Proiectarea panoului de control HMI și cele mai bune practici

Prezentare generală: Ce face de fapt un panou de control HMI

Un panou de control al interfeței om-mașină (HMI) este porțiunea orientată către operator a unui sistem automat utilizat pentru a monitoriza, controla și diagnostica utilajele industriale. Practic, consolidează vizualizarea (ecrane/LED-uri), intrările de control (butoane, comutatoare, atingere), comunicațiile (Ethernet, fieldbus) și interblocările de siguranță într-un singur dulap sau consolă pentru operator, care poate fi întreținută. Acest articol se concentrează pe opțiuni de proiectare acționabile - selecția componentelor, cablarea și împământarea, aspectul ecranului, integrarea cu PLC-uri/unități și pașii de depanare din lumea reală.

Componente cheie și criterii practice de selecție

Alegerea componentelor ține mai puțin de marcă și mai mult de potrivirea cerințelor electrice și de mediu. Pentru fiecare componentă de mai jos, includeți tensiunea de funcționare, gradul de protecție la intrare (IP), protocolul de comunicare și MTBF atunci când comparați alternative.

Hardware esențial și ce trebuie verificat

Afișaj HMI: verificați dimensiunea ecranului pentru densitatea informațiilor necesare, luminozitatea ecranului (cd/m²) pentru lumina ambientală, tipul de atingere (rezistiv vs capacitiv) și adâncimea de montare.
PLC/Controler: asigurați un număr suficient de I/O și o capacitate de rezervă (se recomandă 20–30% I/O de rezervă), durata ciclului compatibil cu buclele de control și suportul pentru protocolul nativ pentru HMI.
Dispozitive de intrare: butoane industriale, comutatoare selectoare și opriri de urgență evaluate la tensiunea sistemului și cu durabilitate mecanică corespunzătoare (evaluare de cicluri).
Module de comunicație: preferați Ethernet/IP sau PROFINET atunci când este necesară o lățime de bandă mare; utilizați RS-485/Modbus RTU pentru distanțe lungi sau scenarii de modernizare.
Surse de alimentare și UPS: alegeți o sursă de alimentare pe șină DIN dimensionată pentru curenții de pornire de vârf și un UPS mic pentru oprirea HMI în siguranță sau alarme critice.

Proiectarea ecranelor HMI eficiente: Siguranța utilizării

Ecranele bine proiectate reduc erorile operatorului și accelerează timpul de răspuns. Concentrați-vă pe ierarhie clară, utilizarea culorii doar pentru stare (evitați culoarea decorativă) și navigare previzibilă. Fiecare ecran ar trebui să afișeze doar informațiile necesare sarcinii operatorului - alarme, puncte de referință critice și acțiuni imediate - cu acces ușor la diagnosticare.

Reguli de aranjare și interacțiune

Zona de stare primară: plasați valorile critice (temperaturi, presiuni, stări ale motorului) în cadranul din stânga sus - zona cea mai rapidă de găsit de ochi.
Gestionarea alarmelor: utilizați o singură listă de alarme cu marcaje de timp, sortare de severitate și Confirmare cu un singur clic; nu vă bazați doar pe imagini intermitente - includeți feedback sonor configurabil în funcție de severitate.
Modele de confirmare: necesită confirmări în doi pași pentru modificările critice ale punctului de referință și includ o intrare de urmărire de audit pentru operator, timp și valoarea anterioară.

Cele mai bune practici de cablare, împământare și aspect al dulapului

Cablajul și împământarea corecte previn zgomotul, defecțiunile intermitente și erorile fieldbus. Utilizați rutare separată pentru cablurile de alimentare și de semnal, mențineți distanțele de curgere necesare și plasați protecția împotriva supratensiunii în apropierea punctelor de intrare. Un plan clar de cablare economisește ore în timpul punerii în funcțiune și întreținere.

Lista de verificare practică a cablajului

Separați cablurile de rețea de curent alternativ, de alimentare de curent continuu și de semnal de joasă tensiune în canale separate pentru cabluri, cu partiții metalice împământate, acolo unde este posibil.
Utilizați perechi răsucite ecranate pentru semnale diferențiale; Terminați scuturile la împământarea cabinetului doar la un capăt (recomandările producătorului pot varia).
Împământare: conectați toate împământările echipamentului la o bară de împământare cu un singur punct; verificați calea cu impedanță scăzută și documentați citirile rezistenței la pământ.

Integrare cu PLC-uri, unități și rețele

Integrarea este adesea cea mai lungă parte a unui proiect. Hartați etichetele devreme, standardizați convențiile de denumire și blocați ratele de date pentru a evita saturarea IHM-ului cu puncte tranzitorii rapide. Testați rezistența rețelei cu reporniri planificate PLC și latență simulată a rețelei.

Strategia de etichete și date

Utilizați denumirea structurată a etichetelor: Area_Machine_DevicePoint pentru a evita coliziunile și a simplifica diagnosticarea.
Minimizați interogarea semnalelor de înaltă frecvență către HMI; lăsați PLC-ul să se ocupe de buclele de control și împinge doar valorile rezumate pe afișaj.

Considerații privind siguranța, standardele și reglementările

Panourile de comandă HMI trebuie să respecte standardele locale și internaționale aplicabile: electrice (IEC/UL), siguranță funcțională (IEC 61508/ISO 13849) pentru PLC-uri de siguranță și opriri de electrizare și standarde de compatibilitate electromagnetică (EMC). Documentați rolurile de siguranță, nivelurile SIL/PLe necesare și acoperirea diagnosticului la începutul proiectării.

Depanare, diagnosticare și întreținere preventivă

Proiectarea în puncte de diagnosticare și o rutină de întreținere reduce timpul de nefuncționare. Includeți rutine de autotestare, coduri de eroare clare și acțiuni de recuperare pas cu pas accesibile pe HMI.

Defecte comune și cum să le izolăm

Întreruperea comunicațiilor: verificați mai întâi legătura fizică (LED-uri, continuitatea cablului), apoi configurația rețelei (conflicte IP, comutare VLAN-uri), apoi starea PLC.
Răspuns la atingere intermitentă: verificați firmware-ul controlerului tactil, verificați dacă există surse de alimentare zgomotoase sau EMI și testați cu un instrument de introducere calibrat.
Ecrane înghețate: asigurați-vă că există câini de pază atât în HMI, cât și în PLC; adăugați o acțiune de repornire soft care păstrează datele critice și înregistrează evenimentul.

Comparația specificațiilor panoului de control HMI

Un tabel compact pentru a compara opțiunile tipice de construire a panourilor HMI pentru uz industrial mic, mediu și greu.

Caracteristic	Mic (bancă/laborator)	Mediu (Etaj din fabrică)	Greu (dur / în aer liber)
Ecran tipic	7–10" capacitiv	Atingere industrială de 10–15 inchi	15–21" lizibil la lumina soarelui
Evaluare IP	IP20	IP54–IP65 (garnitura panoului)	IP65–IP66
Comm	USB, Modbus RTU	Ethernet/IP, Modbus TCP	Ethernet industrial, opțiune celulară
de mediu	0–40°C, interior	-10–50°C, tolerant la praf	-40–70°C, rezistent la vibrații