CODESYS가 내장된 새로운 HMI 하드웨어는 원격 I/O 기능을 개선하여 사용자 편의성을 극대화한다.

Weintek

강력해진 구성 요소는 기계 자동화(MA)와 공장 자동화(FA)에 더 많은 혜택을 준다. 이를테면, PLC 기능(그리고 CODESYS, Controller Development System)을 갖춘 일부 HMI는 이제 원격 I/O 연결을 지원한다.

자동화된 기계와 설비는 원격 센서와 동작 축, 스위치, 작동 장치, 생산 데이터에 의존한다. 이러한 주변 데이터 노드에 입력 수집과 출력 전송을 하는 것이 I/O 모듈이다. 일반적으로 원격 I/O(RIO나 RI/O라고도 함)는 필드 장치의 신호를 수집하여 PLC 또는 PLC가 장착된 랙, PAC, PC 외에 다른 제어 장치로 피드백하는 독립형 하드웨어의 형태를 가진다. 그러나 새로운 HMI 하드웨어는 컨트롤러 기능을 통합하고 원격 I/O 모듈과 직접 연결하여 통합을 단순화한다.

1. 리모트 I/O의 기본-Weintek

원격 I/O 모듈은 시스템 제어와 모니터링을 위한 비용 효율적인 하드웨어이다. 대부분은 위험한 지역에서도 작동한다. 그리고 통신을 실행하고 중앙 컨트롤러와 데이터를 주고받는 기본 처리 기능이 있다.

컨트롤러는 차례로 데이터를 받아들여 더 높은 수준의 애플리케이션 소프트웨어를 실행한다.
원격 I/O는 작업장과의 연결을 더 가깝게 해주어, 배선과 그와 관련된 노동을 최소화하여 불가능했던 설치를 가능하게 해준다. 실제로 광범위한 I/O 노드나 확장된 물리적 레이아웃이 있는 시스템으로 작업을 확장할 때 종종 원격 I/O가 필요하다. 원격 I/O 시스템은 HMI와 소프트웨어를 통합하여 분산된 시스템 설계(여러 프레임에 시스템을 구축하는 경우)를 지원한다. 일부 원격 I/O 모듈 어셈블리는 로컬 I/O보다 훨씬 빠르게 실행된다. 간편한 확장을 위한 원격 I/O 소프트웨어와 빠른 연결 하드웨어는 성장이 필요한 작업에 투입된다.

대부분, 원격 I/O 설치에는 버스 커플러가 달린 DIN 레일 장착 모듈이 포함된다. 이 어셈블리는 컨트롤러에 연결되어 기계적 접점, 밸브 포지셔너, 유량과 압력 트랜스듀서, 온도 트랜스미터, 4~20mA 장치, 서모커플, 시각과 청각 안전 신호 장치, 심지어 전기 모터, 펌프 그리고 팬을 구동하는 드라이브와 신호를 공유한다.

원격 I/O가 케이블로 컨트롤에 직접 연결되는 모듈의 경우 구성과 진단, 정상 작동과 관련된 데이터 처리가 빠르고 안전하다. 보통 원격 I/O는 모든 I/O 신호를 수집하는 단일 프로세서를 사용한다. 어떤 경우에 필드버스(Fieldbus)가 필요할까? 예를 들어, 원격 I/O는 모든 I/O 신호를 수집하는 분산된 I/O(일반적으로 하나의 작업에 여러 섹션과 물리적으로 분산된 버스 연결 I/O 카드를 제어하는 다중 프로세서를 포함한다) 인터페이스가 하드웨어에 미리 통합되었다.

반면에 설계 엔지니어는 모듈식 I/O로 여러 옵션을 선택할 수 있다. 형식에 상관없이 개방형 필드버스 인터페이스는 독점적인 인터페이스보다 높은 유연성을 제공한다(이는 호환되는 시스템과 필드 구성 요소의 수를 제한할 수 있음). Weintek Ethernet MODBUS 커플러 사례는 확산 이더넷 장치와 데이지 체인 방식으로 연결하며, 직렬 포트의 마지막 이더넷 포트를 진단 포트로 사용한다. 소프트웨어 바탕의 (부드러운) PLC가 유연성을 제공한다.

또한 이러한 컨트롤러는 원격 I/O 사용을 더욱 촉진하고 경우에 따라 로컬 랙 장착형 PLC와 I/O를 대체한다.

