Pengenalan HMI

Programmable logic controllers yang dapat diprogram dibangun untuk memasukkan berbagai jenis sinyal (diskrit, analog), menjalankan algoritma kontrol pada sinyal tersebut, dan kemudian sinyal output sebagai tanggapan terhadap proses kontrol. Dengan sendirinya, PLC umumnya tidak memiliki kemampuan menampilkan nilai-nilai sinyal dan variabel algoritma ke operator manusia.

Seorang teknisi atau insinyur dengan akses ke komputer pribadi dan perangkat lunak yang diperlukan untuk mengedit program PLC dapat terhubung ke PLC dan melihat status program "online" untuk memantau nilai sinyal dan status variabel, tetapi ini bukan cara praktis untuk personel operasi untuk memantau apa yang dilakukan PLC secara rutin. Agar operator dapat memantau dan menyesuaikan parameter di dalam memori PLC, kita memerlukan jenis antarmuka yang berbeda yang memungkinkan variabel tertentu untuk dibaca dan ditulis tanpa mengorbankan integritas PLC dengan mengekspos terlalu banyak informasi atau mengizinkan orang yang tidak berkualifikasi untuk mengubah program yang ada pada PLC.

Salah satu solusi untuk masalah ini adalah tampilan komputer khusus yang diprogram untuk menyediakan akses selektif ke variabel tertentu dalam memori PLC, umumnya disebut sebagai Antarmuka Manusia-Mesin, atau HMI.

HMI dapat mengambil bentuk komputer tujuan umum ("pribadi") yang menjalankan perangkat lunak grafis khusus untuk berinteraksi dengan PLC, atau sebagai komputer tujuan khusus yang dirancang untuk dipasang di bagian panel logam lembaran untuk melakukan tidak ada tugas tetapi antarmuka operator-PLC .

Foto dibawah ini menunjukkan contoh komputer pribadi biasa (PC) dengan perangkat lunak HMI :

Tampilan yang ditunjukkan di atas terjadi untuk memantau proses vacuum swing adsorption (VSA) untuk memurnikan oksigen yang diekstraksi dari udara ambient. Di suatu tempat, PLC (atau kumpulan PLC) sedang memantau dan mengendalikan proses VSA ini, dengan perangkat lunak HMI bertindak sebagai "jendela" ke dalam memori PLC untuk menampilkan variabel yang bersangkutan dalam bentuk yang mudah diinterpretasikan untuk personel operasi. Komputer pribadi yang menjalankan perangkat lunak HMI ini terhubung ke PLC (s) melalui kabel jaringan digital seperti Ethernet.

Catatan: Istilah lama untuk panel antarmuka operator adalah "Man-Machine Interface" atau "MMI."

Foto berikut ini menunjukkan contoh panel HMI tujuan khusus yang dirancang dan dibangun secara tegas untuk digunakan dalam lingkungan operasi industri:

Panel HMI ini benar-benar tidak lebih dari komputer pribadi, yang dibuat dengan kasar dan dalam format yang kompak untuk memudahkan penggunaannya di lingkungan industri. Kebanyakan panel HMI industri dilengkapi dengan layar sentuh yang sensitif, yang memungkinkan operator untuk menekan ujung jari mereka pada objek yang ditampilkan untuk mengubah layar, melihat detail pada bagian dari proses, dll.

Teknisi atau program insinyur HMI menampilkan untuk membaca dan menulis data melalui jaringan digital ke satu atau lebih PLC. Objek grafis yang tersusun di layar tampilan HMI sering meniru indikator dan switch dunia nyata, untuk menyediakan antarmuka yang akrab bagi personel operasi. Sebuah objek "push button" pada muka panel HMI, misalnya, akan dikonfigurasi untuk menulis satu bit data ke PLC, dengan cara yang mirip dengan saklar dunia nyata yang menulis satu bit data ke register masukan PLC.

Panel dan perangkat lunak HMI modern hampir secara eksklusif berbasis tag, dengan setiap objek grafis pada layar yang terkait dengan setidaknya satu nama tag data, yang pada gilirannya dikaitkan dengan titik data (bit, atau kata-kata) dalam PLC melalui tag nama file database tinggal di HMI. Objek grafis pada layar HMI menerima (baca) data dari PLC untuk menyajikan informasi yang berguna kepada operator, mengirim (menulis) data ke PLC dari input operator, atau keduanya. Tugas memprogram unit HMI terdiri dari membangun database nama tag dan kemudian menggambar layar untuk mengilustrasikan proses ke tingkat detail yang baik karena operator perlu menjalankannya.

