Panel HMI z wbudowanym sterownikiem PLC to jedno urządzenie, w którym ekran dotykowy operatora i sterownik z wejściami i wyjściami pracują w jednej obudowie. W serii IDEC SmartAXIS Touch są dwa takie modele: FT1J z ekranem 4,3 cala i 12 lub 14 I/O oraz FT2J z ekranem 7 cali i 22 I/O. Poza ekranem i liczbą wejść i wyjść mają te same funkcje: dwa procesory, Modbus, Ethernet, porty szeregowe, rozszerzenia I/O w postaci kartridży i programowanie w języku drabinkowym.
Poniżej zbieramy to, co pokazaliśmy w filmie: różnice między FT1J a FT2J, część sterownikową, komunikację, demo z Modbus RTU i krok po kroku, jak połączyć wbudowany PLC z ekranem panelu. Na końcu odpowiadamy, kiedy sterownik PLC z panelem HMI w jednym ma sens, a kiedy lepiej postawić osobne urządzenia.
Czym jest panel HMI ze sterownikiem PLC
Klasyczny układ sterowania maszyny to dwa urządzenia: sterownik PLC w szafie i panel operatorski HMI na drzwiach szafy lub pulpicie. Panel wyświetla stany, przyciski i wartości zadane, a sterownik wykonuje logikę i steruje wyjściami. Łączy je kabel komunikacyjny (Ethernet albo RS485) i protokół, np. Modbus. Jeśli chcesz najpierw uporządkować podstawy, zajrzyj do wpisu Czym jest panel HMI i programowanie HMI.
Sterownik PLC z panelem HMI w jednym urządzeniu (często nazywany all-in-one albo PLC z panelem) usuwa to połączenie. Wizualizacja i program ladder trafiają do jednego projektu, a zmienne panelu i sterownika leżą w tej samej pamięci. Nie ma osobnego zasilania, osobnej szyny i konfiguracji drivera komunikacyjnego między HMI a PLC. Na rynku takie zintegrowane sterowniki oferuje kilku producentów (np. Unitronics, Fatek, Kinco), my w filmie testowaliśmy panele IDEC.
W filmie odwołujemy się do naszego wcześniejszego materiału o panelu IDEC HG2J. HG2J to sam panel operatorski bez sterownika, a FT2J to w zasadzie ten sam 7-calowy panel z dodanym PLC oraz wejściami i wyjściami.
IDEC FT1J vs FT2J - różnice między seriami
Różnice są dwie: wielkość ekranu i liczba wbudowanych wejść i wyjść. Oba modele są dostępne w wersji z wyjściami przekaźnikowymi lub tranzystorowymi, mają zaciski typu push-in (szybkie podłączenie przewodów bez śrubokręta do dokręcania) i te same funkcje oprogramowania.
| Parametr | IDEC FT1J | IDEC FT2J |
|---|---|---|
| Ekran | 4,3 cala, PCAP, 480 x 272 px | 7 cali, PCAP, 800 x 480 px |
| Wbudowane I/O | 12 (wersja przekaźnikowa) lub 14 (tranzystorowa) | 22 |
| Wejścia | 6 cyfrowych + 2 analogowe | 10 cyfrowych + 4 analogowe |
| Wyjścia | 4 przekaźnikowe albo 4 tranzystorowe + 2 analogowe | 8 przekaźnikowych albo 6 tranzystorowych + 2 analogowe |
| Sygnały analogowe | 0-10 V lub 4-20 mA, 12 bit | 0-10 V lub 4-20 mA, 12 bit |
| Rozszerzenia | do 2 kartridży I/O | do 2 kartridży I/O |
| Temperatura pracy | -20 do +55 °C | -20 do +55 °C |
| Ochrona frontu | IP66F / IP67F | IP66F / IP67F |
| Zasilanie | 24 V DC | 24 V DC |
Tabela zbiera dane z filmu i kart produktów IDEC. Rozkład wejść i wyjść zależy od konkretnej wersji (przekaźnikowa, tranzystorowa source lub sink), a w części wersji różni się też zestaw portów, dlatego przed zamówieniem sprawdź kartę konkretnego indeksu na stronie IDEC.
Architektura dwuprocesorowa
To, co wyróżnia te sterowniki panelowe, to dwa procesory. Jeden jest dedykowany funkcji PLC, drugi obsługuje panel HMI. Oba zadania działają niezależnie, więc ciężka wizualizacja z wieloma ekranami i grafiką nie wydłuża cyklu programu sterującego, a rozbudowana logika nie spowalnia odświeżania ekranu. W tanich urządzeniach typu PLC z HMI na jednym procesorze bywa z tym różnie, dlatego warto o to pytać przy wyborze.
