به گزارش اقتصادآنلاین، در سیستم های کنترلی صنعتی، ارتباط بین PLC، HMI و اینورتر نقش اساسی در بهینه سازی عملکرد تجهیزات دارد. PLC به عنوان کنترل کننده مرکزی، وظیفه پردازش داده ها و ارسال فرمان ها را بر عهده دارد، در حالی که HMI واسطی برای تعامل اپراتور با سیستم محسوب می شود. از سوی دیگر، اینورتر برای کنترل سرعت و گشتاور موتورهای الکتریکی استفاده می شود. هماهنگی صحیح این سه بخش، دقت، بهره وری و ایمنی فرایندهای صنعتی را بهبود می بخشد.

پی ال سی چیست و چه کاربردی دارد؟

کنترل کننده منطقی برنامه پذیر (PLC) یک کامپیوتر صنعتی است که برای اتوماتیک سازی فرآیندهای صنعتی طراحی شده است. این دستگاه با استفاده از برنامه نویسی منطقی و الگوریتم های کنترلی، فرآیندهای مختلف را مدیریت و مانیتور می کند. PLC در مقایسه با مدارهای رله ای سنتی، انعطاف پذیری بالاتر، سرعت پردازش بیشتر و قابلیت اطمینان بالاتری دارد.

کاربرد های پی ال سی

PLC به دلیل قابلیت برنامه نویسی گسترده و ارتباط با تجهیزات مختلف، در اتوماسیون صنعتی جایگاه ویژه ای دارد. برخی از مهم ترین کاربردهای آن عبارت اند از:

• کنترل تجهیزات الکتریکی و ماشین آلات صنعتی
• مدیریت خطوط تولید و مونتاژ
• کنترل فرآیندهای حرارتی و برودتی
• کنترل فرمان در دستگاه های CNC
• نظارت و یکپارچه سازی با سیستم های HMI و SCADA

اچ ام آی (HMI) چیست و چه کاربردی دارد؟

HMI: Human Machine Interface به معنی رابط بین انسان و ماشین است که در سیستم های اتوماسیون صنعتی برای مانیتورینگ، کنترل و تغییر پارامترهای تجهیزات مختلف مانند PLC و اینورتر استفاده می شود. HMI معمولاً یک نمایشگر صنعتی LCD است که قابلیت برنامه ریزی، تنظیم مقادیر و نمایش اطلاعات فرآیندها را دارد.
HMI رابط بین انسان و ماشین در اتوماسیون صنعتی است که برای مانیتورینگ، کنترل و تغییر پارامترهای تجهیزات مانند PLC و اینورتر استفاده می شود. این دستگاه از طریق پروتکل های ارتباطی مانند RS-232، RS-485 و Ethernet به کنترلرها متصل شده و در سیستم های هوشمند، خطوط تولید و ماشین آلات صنعتی کاربرد دارد.

اینورتر چیست؟

اینورتر یک مبدل برق است که ولتاژ DC را به AC تبدیل کرده و برای کنترل سرعت موتورهای الکتریکی در صنایع، سیستم های تهویه و تجهیزات خودکار استفاده می شود. این دستگاه مصرف انرژی را کاهش داده، عملکرد تجهیزات را بهینه کرده و عمر مفید آن ها را افزایش می دهد.

ارتباط بین پی ال سی و اینورتر و اچ ام ای

در این سیستم، HMI به PLC متصل می شود و فرمان های کاربر را دریافت می کند. کاربر می تواند از طریق رابط گرافیکی HMI، مقادیر مختلف مانند سرعت، جهت حرکت و پارامترهای کنترلی موتور را تنظیم کند. سپس PLC با پردازش اطلاعات دریافتی از HMI و سنسور های متصل به سیستم، فرمان های مناسب را به اینورتر ارسال می کند. اینورتر بر اساس دستورات PLC، ولتاژ و فرکانس خروجی موتور را تنظیم کرده و عملکرد آن را مطابق نیاز فرآیند صنعتی تغییر می دهد.
این ارتباط دقت، انعطاف پذیری و کارایی سیستم های صنعتی را افزایش داده و امکان مانیتورینگ، تنظیمات سریع و کنترل هوشمند فرآیندها را فراهم می آورد. به عنوان مثال، در خطوط تولید، نوار نقاله ها و ماشین آلات CNC، این ترکیب باعث بهینه سازی مصرف انرژی، کاهش استهلاک تجهیزات و افزایش دقت عملکرد می شود. همچنین، سیستم های حفاظتی در PLC و اینورتر از اضافه بار، نوسانات ولتاژ و شرایط غیرعادی عملکرد جلوگیری کرده و ایمنی تجهیزات و اپراتورها را تضمین می کنند.