Contoh screenshot dari tabel database nama tag untuk HMI modern ditampilkan di sini:

Database nama tag diakses dan diedit menggunakan perangkat lunak yang sama untuk membuat gambar grafik di HMI. Dalam contoh khusus ini Anda dapat melihat beberapa nama tag (mis. MULAI PUSHBUTTON, MOTOR RUN TIMER, ERROR MESSAGE, MOTOR SPEED) terkait dengan titik data dalam memori PLC (dalam contoh ini, alamat PLC ditampilkan dalam format register Modbus). Dalam banyak kasus, editor nama tag akan dapat menampilkan titik-titik memori PLC yang sesuai dengan cara yang sama seperti yang ditampilkan dalam perangkat lunak editor pemrograman PLC (mis. I: 5/10, SM0.4, C11, dll.).

Detail penting untuk dicatat dalam tampilan database nama tag ini adalah atribut baca / tulis dari setiap tag. Perhatikan secara khusus bagaimana empat tag yang ditampilkan adalah hanya-baca: ini berarti HMI hanya memiliki izin untuk membaca nilai keempat tag dari memori PLC, dan tidak menulis (mengubah) nilai-nilai tersebut. Alasan untuk ini dalam kasus empat tag ini adalah bahwa tag-tag tersebut merujuk ke titik data input PLC. Tag START PUSHBUTTON, misalnya, mengacu pada input diskrit dalam PLC yang diberi energi oleh pushbutton switch. Dengan demikian, titik data ini mendapatkan statusnya dari energi terminal masukan diskrit. Jika HMI diberi izin tulis untuk titik data ini, kemungkinan akan ada konflik. Misalkan terminal input pada PLC diberi energi (pengaturan bit START PUSHBUTTON ke keadaan “1”) dan HMI secara bersamaan berusaha untuk menulis keadaan “0” ke tag yang sama. Salah satu dari dua sumber data ini akan menang, dan yang lainnya akan kalah, mungkin menghasilkan perilaku tak terduga dari program PLC. Karena alasan ini, poin dari data dalam PLC yang terkait dengan input dunia nyata harus selalu dibatasi sebagai izin "read-only" dalam basis data HMI, sehingga HMI tidak mungkin menghasilkan konflik.

Potensi konflik data juga ada untuk beberapa titik lain dalam database, namun. Contoh yang bagus dari hal ini adalah bit MOTOR RUN, yang merupakan sedikit dalam program PLC yang memberitahu motor dunia nyata untuk dijalankan. Agaknya, bit ini mendapatkan datanya dari program Ladder Diagram PLC. Namun, karena ini juga muncul di basis data HMI dengan izin baca / tulis, ada potensi bagi HMI untuk menulis secara berlebihan (yaitu konflik) yang sedikit sama dalam memori PLC. Misalkan seseorang memprogram toggling "pushbutton" objek layar di HMI terkait dengan tag ini: menekan "tombol" virtual ini pada layar HMI akan mencoba untuk mengatur bit (1), dan menekannya lagi akan mengatur ulang /meresetnya ke bit (0 ). Jika bit yang sama ini ditulis oleh coil dalam program PLC, bagaimanapun, terdapat kemungkinan yang berbeda bahwa objek "pushbutton" HMI dan koil PLC akan konflik, yang mencoba untuk memberitahu bit menjadi "0" sementara yang lain mencoba untuk mengatakan bahwa bit menjadi "1". Situasi ini sangat mirip dengan masalah yang dialami ketika beberapa program Ladder Diagram menunjukan bit yang sama.

Aturan umum untuk mengikuti di sini tidak pernah memungkinkan lebih dari satu elemen untuk ditulis ke titik data apa pun. Salah satu kesalahan umum yang dibuat siswa ketika pertama kali belajar memrogram HMI: mereka akan mencoba untuk memiliki HMI dan tulisan PLC ke lokasi memori yang sama, dengan hasil yang aneh.

