HMI vs. PLC: Rollen, Unterschiede und Kauftipps

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A programmable logic controller (PLC) executes the logic that controls a machine or process. A human-machine interface (HMI) lets operators view operating information and send commands or settings to that control system.

In einer typischen PLC-basierten Maschine bestimmt der PLC, wie die Ausrüstung reagiert, während der HMI die Arbeitsschnittstelle des Bedieners bereitstellt. OMRONs PLC-Einführung Und programmierbare Terminalführung Erklären Sie diese komplementären Rollen.

Für Ingenieure, Systemintegratoren und Einkäufer stellt sich die praktische Frage, welche Steuerungs- und Bedienfunktionen die Anwendung benötigt – und welche Produkte diese zusammen liefern können. Dieser Leitfaden behandelt normale Industriebedienfelder und SPS, einschließlich Panels mit integriertem Controller.

HMI vs. PLC: Die Hauptunterschiede

Vergleich	Bediengerät	SPS
Hauptverantwortung	Präsentieren Sie Betriebsinformationen und akzeptieren Sie Bedienereingaben	Führen Sie Maschinen- oder Prozesssteuerungslogik aus
Typische Aufgaben	Bildschirme, Statusanzeigen, Bedienbefehle und Alarmdarstellung	Abläufe, Timer, Zählungen und Entscheidungen basierend auf Eingaben
Verbindung zum Prozess	Tauscht normalerweise Daten mit einem Controller oder einem anderen unterstützten Gerät aus	Verwendet lokale oder Remote-Eingabe/Ausgabe (I/O) und industrielle Kommunikation
Ingenieursarbeit	Entwerfen Sie Bildschirme und verbinden Sie Objekte mit Adressen oder benannten Variablen	Entwickeln Sie das Steuerungsprogramm und konfigurieren Sie Hardware und I/O
Timing-Überlegungen	Kommunikations- und Anzeigeaktualisierungen wirken sich auf das aus, was der Bediener sieht	Die Aufgabenausführung und die I/O-Reaktion wirken sich auf das Geräteverhalten aus
Primäre Kauffrage	Können Bediener sehen und tun, was ihre Arbeit erfordert?	Kann der Controller die erforderlichen Steuerungsaufgaben übernehmen und die Signale verarbeiten?

Beim PLC-Timing geht es um mehr als nur die Prozessorgeschwindigkeit: Programmausführung, I/O-Updates und andere Verarbeitungen tragen zur Reaktionszeit bei. Unterschiedliche Controller unterstützen auch unterschiedliche Aufgabenanordnungen. Ein reaktionsfähiger HMI-Bildschirm stellt daher nicht fest, ob ein Steuerungssystem die Timing-Anforderungen einer Maschine erfüllt. OMRONs Erklärung der PLC-Zykluszeit und Interrupt-Tasks beschreibt diese Unterscheidungen.

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Wie ein HMI und ein PLC zusammenarbeiten

Betrachten Sie eine Anschauliche Förderbandanwendung mit einstellbarer Geschwindigkeitseinstellung:

Ein Bediener gibt eine gewünschte Geschwindigkeit ein und drückt auf „Start“. Bediengerät.
Der HMI sendet die angeforderten Werte über den konfigurierten Kommunikationstreiber an den PLC.
Das Programm PLC prüft die Betriebsart, den zulässigen Bereich und die Prozessbedingungen, bevor es den entsprechenden Fahrbefehl erteilt.
Der HMI zeigt den resultierenden Maschinenstatus und verfügbare Rückmeldungen an.

Bei der angeforderten Geschwindigkeit und der tatsächlichen Geschwindigkeit handelt es sich um unterschiedliche Angaben. Für die tatsächliche Geschwindigkeit ist eine geeignete Rückkopplungsquelle erforderlich. Durch die Anzeige des angeforderten Werts mit der Bezeichnung „Tatsächliche Geschwindigkeit“ würde kein Wert erstellt. Ebenso ist ein Farbwechsel der Starttaste kein Beweis dafür, dass das Förderband läuft.

Achten Sie bei dieser Art von Design darauf, dass Befehlsanfragen, akzeptierte Einstellungen und Geräte-Feedback klar unterscheidbar sind. Das Beispiel verdeutlicht die Aufteilung der Verantwortlichkeiten; Es handelt sich nicht um einen Schaltplan oder eine Anleitung zur Inbetriebnahme.