Odporność na warunki przemysłowe
Zakres temperatury pracy to -20 do +55 °C, a stopień ochrony od strony frontu to IP67F. Oznacza to pełną pyłoszczelność, odporność na chwilowe zanurzenie w wodzie, a litera F dodatkowo odporność na oleje. Panel można więc zamontować w drzwiach szafy na hali, gdzie jest pył, mycie wodą albo mgła olejowa.
Część sterownikowa: wejścia, wyjścia i rozszerzenia
FT1J ma 12 lub 14 wejść i wyjść, FT2J ma ich 22, zarówno cyfrowych, jak i analogowych. Wejścia analogowe przyjmują 0-10V lub 4-20mA z rozdzielczością 12 bitów, więc bez dodatkowych modułów podłączysz typowy przetwornik ciśnienia czy temperatury z wyjściem prądowym. Wyjścia analogowe w wersjach tranzystorowych wystarczą do zadania prędkości falownika napięciem 0-10 V.
Do obu modeli można dołożyć dwa kartridże rozszerzające z rodziny FC6A. W filmie pokazujemy warianty: 4 wejścia cyfrowe, 4 wyjścia cyfrowe, 2 wejścia analogowe albo 2 wyjścia analogowe. W ofercie IDEC jest też kartridż wejść termoparowych i rezystancyjnych (TC/RTD), czyli pod czujniki typu Pt100. Łącznie kartridże dodają do 8 cyfrowych i do 4 analogowych wejść i wyjść, co pozwala rozszerzyć mały sterownik bez osobnej szyny modułów.
Szybkie liczniki, PWM i regulatory PID
Sterownik ma 5 szybkich liczników HSC, w tym jeden dwufazowy (pod enkoder inkrementalny), oraz 4 szybkie wyjścia impulsowe i PWM w wersji tranzystorowej. Wystarczy to do pozycjonowania prostej osi silnikiem krokowym albo sterowania grzałką sygnałem PWM.
W filmie podajemy szybkość przetwarzania 100 µs na 1000 kroków programu. Biblioteka instrukcji ladder obejmuje 42 instrukcje podstawowe i 109 zaawansowanych, do tego możliwość uruchamiania skryptów. Są też regulatory PID z możliwością sterowania kaskadowego, przydatne w regulacji temperatury, przepływu i ciśnienia.
Komunikacja: Modbus, Ethernet, RS232 i RS485
Sterownik ma port Ethernet, porty szeregowe RS232 i RS485/422 oraz port USB. Jak na panel tej wielkości, możliwości komunikacyjne są bardzo szerokie:
- drivery do PLC innych producentów - poza własnym protokołem IDEC panel obsługuje jednocześnie trzy dodatkowe drivery komunikacyjne, do wyboru m.in. Siemens, Mitsubishi, Omron, Allen-Bradley, Keyence i Modbus (RTU i TCP),
- protokoły sieciowe niezależne od driverów - EtherNet/IP, BACnet/IP i MQTT, czyli wymiana danych z systemami SCADA, BMS i chmurą w duchu przemysłu 4.0,
- funkcje sieciowe i IoT - web serwer, FTP klient i serwer, wysyłanie e-maili, a nawet powiadomień do mediów społecznościowych,
- zdalny dostęp - podgląd i obsługa panelu przez sieć, przydatne przy serwisie maszyny u klienta.
Dzięki temu FT2J może być jednocześnie sterownikiem małej maszyny i bramką komunikacyjną: czyta rejestry falownika po RS485, a dane wystawia dalej przez Ethernet. Jeśli Modbus to dla ciebie nowość, zacznij od minikursu Modbus RTU i TCP albo przeglądu protokołu Modbus i jego zastosowań.
Panel dotykowy PCAP i urządzenia USB
Ekran jest dotykowy, pojemnościowy, w technologii PCAP, takiej samej jak w smartfonach. W praktyce widać to od razu: nie trzeba wciskać przycisku na ekranie, wystarczy przyłożyć palec i okno klawiatury numerycznej wyskakuje natychmiast. IDEC deklaruje też obsługę w cienkich rękawiczkach i odporność na przypadkowe dotknięcia kroplami wody. Panel może pracować w orientacji poziomej i pionowej, a od najnowszej wersji firmware można go obsługiwać myszką USB.
Port USB obsługuje pamięci flash, moduły Wi-Fi, głośniki, czytniki kodów kreskowych 1D i 2D, a nawet drukarki. Czytnik kodów podłączony bezpośrednio do panelu to częsty przypadek na halach produkcyjnych, np. przy identyfikacji partii albo zlecenia na stanowisku montażowym.