Salah satu pelajaran yang akan Anda pelajari ketika memrogram sistem besar dan kompleks adalah sangat bermanfaat untuk mendefinisikan semua nama tag yang diperlukan sebelum mulai menata grafik dalam HMI. Hal yang sama berlaku untuk pemrograman PLC: itu membuat seluruh proyek berjalan lebih cepat dengan lebih sedikit kebingungan jika Anda meluangkan waktu untuk menentukan semua poin I / O yang diperlukan (dan nama-nama tag, jika perangkat lunak pemrograman PLC mendukung nama-nama tag dalam lingkungan pemrograman) sebelum Anda mulai membuat kode yang menentukan bagaimana input dan output tersebut akan berhubungan satu sama lain.

Mempertahankan konvensi konsisten untuk nama-nama tag juga penting. Misalnya, Anda mungkin ingin memulai nama tag setiap titik I / O terprogram sebagai INPUT atau OUTPUT (mis. INPUT PRESSURE SWITCH HIGH, OUTPUT SHAKER MOTOR RUN, dll.). Alasan untuk mempertahankan konvensi penamaan yang ketat tidak jelas pada awalnya, karena seluruh titik nama tag adalah memberi programmer kebebasan untuk memberikan nama sewenang-wenang ke titik data dalam sistem. Namun, Anda akan menemukan bahwa sebagian besar editor nama tag daftar tag dalam urutan abjad, yang berarti konvensi penamaan diatur dengan cara ini akan menyajikan semua tag input berdekatan (berdekatan) dalam daftar penamaanya, sama halnya dengan semua tag output berdekatan dalam daftar penamaanya, dan seterusnya.

Cara lain untuk memanfaatkan daftar abjad nama-nama tag untuk lebih memudahkan Anda adalah untuk memulai setiap nama tag dengan kata yang menjelaskan hubungannya dengan bagian utama peralatan. Ambil contoh contoh proses ini dengan beberapa titik data yang didefinisikan dalam sistem kontrol PLC dan ditampilkan dalam HMI:

Jika kita inputkan semua name tag diatas dalam urutan abjad, maka :

1. Exchanger effluent pump
2. Exchanger effluent temp out
3. Exchanger preheat pump
4. Exchanger preheat temp in
5. Exchanger preheat valve
6. Reactor bed temp
7. Reactor feed flow
8. Reactor feed temp
9. Reactor jacket valve

Seperti yang Anda lihat dari daftar nama tag ini, semua tag yang terkait langsung dengan heat exchanger berada dalam satu grup berdekatan, dan semua tag yang terkait langsung dengan reaktor berada dalam grup berdekatan berikutnya. Dengan cara ini, penamaan tag yang bijaksana berfungsi untuk mengelompokkannya dalam mode hierarkis, membuatnya mudah bagi programmer untuk mencari di masa depan dalam database nama tag.

Anda akan melihat bahwa semua nama tag yang ditampilkan di sini tidak memiliki karakter spasi di antara kata-kata (misalnya, bukannya "Reactor bed temp", nama tag harus menggunakan tanda hubung atau garis bawah sebagai karakter spasi: "Reaktor_bed_temp"), karena ruang umumnya diasumsikan oleh bahasa pemrograman komputer menjadi pembatas (pemisah antara nama variabel yang berbeda).

Seperti pengontrol logika yang dapat diprogram sendiri, kemampuan HMI terus meningkat sementara harganya menurun. HMI modern mendukung tren grafis, pengarsipan data, advanced alarming, dan bahkan kemampuan web server yang memungkinkan komputer lain dengan mudah mengakses data tertentu melalui jaringan area yang luas. Kemampuan HMI untuk mencatat data dalam jangka waktu yang lama mengurangi PLC karena harus melakukan tugas ini, yang sangat membutuhkan memori. Dengan cara ini, PLC hanya "melayani" data saat ini ke HMI, dan HMI mampu menyimpan catatan data saat ini dan waktu waktu sebelumnya dengan menggunakan cadangan memori yang jauh lebih besar. Jika HMI didasarkan pada platform komputer pribadi (mis. Perangkat lunak Rockwell RSView, Wonderware, FIX / Intellution), HMI mungkin dilengkapi dengan hard disk drive untuk penyimpanan data historis dalam jumlah yang sangat besar.

Beberapa panel HMI modern bahkan memiliki PLC yang dibangun di dalam unit, menyediakan kontrol dan pemantauan di perangkat yang sama. Panel semacam itu memberikan titik koneksi terminal strip untuk I / O yang terpisah dan bahkan analog, yang memungkinkan semua fungsi kontrol dan antarmuka ditempatkan dalam unit panel-mount tunggal.