Der Nothalt erfordert ein eigenes Sicherheitskonzept. Gehen Sie nicht davon aus, dass ein Standard-PLC oder eine Stopptaste auf dem Bildschirm ein sicherheitsbewertetes System darstellt. Beispielsweise erfordert das Hardware-Handbuch LT-4201TM/4301TM von Pro-face Not-Aus- und Sicherheitsschaltkreise außerhalb des Gerätebetriebs sowie separate Hardware für wichtige Schaltvorgänge. Wenden Sie die Sicherheitsanforderungen für die tatsächliche Maschine und Ausrüstung an. Pro-face Hardware-Handbuch, S. 8.

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Benötigen Sie einen PLC, einen HMI oder beides?

Wählen Sie die Architektur aus der Arbeit aus, die das System leisten muss:

PLC mit einfachen Bedienelementen: Eine Maschine mit einer festen Reihenfolge und wenigen Bedieneroptionen kann geeignete physische Bedienelemente und Anzeigen ohne eine spezielle grafische HMI verwenden. Berücksichtigen Sie die notwendigen Bedien- und Diagnosezugänge bei der Planung.
Separate PLC und HMI: Diese Anordnung eignet sich für Anwendungen, die eine automatische Steuerung sowie zugängliche Einstellungen, Betriebsinformationen und Diagnosen erfordern. Außerdem können Sie die Controller-Kapazität und die Schnittstellenanforderungen separat bewerten.
HMI verbunden mit einem vorhandenen Controller: Wenn eine Maschine bereits über ausreichende Steuerungsmöglichkeiten verfügt, sind zur Verbesserung des Bedienerzugriffs möglicherweise ein HMI-Projekt und eine unterstützte Verbindung erforderlich. Überprüfen Sie zunächst, welche Daten und Befehle der vorhandene Controller bereitstellt.
Integrierter HMI und PLC: Einige Produkte kombinieren Visualisierung mit einer tatsächlichen Controller-Laufzeit. Überprüfen Sie die Steuerungsfähigkeit, I/O System- und Softwareanforderungen der gesamten Konfiguration.

Beispielsweise kombiniert die CODESYS-Lösung von Weintek unterstützte HMI-Hardware mit einer SoftPLC-Umgebung und beschreibt separate Anzeige- und Steuerungsbetriebssysteme. Die Skriptfähigkeit von HMI allein führt nicht zu einer gleichwertigen Fähigkeit von PLC. Überprüfen Sie das genaue Modell, die Laufzeit und die Lizenzanforderungen, bevor Sie sich für ein integriertes Gerät entscheiden. Weintek CODESYS Broschüre, S. 1–4.

Als Kompromiss beim Kauf kann integrierte Ausrüstung die Anzahl separater Geräte reduzieren, während separate Einheiten mehr Freiheit bieten können, das Display oder den Controller unabhängig voneinander zu ändern. Vergleichen Sie das tatsächliche Austauschverfahren: Eine integrierte Einheit verfügt möglicherweise immer noch über trennbare Module, und separate Produkte erfordern immer noch kompatible Projekte und Kommunikation.

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Kauftipps: Was Sie vor der Bestellung bestätigen sollten

1. Definieren Sie die Kontrollanforderungen, bevor Sie sich für einen PLC entscheiden

Bereiten Sie eine I/O-Liste vor, in der die Funktion, die elektrischen Eigenschaften und die erforderliche Reaktion jedes Signals aufgeführt sind. Eine Gesamtpunktzahl ist nur der Ausgangspunkt. Diskrete Eingänge, analoge Messungen und schnelle Impulssignale stellen unterschiedliche Anforderungen; Ausgangstyp und Lasteigenschaften sind ebenfalls wichtig. OMRON’s Technische Einführung PLC unterscheidet diese Signalkategorien.

Anschließend dokumentieren Sie die erforderlichen Abläufe, Regelkreise, Zähl- oder Bewegungsfunktionen, Kommunikation und geplante Erweiterungen. Ermitteln Sie anhand der ausgewählten CPU- und Modulhandbücher, ob die Konfiguration diese unterstützt. Berücksichtigen Sie bei der Beurteilung eines Ersatzes die technische Software und den Zugriff auf das vorhandene Programm.

