korzystanie z osiągnięć technologicznych i ułatwianie obsługi zainstalowanych urządzeń. Świetnym sposobem na spełnienie tych celów jest używanie kolorowych wyświetlaczy - np. ciekłokrystalicznych, w celu tworzenia estetycznych, a w tym nawet dotykowych interfejsów użytkownika.
Nie jest to niczym nowym, gdyż panele operatorskie, zarówno duże, jak i mały, pojawiły się w automatyce już wiele lat temu. Natomiast od kilku lat rosnącą popularnością cieszą się sterowniki zintegrowane z panelami i są one coraz chętniej wybierane przez klientów.
Potęga integracji
Fotografia 1. Unitronics V1210 - panel HMI zintegrowany ze sterownikiem
Takiemu rozwojowi sytuacji nie ma się co dziwić. Skoro w instalacji i tak mają się znajdować, zarówno sterownik, jak i panel HMI, dlaczego by ich nie umieścić w jednej obudowie? Przecież i tak bezpośrednio się ze sobą komunikują, nierzadko za pomocą specjalnie przystosowanego w tym celu interfejsu.
Połączenie ze sobą dwóch urządzeń niesie ze sobą wiele korzyści. Nie dość, że maleją koszty obudowy - zamiast dwóch, wystarczy jedna, to można zaoszczędzić także na połączeniach kablowych pomiędzy ekranem i sterownikiem.
Nawet koszt instalacji jest mniejszy, gdyż montaż jednego produktu będzie zawsze przebiegał szybciej niż zamontowanie dwóch, łączonych ze sobą urządzeń. Nie ma też obaw o jakąś niekompatybilność pomiędzy wybranymi produktami, choć o tę kwestię raczej nie ma co się martwić w przypadku rozwiązań automatyki przemysłowej.
Producenci podkreślają też fakt, że sterownik zintegrowany z panelem można łatwiej programować, a wgranie utworzonego kodu programu odbywa się jednorazowo, za pomocą tego samego kabla. W końcu - sterownik z ekranem najczęściej zajmują mniej miejsca niż dwa niezależne urządzenia, co pozwala ograniczyć koszty przygotowania odpowiedniej przestrzeni w szafie sterowniczej.
Problemy na dłuższą metę
Wszystkie powyższe stwierdzenia są jak najbardziej prawdziwe, ale zakup rozwiązania zintegrowanego wiąże się też z pewnymi problemami, których można nie przewidzieć, lub które mogą wydawać się mało istotne. Perspektywicznie myśląc, należałoby wziąć pod uwagę długofalowe skutki użytkowania i całkowity koszt utrzymania oraz modernizacji, w przyszłości.
Czarny scenariusz
Fotografia 2. Lenze p500 - panel HMI zintegrowany ze sterownikiem
Wyobraźmy sobie sytuację, w której operator w trakcie pracy uszkadza ekran dotykowy panelu HMI. Jeśli panel jest niezależnym elementem, osobno zamontowanym i dołączonym przewodami do sterownika, wystarczy nabyć nowy panel, odłączyć i odkręcić uszkodzony, a następnie przykręcić i podłączyć nowy, po czym wgrać do niego oprogramowanie. Procedura przebiega niezależnie od działania prowadzonego procesu przemysłowego, o tyle o ile jego nadzór za pomocą panelu nie jest konieczny non-stop.
Gdyby jednak panel był elementem zintegrowanym ze sterownikiem, przebieg procedury wymiany ekranu nie byłby tak prosty i bezproblemowy. Nie da się bowiem wymienić komponentu takiego urządzenia, bez odłączenia całego produktu od zasilania.
A to oznacza, że awaria ekranu dotykowego wiąże się z koniecznością zatrzymania prowadzonego procesu przemysłowego. W wielu przypadkach wiąże się to z bardzo dużymi kosztami. Z dodatkowym kosztem należy się też liczyć ze względu na fakt, że wymianie podlegać będzie wtedy panel i sterownik jednocześnie, które jako całość są bardziej kosztowne niż byłby sam panel, wymieniany w pierwszym scenariuszu.
Problemem może być też niedostępność dotychczas stosowanego modelu urządzenia, co może skutkować potrzebą aktualizacji stworzonego wcześniej oprogramowania. Zmiana programu samego dla panelu dotykowego będzie prostsza i mniej krytyczna niż wprowadzenie zmian w kodzie dla sterownika i dla HMI.