نحوه اتصال پی ال سی با اچ ام ای و اینورتر 

برای اتصال پی ال سی به اچ ام ای، باید مراحل مختلفی را دنبال کنید که شامل انتخاب پروتکل ارتباطی، پیکربندی دستگاه ها، برنامه نویسی و عیب یابی است. در اینجا یک راهنمای دقیق برای انجام این فرایند آورده شده است:

1. انتخاب پروتکل ارتباطی
   اولین گام در اتصال PLC به HMI انتخاب پروتکل ارتباطی است. پروتکل های مختلفی برای ارتباط این دو دستگاه وجود دارند که هر کدام ویژگی ها و کاربرد خاص خود را دارند. برخی از پروتکل های پرکاربرد عبارتند از:
   Modbus: یک پروتکل ارتباطی سریال که به صورت رایج در اتوماسیون صنعتی برای ارتباط بین دستگاه ها استفاده می شود. Modbus از فرمت های ASCII و RTU پشتیبانی کرده و می تواند از طریق پروتکل های مختلف مانند RS-232، RS-485 و اترنت اجرا شود.
   Ethernet/IP: پروتکلی صنعتی که مبتنی بر شبکه اترنت است و از استانداردهای CIP (Common Industrial Protocol) بهره می برد. این پروتکل قابلیت انتقال سریع و قابل اعتماد داده ها را از طریق شبکه اترنت فراهم می کند.
   OPC: پروتکلی استاندارد برای فراهم آوری قابلیت همکاری بین سیستم های مختلف اتوماسیون. OPC امکان تبادل داده ها بین PLC ها، HMI ها و سیستم های SCADA را مهیا می کند.
   Profibus: پروتکلی محبوب در سیستم های اتوماسیون صنعتی که بیشتر در شبکه های کنترل و تجهیزات پیچیده استفاده می شود.
   انتخاب پروتکل مناسب بستگی به نیازهای سیستم شما دارد و باید مطمئن شوید که هر دو دستگاه از پروتکل انتخابی پشتیبانی می کنند. علاوه براین، باید به سازگاری آن با شبکه و دستگاه های موجود توجه کنید.
2. پیکربندی PLC
   پس از انتخاب پروتکل، گام بعدی پیکربندی دستگاه PLC است. در این مرحله باید تنظیمات مختلفی را انجام دهید که به برقراری ارتباط با HMI کمک می کند. این تنظیمات عبارتند از:
   تنظیمات پورت ارتباطی: انتخاب و پیکربندی پورت های ارتباطی مانند RS-232، RS-485 یا اترنت، بسته به نوع پروتکل و تجهیزات مورد استفاده.
   تنظیمات شبکه: در صورت استفاده از پروتکل های اترنت (مانند Ethernet/IP)، باید آدرس های IP، ماسک شبکه، و دروازه ها را پیکربندی کنید.
   تنظیمات ارتباطات سریال: برای پروتکل های سریالی مانند Modbus، باید تنظیماتی مانند نرخ BAUD، پاریتی، و بیت های داده و توقف را انجام دهید.
   آدرس دهی داده ها: باید آدرس های داده ها یا رجیستر هایی که می خواهید بین HMI و PLC تبادل شوند را مشخص کنید. این داده ها می توانند ورودی ها و خروجی های دیجیتال یا آنالوگ باشند.
3. پیکربندی HMI
   در این مرحله، باید تنظیمات HMI برای برقراری ارتباط با PLC را پیکربندی کنید. HMI معمولاً به عنوان یک رابط کاربری برای اپراتور عمل می کند و باید تنظیماتی مشابه با PLC داشته باشد تا بتواند به درستی با آن ارتباط برقرار کند. مراحل پیکربندی شامل موارد زیر است:
   تنظیمات ارتباطی: مانند پروتکل ارتباطی، پیکربندی آدرس IP و تنظیمات پورت های ارتباطی.
   تعریف تگ ها: تگ ها یا برچسب های داده هایی هستند که به اطلاعات ذخیره شده در PLC اشاره دارند. شما باید تگ ها را برای دسترسی به داده های خاص PLC در HMI تعریف کنید.
   طراحی رابط کاربری: طراحی گرافیکی صفحه نمایش HMI برای نمایش وضعیت سیستم، آلارم ها، داده ها و دستورات. این طراحی باید به گونه ای باشد که اپراتور بتواند به راحتی با سیستم ارتباط برقرار کرده و تغییرات لازم را اعمال کند.
4. برنامه نویسی PLC
   پس از پیکربندی، گام بعدی نوشتن برنامه PLC است. برنامه PLC باید منطق کنترل سیستم را تعریف کند و نحوه واکنش به سیگنال های ورودی و خروجی را تعیین کند. مراحل برنامه نویسی شامل موارد زیر است:
   خواندن و نوشتن داده ها: پیاده سازی دستورات لازم برای خواندن داده ها از ورودی ها و نوشتن داده ها به خروجی ها.
   محاسبات و مقایسه ها: انجام محاسبات و مقایسه های مختلف برای کنترل فرآیند.
   کنترل سیستم: نوشتن کد برای مدیریت تایمرها، شمارنده ها و تنظیمات سیستم مانند روشن و خاموش کردن دستگاه ها.
   انتقال داده ها به HMI: پیاده سازی دستورالعمل هایی که داده ها را از PLC به HMI انتقال می دهند و دستوراتی که از HMI به PLC ارسال می شوند.
5. نوشتن اسکریپت HMI
   اسکریپت های HMI مسئول تعاملات کاربر با سیستم هستند. این اسکریپت ها برای خواندن و نوشتن داده ها به برچسب ها یا متغیرهای HMI، انجام محاسبات و تبدیل داده ها به کار می روند. در این مرحله باید کدهای لازم برای ارسال و دریافت داده ها بین HMI و PLC نوشته شوند. علاوه براین، باید بررسی کنید که عناصر گرافیکی صفحه نمایش با داده های صحیح و به روز هماهنگ باشند.
6. عیب یابی و تست سیستم
   در نهایت، پس از انجام تمام مراحل پیکربندی و برنامه نویسی، باید سیستم را تست کرده و مشکلات احتمالی را شناسایی کنید. این مرحله شامل موارد زیر است:
   اتصال فیزیکی: بررسی اتصالات فیزیکی بین PLC و HMI، اطمینان از صحت کابل ها و پورت های ارتباطی.
   آزمایش ارتباط: اطمینان از این که داده ها به درستی از PLC به HMI و بالعکس منتقل می شوند.
   بررسی منطق کنترل: تست منطق کنترل در PLC و اطمینان از اینکه سیستم به درستی به ورودی ها و خروجی ها واکنش نشان می دهد.
   عیب یابی نرم افزاری: بررسی و اصلاح هرگونه مشکل در نرم افزارها، مانند خطاهای برنامه نویسی یا مشکلات در پیکربندی پروتکل ها.