Demo: Modbus RTU z symulatorem falownika
W pierwszej części testu połączyliśmy panel IDEC po Modbus RTU z naszym symulatorem falownika Sinamics V20, który przygotowaliśmy w ControlByte do nauki komunikacji. Symulator pokazuje prędkość, statusy i log zdarzeń tak jak prawdziwy napęd, a panel odczytuje i zapisuje te same rejestry Modbus.
Przebieg testu:
- na panelu wpisujemy wartość zadaną (setpoint) 10 i naciskamy Start - wirtualny silnik rusza, a aktualna częstotliwość rośnie,
- podnosimy prędkość do 30 - zmieniają się słowo sterujące i słowo statusu, a w logu zdarzeń widać przyspieszenie,
- zmieniamy kierunek przyciskiem jazdy do tyłu - silnik zwalnia do zera i rusza w drugą stronę,
- Stop zatrzymuje napęd, a statusy Ready i Running przełączają się tak, jak na prawdziwym falowniku.
Ten sam scenariusz z fizycznym napędem i sterownikiem opisaliśmy we wpisie Połączenie falownika Sinamics V20 z PLC po Modbus RTU.
Jak połączyć panel HMI z wbudowanym PLC krok po kroku
Druga część filmu pokazuje to, czego nie dało się zrobić na HG2J: program dla wbudowanego sterownika i połączenie go z ekranem. Cel jest prosty: przycisk Start zapala lampkę Ready, po 1 sekundzie zapala się Running i gaśnie Ready, a Stop wszystko resetuje. Dodatkowo licznik zlicza starty maszyny.
Krok 1: adresowanie zmiennych przycisków i lampek
Wybierz przycisk Start na ekranie i w ustawieniu adresu (Destination Device Address) zmień urządzenie docelowe z Modbus na Control Device, czyli wbudowany sterownik. To ważne, bo panel HMI i PLC mają inną alokację pamięci. Jako typ urządzenia wybierz przekaźnik wewnętrzny (Internal Relay, M), nadaj adres i w edytorze tagów (Tag Editor) nazwij go, np. xStartBtn. Tak samo przypisz przycisk Stop (xStopBtn) i lampki: w Trigger Condition wybierz Control Device i nazwij je xReadyLed i xRunningLed. Dwa przyciski, dwie lampki i możesz przejść do programu.
Krok 2: program w języku drabinkowym
Edytor programu otwierasz z projektu panelu w zakładce Control Function Settings. Logika z filmu:
- styk NO przycisku Start ustawia (SET) bit pamięci xStartBit,
- styk xStartBit ustawia lampkę xReadyLed i uruchamia timer TML (odpowiednik timera TON z Siemensa) z nastawą 1 s i podstawą czasu w sekundach,
- po odliczeniu styk timera T0 ustawia xRunningLed i resetuje xReadyLed,
- styk NO przycisku Stop resetuje xStartBit i dla pewności wszystkie lampki,
- licznik dodający CNT C0 zlicza zbocza lampki Running z nastawą 5, a do resetu licznika przypięty jest przycisk Ack.
Gałęzie rozbudowujesz bez przepisywania warunków: linia pionowa albo Shift i strzałka w dół dodaje kolejną gałąź pod tym samym stykiem. Więcej przykładów takich sekwencji znajdziesz w artykule Język drabinkowy PLC - programowanie w LAD na przykładach.
Krok 3: test w symulatorze bez sprzętu
Program uruchamiasz w symulacji edytora ladder (WindLDR Simulation), a ekran w symulatorze panelu. Pod pole Actual Speed podpięliśmy jeszcze wartość licznika C0 z formatem liczby całkowitej (bez dwóch miejsc po przecinku), żeby widzieć liczbę startów maszyny. Wynik: Start zapala Ready, po sekundzie Running, Stop gasi lampki, a po piątym cyklu licznik się zeruje. Całość działa bez fizycznego panelu, więc projekt można przygotować i sprawdzić przy biurku.
Wymiana danych między wbudowanym sterownikiem a panelem sprowadza się do wskazania tego samego adresu w obu miejscach. Nie konfigurujesz drivera, adresu IP ani mapy rejestrów, co przy osobnym HMI i PLC zajmuje często więcej czasu niż sam ekran.