2. Wählen Sie HMI rund um Bedieneraufgaben und deren Installation aus

Listen Sie die Informationen auf, die Bediener während der Inbetriebnahme, der normalen Produktion, einer Umstellung und einer Störung benötigen. Entscheiden Sie, ob das Projekt Trends, Alarmhistorie, Rezeptverwaltung, mehrere Sprachen oder Benutzerberechtigungen benötigt, und überprüfen Sie diese Funktionen dann auf dem genauen Panel und der Softwareversion.

Die Bildschirmgröße allein reicht nicht aus. Überprüfen Sie die nutzbare Auflösung, die Lesbarkeit am Einbauort, die Touch-Bedienung unter den erwarteten Bedingungen, den Montageausschnitt, die Einbautiefe und den Versorgungsbedarf. Vergleichen Sie die Umweltbewertungen beider Geräte mit ihren tatsächlichen Installationsbedingungen. OMRON’s Installationsanleitung für das Bedienfeld identifiziert Temperatur, Feuchtigkeit, Vibration und elektrisches Rauschen als Designaspekte und weist Benutzer auf individuelle Gerätespezifikationen hin.

3. Überprüfen Sie den vollständigen Kommunikationspfad

Zwei Ethernet-Ports stellen keine Kompatibilität her. Identifizieren Sie den unterstützten HMI-Treiber, die PLC-Schnittstelle, die Protokollkonfiguration und die Datenzugriffsmethode.

Überprüfen	Informationen zur Bestätigung
Genaue Ausstattung	Vollständige HMI- und PLC-Modellnummern, relevante Kommunikationsmodule und Firmware
Physische Verbindung	Ethernet- oder serielle Schnittstelle; für serielle Verbindungen die dokumentierte Pinbelegung und Kommunikationseinstellungen
Protokoll und Treiber	Der HMI-Treiber deckt explizit die vorgesehene PLC-Familie und Verbindungsmethode ab
Datenzuordnung	Erforderliche Adressen oder Tags, Datentypen, Lese-/Schreibzugriff und etwaige Treibereinschränkungen
Softwareunterstützung	Engineering-Softwareversionen, unterstützte Projektimportmethoden und erforderliche Optionen
Betriebskapazität	Verfügbare Verbindungen und akzeptable Update-Leistung bei der vorgesehenen Datenlast

Weintek’s Mitsubishi FX5U – Binärmodus (Ethernet) Der Verbindungsleitfaden spezifiziert beispielsweise MC Protocol und binäre Kommunikationseinstellungen und dokumentiert dann Geräteadressen und Tag-Importbeschränkungen. Diese Details sind nützlicher als eine allgemeine Behauptung der „Mitsubishi-Kompatibilität“. Sie beschreiben diesen Treiber und die Verbindungsmethode; Sie sollten nicht auf alle Mitsubishi PLC angewendet werden. Weintek-Verbindungsanleitung, PDF, S. 1–4 und 9.

Die Verwendung derselben Marke kann einige technische Arbeiten vereinfachen und dennoch die Kombination überprüfen. Für eine Verbindung, die bereits fehlschlägt, Kwoco Kommunikationscheckliste PLC und HMI bietet einen detaillierteren Untersuchungspfad.

4. Sichern Sie die Projekte und Wiederherstellungsanforderungen

Besorgen Sie sich vor dem Kauf eines Ersatzes das verfügbare PLC-Programm, das HMI-Quellprojekt, relevante Einstellungen, Softwareversionen und autorisierte Zugangsdaten. Stellen Sie fest, welche Dateien tatsächlich geöffnet, bearbeitet und auf die vorgeschlagene Hardware übertragen werden können.

Eine hochgeladene Laufzeitdatei ist nicht automatisch ein bearbeitbares Quellprojekt. In der EasyBuilder Pro-Dokumentation von Weintek werden beispielsweise separate Steuerelemente beschrieben, die eine Dekompilierung verhindern oder das Hochladen von Projekten verhindern können. Ein funktionierendes Panel garantiert daher nicht, dass sein bearbeitbares Projekt wiederhergestellt werden kann. EasyBuilder Pro V6.10.01, Kapitel 30, Abschnitte 30.2–30.4.

