Bir fabrikada devasa bir kontrol panelinin önünde durup bir konveyörün hızını ayarlamak veya bir pompanın sıcaklığını kontrol etmek için parlak bir dokunmatik ekrana bastıysanız, bir Endüstriyel HMI (İnsan-Makine Arayüzü) kullanmışsınızdır; fabrikanın karmaşık makine verilerini biz insanların gerçekten anlayabileceği ve üzerinde hareket edebileceği bir şeye dönüştüren şey budur. Bu cihazların tedarikçisi olarak bana çok fazla soru soruluyor: "Bu HMI'ları gerçekte hangi programlama dilleri çalıştırıyor?" Bu, herkese uyan tek bir cevap değildir ve HMI'nın güvenilir bir şekilde çalışıp çalışmadığı, fabrikanın ihtiyaçlarına göre ölçeklenip ölçeklenmediği ve hatta çalışanları güvende tutup tutmadığı konusunda doğru dili seçmek ya başarı ya da kesintidir. Sadece ders kitaplarındaki şeyleri değil, gerçek endüstriyel ortamlarda gerçekte nelerin kullanıldığını inceleyelim.
Öncelikle konuyu açıklığa kavuşturalım: Endüstriyel HMI'lar çoğumuzun her gün kullandığı akıllı telefon veya dizüstü bilgisayar HMI'larından çok farklıdır. Yaptıklarımızın tozlu, sıcak, titreşimli fabrikalarda 7/24, çökmeden çalışması gerekiyor. PLC'ler (Programlanabilir Mantık Denetleyicileri), sensörler, motorlar ve onlarca yıldır var olan her türlü eski ekipmanla konuşuyorlar. Dolayısıyla buradaki programlama dilleri, uygulama geliştirmede gördüğünüz modaya uygun yeni diller değil; savaşta test edilmiş, istikrarlı ve endüstriyel otomasyonun özel talepleri için optimize edilmiş dillerdir.
En yaygın olarak duyacağınızla başlayalım: Bazen Merdiven Diyagramı veya LAD olarak da adlandırılan Merdiven Mantığı. Bu arada, bu metin tabanlı bir dil değil; grafiksel, elektrikçilerin 100 yıldır kullandığı elektrik şemalarına benzeyecek şekilde tasarlanmış. Eski usul kablolama şemalarını nasıl okuyacağınızı biliyorsanız, Ladder Logic tam anlamıyla mantıklıdır: kontakları (sensör tetikleyicileri veya düğmelere basmak gibi) ve bobinleri (bir motoru açmak veya kapatmak gibi) koyduğunuz "basamaklara" sahiptir. Onlarca yıldır endüstriyel HMI'ları ve PLC'leri programlamanın tek yolu buydu ve şu anda hala her yerde var.
Ladder Logic neden ortalıkta dolaşıyor? 20 yılı aşkın süredir sahada çalışan fabrika işçileri ve mühendisler bunun içini ve dışını biliyor. Bir hat çalışanının sabah saat 2'de bir makinede sorun gidermesi gerekiyorsa, HMI'nın Merdiven Mantığı görünümüne bakabilir ve atmış bir anahtarı Python satırını ayrıştırabileceğinden daha hızlı bir şekilde tespit edebilir. Aynı zamanda son derece güvenilirdir; gösterişli bir derleyiciye ihtiyaç duymaz, çoğu PLC ve HMI'da ekstra gecikme olmadan yerel olarak çalışır. Bununla birlikte, karmaşık, veri ağırlıklı görevler için pek de iyi değildir. Tüm fabrika genelinde 10.000 veri noktasını izleyen bir kontrol paneli oluşturmaya çalışıyorsanız, Merdiven Mantığı hantallaşabilir ve ölçeklenmesi zorlaşabilir. İşte burada diğer diller devreye giriyor.
Sırada: BASIC veya C'ye çok benzeyen metin tabanlı bir dil olan Yapılandırılmış Metin (ST) var. Bunu, Ladder Logic'in modern ihtiyaçlara yönelik yükseltmesi olarak düşünün. ST'de döngüler, if/then ifadeleri, değişkenler ve hatta temel matematik fonksiyonları yazabilirsiniz; bu da onu Ladder Logic için fazla karmaşık olan ancak tam bir programlama diline ihtiyaç duymayan görevler için mükemmel kılar. Örneğin Endüstriyel HMI'nızın 50 ısıtıcının ortalama sıcaklığını 10 dakika içerisinde hesaplayıp çok yüksek çıkması durumunda uyarı göndermesini istiyorsanız Ladder Logic'te 20 basamak çizmek yerine bunu ST'ye birkaç satıra yazabilirsiniz. Çoğu modern HMI yazılımı ST'yi destekler, bu nedenle aşinalık ve işlevselliği dengelemek için başvurulacak bir yöntem haline geldi. Artık birçok yeni otomasyon mühendisi ilk olarak ST'yi öğreniyor, çünkü temel kodlamayı biliyorsanız Ladder Logic'i anlamak Ladder Logic'ten daha kolaydır.