Kiedy wybrać HMI i PLC w jednym urządzeniu
Panel HMI ze sterownikiem PLC nie zastąpi każdego układu, ale w małych i średnich maszynach często upraszcza projekt. Porównanie z klasycznym podejściem:
| Kryterium | Panel HMI z wbudowanym PLC | Osobny PLC + panel HMI |
|---|---|---|
| Liczba urządzeń i okablowanie | jedno urządzenie, I/O na tylnej ściance | dwa urządzenia, kabel komunikacyjny, dwa zasilania |
| Projekt i zmienne | jeden projekt, wspólna pamięć | dwa projekty, mapowanie zmiennych przez protokół |
| Liczba I/O | kilkanaście do kilkudziesięciu punktów z kartridżami | praktycznie bez ograniczeń, moduły na szynie lub wyspy I/O |
| Miejsce w szafie | minimalne, często wystarczy skrzynka z panelem | potrzebna szyna DIN na PLC i moduły |
| Serwis i wymiana | awaria = wymiana całego urządzenia | wymieniasz tylko uszkodzony element |
| Typowe aplikacje | małe maszyny, pompownie, sterowanie grzaniem, stanowiska testowe | linie produkcyjne, rozproszone I/O, safety, wiele napędów |
Wybierz sterownik PLC z panelem w jednym, gdy:
- maszyna ma do kilkudziesięciu sygnałów i jedno miejsce obsługi,
- liczy się miejsce i koszt montażu, np. w małej szafce, pulpicie albo retroficie starej maszyny,
- potrzebujesz bramki komunikacyjnej: odczyt falowników, liczników energii czy czujników po Modbus i przekazanie danych dalej przez Ethernet lub MQTT,
- budujesz serię powtarzalnych maszyn, gdzie jeden projekt i jedno urządzenie skracają uruchomienie.
Postaw na osobny PLC i panel, gdy I/O jest dużo i są rozproszone po maszynie, potrzebujesz funkcji bezpieczeństwa, kilku paneli do jednego sterownika albo sterownik musi zostać w standardzie zakładu (np. Siemens S7-1200). Wtedy panel taki jak IDEC HG2J podłączysz do istniejącego PLC przez driver, a wbudowany sterownik nie jest potrzebny.
W Polsce dystrybutorem paneli i sterowników IDEC jest firma Comparta, sponsor odcinka.
Panel HMI z PLC - najczęściej zadawane pytania
Czym różni się IDEC FT1J od FT2J?
Wielkością ekranu i liczbą wbudowanych wejść i wyjść. FT1J ma ekran 4,3 cala i 12 lub 14 I/O, FT2J ekran 7 cali i 22 I/O. Pozostałe funkcje są wspólne: dwa procesory, ekran PCAP, Ethernet, RS232 i RS485, USB, do 2 kartridży rozszerzających i programowanie w ladder.
Czy panel HMI z wbudowanym PLC obsługuje Modbus?
Tak. FT1J i FT2J obsługują Modbus RTU po RS485 i Modbus TCP po Ethernecie, obok driverów do sterowników Siemens, Mitsubishi, Omron, Allen-Bradley i Keyence. W filmie panel odczytuje i zapisuje rejestry falownika po Modbus RTU.
Jak rozszerzyć liczbę wejść i wyjść w FT2J?
Przez kartridże FC6A wkładane w gniazda panelu, maksymalnie dwa. Do wyboru są kartridże wejść i wyjść cyfrowych, wejść i wyjść analogowych oraz wejść TC/RTD. Razem dodają do 8 cyfrowych i do 4 analogowych punktów I/O.
W czym programuje się sterownik w panelu IDEC?
Logikę pisze się w języku drabinkowym (ladder) w edytorze uruchamianym z projektu panelu, a ekrany tworzy w tym samym projekcie. Oprogramowanie IDEC Automation Organizer obejmuje edytor ladder WindLDR i edytor ekranów WindO/I-NV4, a oba mają symulatory, więc program sprawdzisz bez sprzętu.
Podsumowanie
IDEC FT1J i FT2J to panele HMI z wbudowanym PLC, które różnią się tylko ekranem (4,3 i 7 cali) oraz liczbą I/O (12/14 i 22). Dwa procesory, wejścia analogowe 0-10 V i 4-20 mA, szybkie liczniki, PID, Modbus, EtherNet/IP i MQTT sprawiają, że w małej maszynie zastąpią osobny sterownik, panel i bramkę komunikacyjną. Połączenie ekranu z programem sprowadza się do adresowania zmiennych w Control Device, co pokazaliśmy na przykładzie Start, Stop i licznika cykli.
Jeśli chcesz pewnie łączyć panele, sterowniki i falowniki po Modbus RTU, Modbus TCP i innych protokołach, sprawdź nasz kurs komunikacji i przetwarzania danych w automatyce.
Sprzęt Allen-Bradley wykorzystywany w naszych materiałach (sterowniki Micro800, panele operatorskie i akcesoria) dostarcza nasz partner technologiczny Elmark Automatyka, autoryzowany dystrybutor Rockwell Automation w Polsce.