2. 컨트롤러 HMI(PLC 기능이 있는 cMT)와 I/O가 있는 버스 커플러

Weintek의 cMT 컨트롤러 HMI는 고성능 운영 체제를 실행한다. 이것은 네트워크를 위해 원격 I/O 모듈과 Weintek의 MODBUS TCP/IP, CANopen 커플러를 사용한다. cMT HMI에는 이중 프로세서가 있다. 하나는 HMI 기능을 위한 것이고 다른 하나는 소프트 PLC용이다.

HMI 로직에는 Weintek의 cMT HMI가 포함되어 원격 모니터링과 기타 다양한 기능을 사용할 수 있다. 제어 로직은 오픈 소스 프로그래밍을 위한 IEC 61131-3을 준수하며 내결함성과 전용 시스템 메모리, 처리 능력, 기타 리소스가 있는 성능 실시간 시스템으로 작동한다.

제어 논리는 실시간 운영 시스템에서 실행되어 실시간 성능을 보장한다. HMI 로직과 제어 로직은 다음과 같이 처리된다.
저장 장치 공간과 프로세스 제어 기능을 갖추고 있기 때문에 별도의 장치를 사용하지 않아도 된다. 과도한 처리 수요로 인해 다른 프로세스에 영향을 미치지 않는다. 이는 HMI 로직이 일괄 처리, 데이터 수집과 디스플레이 처리를 돕는 반면 제어 로직이 고효율 실시간 운영 시스템을 유지한다는 것을 의미한다.

Weintek 디자인은 비대칭 다중 처리(AMP) 아키텍처를 실행한다. 오늘날의 대다수의 컴퓨터(CPU의 모든 코어에서 Windows와 같은 단일 OS를 실행)에서 볼 수 있는 대칭형 멀티 프로세싱(SMP)과 달리, AMP는 Weintek이 하나의 CPU 칩에서 다양한 OS 조합을 사용하게 한다. 이것은 하나의 코어에서 실행되는 하나의 범용 HMI 로직과 다른 코어에서 하나의 실시간 제어 로직을 가능하게 한다. 게다가, 시스템은 별도의 장치로 처리할 수 있으므로, 둘 다 연결할 수 있는 각각의 이더넷 포트가 있다. 따라서 사용자는 두 개의 RJ45 케이블이 필요하다.

자동화 네트워크를 위한 또 다른 방법으로 버스 통신 시스템이 있다. 많은 설비에서 내부 시스템 구성 요소를 연결하는 내부 버스(iBus나, 메모리 버스, (독립 실행형 하드웨어가 있는 설비에서) 로컬 버스라도고 한다)가 필요하다. 아래에 4가지 버전의 Weintek iR-시리즈 iBus의 사양이 나와 있다.

후자는 느리게 하나하나씩 SPI와 커플러를 직렬 연결하므로 버스 모듈은 경쟁 제품보다 속도가 더 빠르다. 대조적으로, iR-시리즈 iBus에서 커플러로의 병렬 I/O 연결은 비용이 많이 들지 않고 효율적이다. 이러한 제품은 잡음 저항이 강하다.

3. Soft PLC로 제어 (HMI)

Soft PLC는 컴퓨터에서 실시간 작업을 실행하는 소프트웨어 프로그램으로, 일반적으로 기존의 PLC와 관련하여 멀티태스킹한다. 여기서 가장 중요한 것은 네트워크와 데이터 처리와 계산 기능을 갖춘 I/O, 이산(discrete), PID 제어이다.

Soft PLC 기능을 갖춘 Weintek cMT+CODESYS 컨트롤러 HMI는 프로그램을 신뢰성과 결정성 있게 실행한다. 속도 측면에서, 메모리에서 정보를 로드하기 위한 LoaD(LD) 명령어의 실행과 피연산자에서 레지스터로 정보를 이동시키는 MOVe (MOV) 명령어는 기존의 산업용 PLC와 유사하다.

별도의 PLC를 생략하면 더욱 간결한 설계가 가능하다. 컨트롤러 HMI의 전용 디스플레이 로직과 전용 컨트롤 로직 사이에는 내부 통신 기능이 있어 데이터를 빠르게 표시하고 디스플레이에서 직접 컨트롤을 모니터링할 수 있다.