در صورت بروز مشکل، می توانید از ابزارهای عیب یابی و تست شبکه برای شناسایی و رفع مشکلات ارتباطی استفاده کنید.

روش های ارتباط بین PLC و اینورتر

قبل از شروع به توضیح نحوه اتصال، لازم است با اجزای اصلی و سخت افزارهای مورد نیاز برای ارتباط PLC با اینورتر آشنا شوید:

• PLC: این دستگاه باید دارای تعداد کافی ورودی و خروجی (I/O) برای کنترل سیستم باشد. همچنین از نظر سخت افزاری برای ارتباط با تجهیزات جانبی از ماژول های مناسب بهره ببرد.
• اینورتر سازگار: اینورتر باید از پروتکل های ارتباطی استاندارد پشتیبانی کند و ورودی و خروجی های کافی برای دریافت سیگنال های کنترلی داشته باشد.
• کابل برق: انتخاب کابل برق متناسب با جریان و ولتاژ کاری اینورتر، از اهمیت بالایی برخوردار است تا از نوسانات و افت ولتاژ جلوگیری شود.
• موتور: موتور انتخابی باید از نظر الکتریکی با اینورتر سازگار باشد تا بتوان عملکرد بهینه و دقیق آن را از طریق PLC کنترل کرد.
• کابل های ارتباطی: برای انتقال سیگنال های داده بین PLC و اینورتر، کابل های مناسب (مانند کابل های شیلدار برای کاهش نویز) انتخاب می شوند.

کابل میتسوبیشی USB-SC09 یک کابل ارتباطی ویژه برای اتصال رایانه به PLCهای سری FX میتسوبیشی است. این کابل برای برنامه‌ریزی و انتقال داده بین کامپیوتر و کنترلر منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) طراحی شده است.

کابل USB-SC09 از طریق پورت USB به کامپیوتر متصل شده و در سمت دیگر دارای یک کانکتور RS422 است که به PLC وصل می‌شود. این کابل به درایور مخصوصی نیاز دارد تا توسط ویندوز شناسایی شود و معمولاً از طریق نرم‌افزار GX Developer یا GX Works برای برنامه‌ریزی PLCهای میتسوبیشی استفاده می‌شود.

ویژگی‌های مهم این کابل شامل تبدیل سیگنال از USB به RS422، پشتیبانی از ارتباط پایدار با PLC، و عدم نیاز به آداپتور اضافی است. به دلیل کیفیت بالای ارتباط و پشتیبانی از PLCهای سری FX، این کابل یکی از گزینه‌های محبوب برای تکنسین‌ها و مهندسان برق صنعتی محسوب می‌شود.

