โปรโตคอลแผง HMI: ทำความเข้าใจ Modbus, OPC และอื่นๆ

โปรโตคอลแผง HMI: ทำความเข้าใจ Modbus, OPC และอื่นๆ

ในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมและระบบควบคุมในปัจจุบัน แผง Human Machine Interface (HMI) มีบทบาทสำคัญในการอำนวยความสะดวกในการโต้ตอบระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักรอย่างมีประสิทธิผล แผงเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นส่วนเชื่อมต่อระหว่างผู้ปฏิบัติงานกับเครื่องจักรที่ซับซ้อน ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถตรวจสอบและควบคุมกระบวนการต่างๆ เพื่อให้มั่นใจถึงการสื่อสารที่ราบรื่นระหว่างแผงควบคุม HMI และอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ จึงมีการใช้โปรโตคอลเฉพาะ บทความนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อให้ความกระจ่างเกี่ยวกับโปรโตคอลที่ใช้กันทั่วไปในแผง HMI รวมถึง Modbus, OPC และอื่นๆ

1. Modbus: โปรโตคอลการสื่อสารแบบอนุกรมที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง

Modbus เป็นโปรโตคอลการสื่อสารแบบอนุกรมยอดนิยมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม พัฒนาโดย Modicon ในปี 1979 Modbus ได้กลายเป็นมาตรฐานโดยพฤตินัยเนื่องจากความเรียบง่าย ความทนทาน และความสามารถในการทำงานร่วมกัน รองรับการสื่อสารหลัก-รองบนสายอนุกรม โดยทั่วไปจะใช้ RS-232 หรือ RS-485 ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานต่างๆ

โปรโตคอล Modbus กำหนดชุดของกฎและคำสั่งสำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างอุปกรณ์หลัก เช่น แผง HMI และอุปกรณ์ทาสหลายตัว เช่น PLC หรือเซ็นเซอร์แบบโปรแกรมได้ แผงควบคุม HMI สามารถขอข้อมูลหรือส่งคำสั่งไปยังอุปกรณ์ทาส ทำให้สามารถตรวจสอบและควบคุมกระบวนการทางอุตสาหกรรมได้แบบเรียลไทม์

Modbus TCP/IP ซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของ Modbus บนอีเธอร์เน็ต ได้รับความนิยมจากการใช้เครือข่ายอีเธอร์เน็ตที่เพิ่มขึ้นในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม ช่วยให้แผง HMI สามารถสื่อสารโดยตรงกับอุปกรณ์ที่ใช้ TCP/IP ผ่านอีเธอร์เน็ต ทำให้มีอัตราการส่งข้อมูลที่รวดเร็วขึ้นและมีความยืดหยุ่นมากขึ้น

2. OPC: การเปิดใช้งานการทำงานร่วมกันในโลกของระบบอัตโนมัติ

OPC (OLE สำหรับการควบคุมกระบวนการ) เป็นข้อกำหนดอินเทอร์เฟซมาตรฐานที่ช่วยให้สามารถทำงานร่วมกันได้อย่างราบรื่นระหว่างแอปพลิเคชันซอฟต์แวร์ในอุตสาหกรรมระบบอัตโนมัติ OPC มอบวิธีที่เป็นมาตรฐานสำหรับแผง HMI, ระบบ SCADA และซอฟต์แวร์อัตโนมัติอื่นๆ เพื่อสื่อสารกับอุปกรณ์ที่หลากหลาย โดยไม่คำนึงถึงผู้ผลิตหรือโปรโตคอลการสื่อสารที่ใช้

มาตรฐาน OPC ประกอบด้วยองค์ประกอบหลักสองส่วน ได้แก่ OPC Data Access (OPC DA) และ OPC Unified Architecture (OPC UA) OPC DA ช่วยให้สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลแบบเรียลไทม์ระหว่างแอปพลิเคชันไคลเอ็นต์ (เช่น แผง HMI) และเซิร์ฟเวอร์ OPC ซึ่งทำหน้าที่เป็นเกตเวย์ไปยังอุปกรณ์ต่างๆ ในทางกลับกัน OPC UA เป็นข้อกำหนดขั้นสูงและไม่ขึ้นกับแพลตฟอร์ม ซึ่งนำเสนอความปลอดภัย ความสามารถในการปรับขนาด และการสนับสนุนบริการเว็บที่ได้รับการปรับปรุง

ด้วยการใช้ OPC ในแผง HMI วิศวกรและผู้ปฏิบัติงานสามารถรวมอุปกรณ์จากผู้จำหน่ายต่างๆ ได้อย่างง่ายดาย ลดความซับซ้อนที่เกี่ยวข้องกับระบบอัตโนมัติที่แตกต่างกัน ความสามารถในการทำงานร่วมกันนี้ส่งเสริมความยืดหยุ่น ความสามารถในการปรับขนาด และความง่ายในการบำรุงรักษาในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม

3. Profibus: Fieldbus สำหรับกระบวนการอัตโนมัติ

Profibus เป็นโปรโตคอล fieldbus ที่นำมาใช้อย่างกว้างขวาง ซึ่งออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการใช้งานกระบวนการอัตโนมัติ ช่วยให้สามารถสื่อสารด้วยความเร็วสูง เชื่อถือได้ และกำหนดได้ระหว่างแผง HMI, PLC, ระบบควบคุมแบบกระจาย (DCS) และอุปกรณ์ภาคสนามต่างๆ เช่น เซ็นเซอร์ แอคชูเอเตอร์ และไดรฟ์