물론 Soft PLC는 이더넷와 I/O, COM 그리고 기타 연결 모드뿐만 아니라 충분한 프로세싱과 메모리 용량을 갖춘 적합한 하드웨어로 구현해야 한다. 또한 프로그래밍이 필요하다.
이 기사의 마지막 부분에는, Weintek HMI+PLC 프로그램에 CODESYS 프로젝트를 생성하고 다운로드하는 방법을 공유하고자 한다. 즉, Soft PLC에서 실행중인 프로젝트를 모니터링, EBPro로 PLC 정보를 시각화할 수 있다.

4. HMI+PLC 구성 요소에서의 CODESYS와 그 적용

CODESYS는 선도적인 IEC 61131-3 프로그래밍 도구이다. CODESYS는 사다리 다이어그램(ladder-diagram)과 함수 블록 다이어그램, 순차 함수 차트, 명령 리스트, 구조화된 텍스트를 기초로 하는 61131-3의 5가지 프로그래밍 언어를 지원하므로 널리 사용된다. CODESYS 출력은 일반적인 프로세서의 기계어 코드이므로 해석된 코드를 기초로 하는 것보다 빠르고 안정적인 제어가 가능하다.

실제로 CODESYS는 검증되고 사용하기 쉬운 IEC 61131-3 플랫폼이다. 개방 표준은 프로그램할 수 있는 로직 컨트롤러(PLC) 설정을 위해 작동한다. 프로그래밍 환경은 공장과 에너지, 프로세스, 모바일, 임베디드, 빌딩 자동화를 위한 검증된 코드를 생성한다. 데이터 모니터링, 스캐닝, 추적, 디버깅 기능과 다양한 애드온 모듈(add-on module)과 라이브러리가 있다. 또한 서브 버전과 버전 제어가 있으며 MATLAB 통합도 가능하다.

IEC 61131-3과 CODESYS는 시스템 프로그래머가 프로젝트에 프로그래밍 언어를 혼합해주므로 코드 최적화가 가능하다. 따라서 프로그래머는 구조화된 텍스트와 함께 기본적인 상호의존적인 기계 기능을 위해 사다리 다이어그램 논리를 사용하여 더 복잡한 보간 작업을 실행할 수 있다.

5. EasyBuilder Pro 프로그래밍 언어(EBPro)

CODESYS가 내장된 Weintek cMT HMI를 통해 사용자는 EasyBuilder Pro(EBPro)를 사용하여 프로젝트를 시각화한다. 이것은 제조업체의 자체 프로그래밍 도구이다. cMT는 수십 개의 제조업체에서 나온 수백 개의 PLC와 통신한다.

cMT는 수십 개의 제조업체와 수백 대의 PLC나 장치와 통신하므로 서로 다른 시스템 간에 끊김 없는 데이터 교환이 가능하다. 또한 cMT는 바코드 리더나 이더넷 프린터와 같은 편리한 구성 요소와 직접 연결되어 여러 구성 요소를 통합할 때 혼란을 없애준다. cMT는 MQTT와 OPC UA를 비롯한 다양한 IIoT 프로토콜을 실행한다. cMT Viewer와 VNC를 통한 원격 모니터링은 Wi-Fi 연결에서도 빠르고 쉽다.

EasyBuilder Pro는 CODESYS에서 가져온 코드를 어떻게 받아들일까?

사용자는 CODESYS 프로젝트의 심볼 구성을 XML 파일로 내보내야 한다. 그런 다음 사용자는 XML 파일을 EBPro로 가져와 버튼과 램프와 같은 다른 화면 구성 요소에 할당할 기호(태그)를 부여한다.
cMT HMI 로직은 기존의 설정에서 RJ-45 와이어를 통한 것보다 훨씬 빠르고 간단하게 내부 네트워크 통신으로 제어 로직과 인터페이스한다. cMT HMI 로직은 CODESYS 프로그램 상태 모니터링도 할 수 있다.

별도의 장치로 취급되지만, 사용자는 HMI에서 제어 논리를 모니터링할 수도 있다. 게다가 기본 옵션이므로 사용자가 작업 수행 프로젝트를 설계할 필요도 없다.
Weintek은 새로운 IIoT 시대의 실용적인 HMI 솔루션을 개발, 설계, 제조한다. Weintek LAB의 임무는 산업 자동화를 이끄는 고품질의 맞춤형 HMI 솔루션을 제공하는 것이다.

자료 제공: Weintek(www.weintekusa.com)