Trudna rozbudowa
Fotografia 3. Miniaturowy PLC z małym panelem i klawiaturą firmy Horner
Wyobraźmy sobie teraz zupełnie standardowy scenariusz, w którym wraz z rozwojem firmy, pojawia się konieczność zaktualizowania oprogramowania instalacji przemysłowej. Bywają sytuacje, w których korzystna jest rozbudowa aplikacji wizualizacyjnej, bez potrzeby modyfikacji kodu wykonywanego przez sam sterownik.
Dodanie nowych możliwości dla panelu zintegrowanego będzie trudniejsze niż w przypadku niezależnego HMI. Co więcej, jeśli dotychczasowy panel nie jest wystarczający do realizacji nowych funkcji, nic nie stoi na przeszkodzie by go wymienić na inny, bardziej zaawansowany model, o ile tylko nie jest zintegrowany ze sterownikiem.
Nowe urządzenie może nawet pochodzić od innego producenta, o ile tylko obsługuje te same standardy wymiany danych. Nowoczesne panele HMI korzystają z protokołów, które pozwalają na komunikację nawet z wieloma urządzeniami jednocześnie. Taki niezależny panel może więc też służyć jako interfejs dostępowy do systemu SCADA, co zwiększa jego uniwersalność.
Montaż w praktyce
Fotografia 4. Panel HMI firmy Siemens
Awarie i aktualizacje, które mogą nastręczać większych problemów w sterownikach zintegrowanych niż w instalacjach złożonych z oddzielnych PLC i HMI, to nie jedyne trudności, z którymi spotykają nabywcy rozwiązań zintegrowanych. Problem może pojawić się też na etapie montażu, choć teoretycznie to właśnie w momencie zakupu i instalacji, urządzenie tego typu wykazuje swoje główne korzyści.
Klasyczne panele HMI są często montowane na drzwiach szaf sterowniczych, zapewniając ciągły dostęp do ekranu, a jednocześnie chroniąc wnętrze szafy przed kurzem, wilgocią, skrajnymi temperaturami i zabrudzeniami. Aby to było możliwe, panele te muszą być jak najcieńsze, a jednocześnie cechować się wysokim stopniem ochronności od frontu. Im bardziej płytka jest obudowa panelu, tym będzie ona bardziej oddalona od innych urządzeń zamontowanych w szafie, a przez to panel będzie mniej wpływał na ich pracę.
Panel zintegrowany ze sterownikiem będzie naturalnie zajmował więcej miejsca, przez co może pojawić się problem z umieszczeniem całości w otworze drzwi. Trudnością może być też zwiększona liczba przewodów, podłączanych do sterownika, które będą ciągnąć się do drzwi szafy. W tego typu sytuacjach łatwiejszy może okazać się klasyczny montaż sterownika na szynie DIN, gdzie dodatkowe moduły wejść i wyjść nie będą skutkowały powstaniem plątaniny wiszących kabli.
Podsumowanie
Fotografia 5. Duży, samodzielny sterownik PLC firmy Mitsubishi
Co w takim razie można zrobić? Jaki rodzaj produktów wybrać? Przede wszystkim należy zastanowić się, które z opisanych problemów będą miały zastosowanie do danej sytuacji. Trzeba zwrócić uwagę na umiejscowienie panelu i sterownika, oszacować koszty ewentualnego wstrzymania produkcji i ocenić, czy powstała aplikacja ma w przyszłości być rozbudowywana, czy też można ją uznać za kompletną i zamkniętą.
Sterowniki zintegrowane z panelami to niewątpliwie ciekawe i bardzo często korzystne rozwiązania, ale ich specyfika bywa też inna niż samodzielnych PLC. Te pierwsze mają bowiem najczęściej ograniczoną moc obliczeniową i liczbę wejść, przez co przeznaczone są do mniejszych instalacji, w których faktycznie - choćby ze względu na koszty początkowe, będą one po prostu lepszym wyborem.
Można się też zastanowić nad rozwiązaniem alternatywnym, jakie pojawia się w ostatnim czasie. Niektórzy producenci zaczęli tworzyć aplikacje, przeznaczone do pracy na urządzeniach z systemem operacyjnym iOS lub Android, a które przeistaczają smartfon lub tablet w przenośny panel HMI.
Nie są to zazwyczaj bardzo zaawansowane rozwiązania, ale pozwalają na uzyskanie względnie wygodnego, przenośnego interfejsu, przy bardzo małych kosztach. Co więcej, w razie jakiejkolwiek awarii, wyłączenie takiego HMI nie wiąże się z żadnymi problemami, a uruchomienie nowego panelu sprowadza się do instalacji aplikacji na innym tablecie lub smartfonie.
Marcin Karbowniczek, EP