โปรโตคอล Profibus มีข้อดีหลายประการ รวมถึงความทนทานต่อสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า การรองรับระยะการสื่อสารระยะไกล และความสามารถในการเชื่อมต่ออุปกรณ์หลายตัวบนสายสื่อสารเดียว Profibus รองรับทั้ง DP (Decentralized Periphery) เพื่อการแลกเปลี่ยนข้อมูลที่รวดเร็วระหว่างอุปกรณ์ และ PA (Process Automation) สำหรับการสื่อสารในพื้นที่อันตราย

แผง HMI ที่ผสานรวมกับ Profibus สามารถใช้ประโยชน์จากความสามารถของโปรโตคอลในการตรวจสอบและควบคุมกระบวนการในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น น้ำมันและก๊าซ การแปรรูปทางเคมี และเภสัชกรรมได้อย่างมีประสิทธิภาพ ด้วยระบบนิเวศที่กว้างขวางของอุปกรณ์ที่เข้ากันได้และการสนับสนุนทางอุตสาหกรรมในวงกว้าง Profibus ยังคงเป็นตัวเลือกที่โดดเด่นในกระบวนการอัตโนมัติ

4. DeviceNet: ทำให้การสื่อสารของอุปกรณ์ง่ายขึ้น

DeviceNet เป็นโปรโตคอลเครือข่ายที่ใช้เป็นหลักในการตั้งค่าทางอุตสาหกรรมเพื่อเชื่อมต่อและสื่อสารกับอุปกรณ์ในโรงงาน เป็นไปตามเทคโนโลยี Controller Area Network (CAN) ซึ่งช่วยให้สามารถสื่อสารด้วยความเร็วสูงและเชื่อถือได้ระหว่างแผง HMI, PLC, สตาร์ทมอเตอร์, เซ็นเซอร์, อุปกรณ์ความปลอดภัย และอุปกรณ์อุตสาหกรรมอื่นๆ มากมาย

โปรโตคอล DeviceNet ใช้โมเดลการสื่อสารแบบมาสเตอร์-สเลฟ โดยแผง HMI โดยทั่วไปจะทำหน้าที่เป็นมาสเตอร์และอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อเป็นสเลฟ แผง HMI สามารถส่งข้อมูลการกำหนดค่า คำสั่งควบคุม และรับข้อมูลแบบเรียลไทม์จากอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถตรวจสอบและจัดการกระบวนการทางอุตสาหกรรมได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ด้วยลักษณะ Plug-and-Play ทำให้ DeviceNet ช่วยลดความยุ่งยากในการติดตั้งและกำหนดค่าอุปกรณ์ ลดเวลาในการติดตั้งและความซับซ้อนของระบบโดยรวม ความนิยมนั้นมาจากความคล่องตัว ความง่ายในการบูรณาการ และอุปกรณ์ที่รองรับมากมายที่มีอยู่ในตลาด

5. อีเธอร์เน็ต/IP: การใช้ประโยชน์จากอีเธอร์เน็ตสำหรับระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม

อีเธอร์เน็ต/IP เป็นโปรโตคอลอีเธอร์เน็ตอุตสาหกรรมที่ออกแบบมาเพื่อให้สามารถสื่อสารได้อย่างราบรื่นระหว่างแผง HMI, PLC และอุปกรณ์อัตโนมัติอื่นๆ ตามมาตรฐานอีเธอร์เน็ตและอินเทอร์เน็ตโปรโตคอล (IP) อีเธอร์เน็ต/IP มอบเทคโนโลยีเครือข่ายที่คุ้นเคยและนำไปใช้อย่างกว้างขวางสำหรับระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม

ด้วยการใช้ประโยชน์จากอีเทอร์เน็ต/IP แผง HMI สามารถสื่อสารกับอุปกรณ์ผ่านโครงสร้างพื้นฐานอีเธอร์เน็ตเดียวกันกับที่ใช้สำหรับเครือข่ายสำนักงาน ช่วยลดความจำเป็นในเครือข่ายการสื่อสารที่แยกจากกัน การบรรจบกันของเทคโนโลยีเครือข่ายนี้ช่วยลดความยุ่งยากในการติดตั้ง การบำรุงรักษา และการแก้ไขปัญหา ขณะเดียวกันก็ให้การรับส่งข้อมูลที่รวดเร็วและปลอดภัย

Ethernet/IP รองรับทั้งการส่งข้อความที่ชัดเจนและการส่งข้อความ I/O โดยนัย การส่งข้อความที่ชัดเจนช่วยให้แผง HMI สามารถขอข้อมูลหรือส่งคำสั่งไปยังอุปกรณ์เฉพาะได้ ทำให้สามารถโต้ตอบแบบเรียลไทม์ได้ ในทางกลับกัน การส่งข้อความ I/O โดยนัยช่วยอำนวยความสะดวกในการแลกเปลี่ยนข้อมูลแบบวนในช่วงเวลาที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ทำให้มั่นใจได้ถึงการสื่อสารที่ต่อเนื่องระหว่างอุปกรณ์

บทสรุป

ในโลกของระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม แผง HMI ทำหน้าที่เป็นประตูระหว่างผู้ปฏิบัติงานและเครื่องจักรที่ซับซ้อน การทำความเข้าใจโปรโตคอล เช่น Modbus, OPC, Profibus, DeviceNet และ Ethernet/IP เป็นสิ่งสำคัญในการสร้างการสื่อสารที่ราบรื่นระหว่างแผง HMI และอุปกรณ์ที่หลากหลายที่ใช้ในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม ด้วยการใช้ประโยชน์จากโปรโตคอลเหล่านี้ วิศวกรและผู้ปฏิบัติงานสามารถควบคุมพลังของการแลกเปลี่ยนข้อมูลแบบเรียลไทม์ ช่วยให้สามารถตรวจสอบ ควบคุม และเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการทางอุตสาหกรรมได้อย่างมีประสิทธิภาพ