HMI 제어판 설계 및 모범 사례

개요: HMI 제어판이 실제로 수행하는 작업

HMI(Human-Machine Interface) 제어 패널은 산업 기계를 모니터링, 제어 및 진단하는 데 사용되는 자동화 시스템의 운영자 측 부분입니다. 실제로 시각화(스크린/LED), 제어 입력(버튼, 스위치, 터치), 통신(이더넷, 필드버스) 및 안전 인터록을 유지 관리가 가능한 단일 캐비닛 또는 운영자 콘솔에 통합합니다. 이 기사에서는 구성 요소 선택, 배선 및 접지, 화면 레이아웃, PLC/드라이브와의 통합, 실제 문제 해결 단계 등 실행 가능한 설계 선택에 중점을 둡니다.

주요 구성 요소 및 실제 선택 기준

구성 요소를 선택하는 것은 브랜드보다는 전기 및 환경 요구 사항을 충족시키는 데 더 중요합니다. 아래의 각 구성 요소에 대해 대안을 비교할 때 작동 전압, IP(Ingress Protection) 등급, 통신 프로토콜 및 MTBF가 포함되어 있습니다.

필수 하드웨어 및 확인 사항

• HMI 디스플레이: 필요한 정보 밀도에 대한 화면 크기, 주변 조명에 대한 화면 밝기(cd/m²), 터치 유형(저항성 대 정전식) 및 장착 깊이를 확인합니다.
• PLC/컨트롤러: 충분한 I/O 수와 예비 용량(20~30% 예비 I/O 권장), 제어 루프와 호환되는 주기 시간, HMI에 대한 기본 프로토콜 지원을 보장합니다.
• 입력 장치: 시스템 전압 정격과 적절한 기계적 내구성(사이클 정격)을 갖춘 산업용 푸시버튼, 선택기 스위치 및 비상 정지.
• 통신 모듈: 높은 대역폭이 필요할 때 Ethernet/IP 또는 PROFINET을 선호합니다. 장거리 또는 개조 시나리오에는 RS-485/Modbus RTU를 사용하십시오.
• 전원 공급 장치 및 UPS: 피크 돌입 전류에 적합한 크기의 DIN 레일 전원 공급 장치와 안전한 HMI 종료 또는 중요한 경보를 위한 소형 UPS를 선택합니다.

효과적인 HMI 화면 설계: 사용성 안전성

잘 설계된 화면은 작업자 오류를 줄이고 응답 시간을 단축합니다. 명확한 계층 구조, 상태에만 색상 사용(장식 색상 제외) 및 예측 가능한 탐색에 중점을 둡니다. 각 화면에는 경보, 중요 설정값, 즉각적인 조치 등 운영자 작업에 필요한 정보만 표시되어야 하며 진단에 쉽게 접근할 수 있어야 합니다.

레이아웃 및 상호작용 규칙

• 기본 상태 영역: 눈으로 가장 빨리 찾을 수 있는 영역인 왼쪽 위 사분면에 중요한 값(온도, 압력, 모터 상태)을 배치합니다.
• 경보 처리: 타임스탬프, 심각도 정렬 및 원클릭 승인이 포함된 단일 경보 목록을 사용합니다. 번쩍이는 영상에만 의존하지 말고 심각도별로 구성 가능한 청각 피드백을 포함하세요.
• 확인 패턴: 중요한 설정값 변경에 대해 2단계 확인이 필요하며 작업자, 시간 및 이전 값에 대한 감사 추적 항목이 포함됩니다.

배선, 접지 및 캐비닛 레이아웃 모범 사례

올바른 배선 및 접지는 소음, 간헐적인 오류 및 필드버스 오류를 방지합니다. 전원 및 신호 케이블에 대해 별도의 라우팅을 사용하고 필요한 연면 거리를 유지하며 진입점 근처에 서지 보호 장치를 배치하십시오. 명확한 배선 계획을 통해 시운전 및 유지보수 시간을 절약할 수 있습니다.

실제 배선 체크리스트

• 가능한 경우 접지된 금속 파티션이 있는 별도의 케이블 덕트에 AC 주전원, DC 전원 및 저전압 신호 케이블을 분리하십시오.
• 차동 신호에는 차폐 연선을 사용하십시오. 쉴드는 한쪽 끝에서만 캐비닛 접지까지 종단 처리됩니다(제조업체 지침은 다를 수 있음).
• 접지: 모든 장비 접지를 단일 지점 접지 막대에 연결합니다. 낮은 임피던스 경로를 확인하고 대지 저항 판독값을 문서화합니다.

PLC, 드라이브 및 네트워크와의 통합

통합은 종종 프로젝트에서 가장 긴 부분입니다. 태그를 조기에 매핑하고, 명명 규칙을 표준화하고, 데이터 속도를 제한하여 HMI가 빠른 과도 지점으로 포화되는 것을 방지하세요. 계획된 PLC 재부팅 및 시뮬레이션된 네트워크 대기 시간을 통해 네트워크 탄력성을 테스트합니다.

태그 및 데이터 전략

• 구조화된 태그 이름 지정을 사용합니다. Area_Machine_DevicePoint 충돌을 방지하고 진단을 단순화합니다.
• HMI에 대한 고주파 신호 폴링을 최소화합니다. PLC가 제어 루프를 처리하고 요약된 값만 디스플레이에 푸시하도록 합니다.

안전, 표준 및 규제 고려 사항

HMI 제어판은 전기(IEC/UL), 안전 PLC 및 비상 정지를 위한 기능 안전(IEC 61508/ISO 13849), 전자기 호환성(EMC) 표준 등 해당 지역 및 국제 표준을 준수해야 합니다. 설계 초기에 안전 역할, 필수 SIL/PLe 수준, 진단 범위를 문서화합니다.

문제 해결, 진단 및 예방 유지 관리

진단 지점과 유지 관리 루틴을 설계하면 가동 중지 시간이 줄어듭니다. 자체 테스트 루틴, 명확한 오류 코드, HMI에서 액세스할 수 있는 단계별 복구 작업을 포함합니다.

일반적인 결함 및 이를 격리하는 방법

• 통신 중단: 먼저 물리적 링크(LED, 케이블 연속성)를 확인한 다음 네트워크 구성(IP 충돌, 스위치 VLAN)을 확인한 다음 PLC 상태를 확인합니다.
• 간헐적인 터치 응답: 터치 컨트롤러 펌웨어를 확인하고, 잡음이 있는 전원 또는 EMI 소스를 검사하고, 보정된 입력 도구를 사용하여 테스트합니다.
• 정지 화면: HMI와 PLC 모두에 감시 장치가 있는지 확인합니다. 중요한 데이터를 보존하고 이벤트를 기록하는 소프트 재시작 작업을 추가합니다.

HMI 제어판 사양 비교

소형, 중형 및 중공업 용도의 일반적인 HMI 패널 제작 옵션을 비교하는 소형 표입니다.

배포 체크리스트(시운전 전)

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