HMI コントロール パネルの設計とベスト プラクティス

概要: HMI コントロール パネルの実際の機能

ヒューマン マシン インターフェイス (HMI) コントロール パネルは、産業機械の監視、制御、診断に使用される自動化システムのオペレータ側の部分です。実際には、視覚化 (画面/LED)、制御入力 (ボタン、スイッチ、タッチ)、通信 (イーサネット、フィールドバス)、および安全インターロックが単一の保守可能なキャビネットまたはオペレーター コンソールに統合されます。この記事では、コンポーネントの選択、配線と接地、画面レイアウト、PLC/ドライブとの統合、実際のトラブルシューティング手順など、実用的な設計上の選択に焦点を当てています。

主要なコンポーネントと実際的な選択基準

コンポーネントの選択は、ブランドではなく、電気要件と環境要件の一致を重視します。代替品を比較する場合、以下の各コンポーネントには、動作電圧、侵入保護 (IP) 定格、通信プロトコル、および MTBF が含まれます。

必須のハードウェアと確認事項

• HMI ディスプレイ: 必要な情報密度のための画面サイズ、周囲光に対する画面の明るさ (cd/m²)、タッチ タイプ (抵抗性と容量性)、および取り付けの深さを確認します。
• PLC/コントローラ: 十分な I/O 数と予備容量 (20 ～ 30% の予備 I/O を推奨)、制御ループと互換性のあるサイクル タイム、および HMI のネイティブ プロトコル サポートを確保します。
• 入力デバイス: システム電圧に定格され、適切な機械的耐久性 (サイクル定格) を備えた工業用押しボタン、セレクター スイッチ、および非常停止。
• 通信モジュール: 高帯域幅が必要な場合は、Ethernet/IP または PROFINET を優先します。長距離または改造シナリオには RS-485/Modbus RTU を使用してください。
• 電源と UPS: ピーク突入電流に対応したサイズの DIN レール電源を選択し、安全な HMI シャットダウンまたは重大なアラームのために小型 UPS を選択します。

効果的な HMI 画面の設計: ユーザビリティの安全性

適切に設計された画面により、オペレーターのエラーが減り、応答時間が短縮されます。明確な階層、ステータスのみの色の使用 (装飾的な色は避ける)、予測可能なナビゲーションに重点を置きます。各画面には、オペレータのタスクに必要な情報 (アラーム、重要な設定値、即時のアクション) のみが表示され、診断に簡単にアクセスできるようにする必要があります。

レイアウトとインタラクションのルール

• 主要なステータス領域: 重要な値 (温度、圧力、モーターの状態) を左上の象限に配置します。これは目が最も早く見つけられる領域です。
• アラーム処理: タイムスタンプ、重大度の並べ替え、ワンクリック承認を備えた単一のアラーム リストを使用します。点滅するビジュアルだけに頼るのではなく、重大度ごとに設定可能な音声フィードバックを含めます。
• 確認パターン: 重要な設定値の変更には 2 段階の確認が必要で、オペレーター、時間、以前の値の監査証跡エントリが含まれます。

配線、接地、およびキャビネットのレイアウトのベスト プラクティス

正しい配線と接地により、ノイズ、断続的な障害、フィールドバスエラーが防止されます。電源ケーブルと信号ケーブルに別々の配線を使用し、必要な沿面距離を維持し、入口点の近くにサージ保護を配置します。明確な配線計画により、試運転やメンテナンスの時間を節約できます。

実際の配線チェックリスト

• AC 主電源、DC 電源、および低電圧信号ケーブルは、可能な場合は接地された金属パーティションを備えた別のケーブル ダクトに分離してください。
• 差動信号にはシールド付きツイストペアを使用します。シールドは一端のみでキャビネットのアースに終端してください (メーカーのガイドラインは異なる場合があります)。
• 接地: すべての機器のアースを単一点接地バーに接続します。低インピーダンス経路を検証し、対接地抵抗の測定値を文書化します。

PLC、ドライブ、ネットワークとの統合

多くの場合、統合はプロジェクトの中で最も時間がかかる部分です。タグを早期にマッピングし、命名規則を標準化し、データ レートを制限して、高速な過渡ポイントによる HMI の飽和を回避します。計画的に PLC を再起動し、ネットワーク遅延をシミュレートして、ネットワークの回復力をテストします。

タグとデータ戦略

• 構造化されたタグ命名を使用します。 エリア_マシン_デバイスポイント 衝突を回避し、診断を簡素化します。
• HMI への高周波信号のポーリングを最小限に抑えます。 PLC に制御ループを処理させ、要約された値のみをディスプレイにプッシュします。

安全性、規格、規制に関する考慮事項

HMI コントロール パネルは、適用される国内および国際規格、つまり電気規格 (IEC/UL)、安全 PLC および非常停止用の機能安全 (IEC 61508/ISO 13849)、および電磁適合性 (EMC) 規格に準拠する必要があります。安全性の役割、必要な SIL/PLe レベル、および診断範囲を設計の初期段階で文書化します。

トラブルシューティング、診断、予防保守

診断ポイントとメンテナンス ルーチンを設計することで、ダウンタイムが削減されます。 HMI からアクセスできるセルフテスト ルーチン、エラー コードのクリア、段階的な回復アクションが含まれます。

一般的な障害とその切り分け方法

• 通信ドロップアウト: 最初に物理リンク (LED、ケーブルの導通)、次にネットワーク構成 (IP 競合、スイッチ VLAN)、次に PLC ステータスをチェックします。
• 断続的なタッチ応答: タッチ コントローラーのファームウェアを確認し、ノイズの多い電源または EMI 源を検査し、校正された入力ツールを使用してテストします。
• フリーズ画面: ウォッチドッグが HMI と PLC の両方に存在することを確認します。重要なデータを保存し、イベントをログに記録するソフト リスタート アクションを追加します。

HMIコントロールパネルの仕様比較

小規模、中規模、および重工業用途向けの一般的な HMI パネル構築オプションを比較するためのコンパクトな表。

導入チェックリスト (試運転前)

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