Wenn keine Quelldateien verfügbar sind, identifizieren Sie die Rekonstruktionsarbeiten, bevor Sie die Ersatzpreise vergleichen. Fügen Sie einen Sicherungs- und Wiederherstellungsplan hinzu, bevor Sie Konfigurationsänderungen vornehmen.

5. Definieren Sie, was passiert, wenn HMI oder die Verbindung fehlschlägt

Ein PLC kann ein Steuerungsprogramm ohne grafische Oberfläche ausführen, das Verhalten einer bestimmten Maschine hängt jedoch von ihrem Design ab. Der Verlust des HMI kann dazu führen, dass Bedienerbefehle, Einstellungen oder Sichtbarkeit verloren gehen und das Programm möglicherweise absichtlich auf einen Kommunikationsverlust reagiert.

Geben Sie die erforderliche Reaktion, wesentliche Kontrollen und Wiederherstellungsbedingungen an. Gehen Sie nicht davon aus, dass ein dunkler oder nicht reagierender Bildschirm bedeutet, dass das Gerät angehalten hat. Das GOT2000-Hardwarehandbuch von Mitsubishi Electric warnt vor Fehlerauswirkungen und fordert, dass wichtige Vorgänge über Steuerungen auf einem anderen Gerät möglich bleiben, wenn Kommunikationsfehler das GOT deaktivieren. GOT2000 Hardware-Handbuch, Sicherheitsvorkehrungen, S. 1–2.

Lassen Sie die implementierte Reaktion im Rahmen des genehmigten Validierungsverfahrens der Maschine von qualifiziertem Personal überprüfen. Das Trennen einer Live-Produktionsschnittstelle ist kein allgemeiner Test.

Häufig gestellte Fragen

Kann ein HMI mit mehreren PLCs kommunizieren?

Ja, bei Produkten, die die erforderlichen Verbindungen unterstützen. Das Handbuch zum programmierbaren Terminal von OMRON beschreibt den Zugriff auf mehrere registrierte PLC-Hosts. Bestätigen Sie die genauen Geräte- und Treibergrenzen des HMI, die Verbindungskapazität jedes PLC und die erforderliche Aktualisierungsleistung. Die Unterstützung eines PLC stellt keine Unterstützung für das gesamte vorgeschlagene Netzwerk dar. Leitfaden zum programmierbaren Terminal OMRON, „Direktzugriffsmethode“.

Verwenden HMI- und PLC-Projekte dieselbe Programmiersoftware?

Das hängt von der Produktplattform ab. Einige Umgebungen integrieren beide Engineering-Aufgaben; andere verwenden separate Anwendungen. Für die CODESYS-Lösung von Weintek identifiziert der Hersteller CODESYS für die Steuerungsentwicklung und EasyBuilder Pro für HMI-Grafiken. Bestätigen Sie sowohl Toolchains als auch Versionen, wenn Sie Projektdateien anfordern oder eine Migration bepreisen. Weintek CODESYS Broschüre.

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Vergleichen Sie die Kosten eines funktionierenden Systems

Fordern Sie ein Angebot an, in dem Hardware, I/O und Kommunikationszubehör, Engineering-Software, Laufzeitoptionen und die für die Wiederherstellung oder Migration der Anwendung erforderlichen Arbeiten aufgeführt sind. Legen Sie außerdem fest, wer es in Betrieb nimmt, Backups verwaltet und zukünftige Änderungen unterstützt.

Es gibt keine allgemeingültige Regel, dass ein HMI weniger kostet als ein PLC oder dass eine integrierte Einheit immer günstiger ist. Vergleichen Sie Konfigurationen, die die gleichen Anforderungen erfüllen. Ein niedrigerer Komponentenpreis kann mit zusätzlichen Projektumwandlungs-, Panelmodifikations- oder Validierungsarbeiten verbunden sein.

Für eine Beschaffungsanfrage, Kontaktieren Sie Kwoco mit den vollständigen PLC- und HMI-Modellnummern, der Kommunikationsmethode, den erforderlichen Funktionen und ob Projektsicherungen verfügbar sind. Geben Sie bei Ersatz den Schalttafelausschnitt und relevante Moduldetails an, damit sich die Anfrage auf die vollständige Konfiguration bezieht.

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