سیم کشی بین PLC و اینورتر

پس از تأمین سخت افزارهای مورد نیاز، مراحل سیم کشی به شرح زیر انجام می شود:

1. خاموش کردن منبع تغذیه: پیش از شروع سیم کشی، هم PLC و هم اینورتر باید از منبع تغذیه جدا شوند تا از هرگونه خطر الکتریکی جلوگیری شود.
2. نصب دستگاه ها: طبق دفترچه راهنمای کاربر، PLC و اینورتر در محل مناسب و طبق استانداردهای نصب صنعتی قرار می گیرند.
3. وصل کردن کابل های ارتباطی و برق:کابل های ارتباطی بین پورت های مربوطه در PLC و اینورتر متصل می شوند. توجه کنید که نوع کابل (مثلاً برای RS-485 یا اترنت) باید مطابق با مشخصات دستگاه ها انتخاب شود.
   کابل برق نیز به درستی از PLC و اینورتر به پایانه های مربوطه وصل می شود تا تأمین برق پایدار و مطمئن صورت گیرد.
4. اتصال موتور: موتور انتخابی طبق دستورالعمل  های سازنده به اینورتر وصل می شود. اتصال پایانه های موتور باید محکم و مطابق با مشخصات فنی انجام شود.
5. راه اندازی مجدد منبع تغذیه: پس از تکمیل سیم کشی، منبع تغذیه به PLC و اینورتر وصل و سیستم روشن می شود.

مراحل پیکربندی و تنظیمات نرم افزاری

برای برقراری ارتباط صحیح بین PLC و اینورتر، علاوه بر سیم کشی فیزیکی، تنظیمات نرم افزاری دقیق نیز لازم است:

انتخاب و تنظیم پروتکل ارتباطی:

در اکثر موارد، پروتکل هایی مانند Modbus ، Profibus یا DeviceNet برای ارتباط PLC دلتا با اینورتر استفاده می شوند.
بسته به نیاز سیستم و پشتیبانی تجهیزات، پروتکل انتخاب شده باید در PLC و اینورتر یکسان و هماهنگ باشد.

تنظیمات پارامترهای ارتباطی:

در نرم افزار برنامه نویسی PLC (مثلاً TIA Portal یا نرم افزارهای دلتا)، پارامترهایی مانند نرخ باود، بیت های داده، بیت توقف و نوع پاریتی تنظیم می شوند.
تنظیمات مشابهی در اینورتر انجام می شود تا از تطابق ارتباطی اطمینان حاصل شود.

پیکربندی ماژول های I/O:

در PLC، ماژول های ورودی و خروجی برای خواندن داده ها از اینورتر (مانند سرعت واقعی موتور یا وضعیت خطا) و ارسال دستورات کنترلی (مانند فرمان استارت، استپ یا تغییر فرکانس) پیکربندی می شوند.

تست ارتباط:

پس از تنظیمات، نرم افزار PLC دستورهای آزمایشی (مثلاً فرمان های تنظیم سرعت یا روشن و خاموش کردن موتور) را ارسال می کند و پاسخ اینورتر را دریافت می کند.
در صورت دریافت فیدبک صحیح از اینورتر، اتصال برقرار و تنظیمات مورد تایید قرار می گیرند.

فرآیند کلی اتصال و برنامه ریزی

فرآیند اتصال PLC دلتا با اینورتر شامل مراحل زیر است:

• مشخص کردن نوع و مدل دستگاه ها:
  نوع اینورتر و PLC دلتا باید مشخص شود، زیرا روش اتصال و پروتکل ارتباطی در هر برند ممکن است متفاوت باشد.
• اتصال کابل های ارتباطی:
  با استفاده از کابل های مناسب، پورت های مربوط به PLC (مانند پورت RS-485) به پورت های ارتباطی اینورتر متصل می شوند.
• تنظیمات ارتباطی:
  تنظیم پارامترهای فیزیکی و نرم افزاری همانند نرخ باود و آدرس دهی مدباس در PLC و اینورتر، مطابق با دستورالعمل های سازنده انجام می شود.
• اجرای برنامه  منطق کنترل:
  در PLC، برنامه نویسی منطق نردبانی یا دیگر زبان های مورد استفاده، دستورات کنترلی را جهت تنظیم سرعت و عملکرد موتور به اینورتر ارسال می کند.
• تست و عیب یابی:
  سیستم تحت شرایط مختلف تست می شود تا از صحت عملکرد ارتباط بین PLC و اینورتر اطمینان حاصل شود. در صورت بروز مشکل، تنظیمات مجدداً بررسی و رفع می شود.