Ayrıca sizi şaşırtabilecek C/C++ var - ancak aslında özel endüstriyel HMI geliştirmede, özellikle daha küçük, özel cihazlar için çok yaygındır. Bir dakika, neden sadece Ladder veya ST kullanmıyorsunuz? C/C++ size donanım üzerinde çok daha fazla kontrol sağlar; bu, yüksek hızlı sensör verilerini işlemek, grafik ağırlıklı arayüzlerle çalışmak veya hiçbir genel dilin desteklemediği niş endüstriyel protokollerle iletişim kurmak gibi şeyler yapması gereken HMI'lar için çok önemlidir. Örneğin, belirli bir lazer kesicinin verileriyle senkronize edilmesi gereken özel bir tıbbi cihaz hattı için bir HMI oluşturuyorsanız, C/C++, arayüzün her parçasını, daha yüksek seviyeli dillerin ek yükü olmadan, tam olarak ihtiyacınız olan şekilde çalışacak şekilde ayarlamanıza olanak tanır. Dezavantajı mı? C/C++ kodunu yazmak ve sürdürmek için yetenekli bir geliştiriciye ihtiyacınız vardır ve dikkatli olmazsanız hatalara daha yatkındır; bir çökmenin binlerce kesintiye mal olabileceği 7/24 fabrika hattı için ideal değildir.
Python, çoğunlukla büyük bir C/C++ projesine yatırım yapmadan esneklik eklemek isteyen orta ölçekli fabrikalar için endüstriyel HMI'larda daha fazla ortaya çıkmaya başlıyor. Artık pek çok HMI yazılımı, bulut tabanlı analiz araçlarından veri çekmek, Slack veya e-posta aracılığıyla özel uyarılar göndermek veya bir parçanın ne zaman arızalanabileceğini tahmin etmek için temel makine öğrenimi modellerini çalıştırmak gibi şeyleri yapmak için Python komut dosyalarını yerleştirmenize olanak tanıyor. Örneğin, [HMI 7 İnç]'e sahip küçük bir üretim atölyeniz varsa (tezgahtaki dar alanlar için mükemmel), bu HMI'yı makinenin ne sıklıkta kullanıldığını izleyen ücretsiz bir analiz aracına bağlamak için Python'u kullanabilirsiniz, böylece arızalanmadan önce bakımı planlayabilirsiniz. Buradaki püf noktası Python'un yorumlanmasıdır, bu da C gibi derlenmiş dillerden biraz daha yavaş olduğu anlamına gelir, dolayısıyla milisaniyeler içinde yanıt vermesi gereken gerçek zamanlı görevler için pek iyi değildir. Ancak kritik olmayan, veri odaklı görevler için, fabrikaların bütçelerini zorlamadan HMI'larını özelleştirmelerine olanak tanıyan, ezber bozan bir özelliktir.
Adını çok fazla duymayabileceğiniz ancak hâlâ birçok eski HMI'da kullanılan dillerden biri BASIC'tir. 40 yılı aşkın süredir piyasada olan markaların eski, tescilli HMI'ları, özel komut dosyaları oluşturmak için genellikle BASIC'i kullanır. Tek sorun, bu sistemlerin çoğunun eski olması, parça bulmanın zor olması ve modern ekipmanlarla pek uyumlu olmamasıdır; bu nedenle neredeyse her zaman ST, Python veya C'yi destekleyen daha yeni bir HMI'ya yükseltme yapmanızı öneririz. Örneğin, bir fabrika hala BASIC kullanan eski bir HMI çalıştırıyorsa, yeni bir sensör eklerken uyumluluk sorunları yaşama olasılığı çok daha yüksektir ve eğer çökerse, onu nasıl düzelteceğini bilen çok fazla teknisyen yoktur.
Şimdi, [Endüstriyel HMI] serimiz gibi HMI'larımızı oluştururken hangi dili kullanacağımızı nasıl seçeceğimizden bahsedelim. İlk olarak müşteriye gerçekte neye ihtiyaç duyduğunu soruyoruz: Sadece temel açma/kapama kontrolü ve sıcaklık okumalarına ihtiyaç duyan, birkaç makinenin bulunduğu küçük bir atölye mi? O halde Ladder Logic veya ST'ye sahip bir [HMI 7 İnç] mükemmeldir; basit, güvenilir ve şirket içi ekibin kullanımı kolaydır. Yüzlerce veri noktasını takip etmesi ve bulut analitiği ile senkronize etmesi gereken, bütün bir montaj hattına sahip büyük bir otomobil parçası fabrikası mı? Muhtemelen hem çekirdek makine kontrolü için Ladder Logic'i hem de özel veri komut dosyaları için Python'u destekleyen bir HMI oluşturacağız. Benzersiz ekipmanlarla tamamen yeni bir hat inşa eden müşterilerimiz için, HMI'nın tam olarak ihtiyaç duydukları şekilde iletişim kurduğundan emin olmak amacıyla özel C/C++ kodu yazabiliriz.
Otomasyon konusunda yeni olan birçok kişi şu soruyu sorabilir: Neden sadece JavaScript kullanmıyorsunuz? Web uygulamaları için çok popüler, değil mi? Gerçek şu ki, JavaScript endüstriyel HMI'lar için nadiren kullanılır çünkü HMI'ların ihtiyaç duyduğu zorlu ortamlar ve gerçek zamanlı gereksinimler için optimize edilmemiştir. Web tabanlı HMI'lar bir şey haline gelmeye başlıyor - bazı fabrikalar bunları mühendislerin makineleri telefonlarından kontrol etmesine izin vermek için kullanıyor - ancak gerçek kontrol kısmı için hala Ladder veya ST gibi bir ana dile ihtiyacınız var. Web HMI'lar uzaktan izleme için mükemmeldir ancak hattın 7/24 çalışmasını sağlayan temel görevler için uygun değildir.
Akılda tutulması gereken bir diğer nokta: Çoğu endüstriyel HMI sistemi yalnızca tek bir dil kullanmaz. Her birinden en iyi sonucu elde etmek için bunları birleştirirler. Örneğin, temel motor kontrolünü (gerçekten iyi olduğu bir şey) yöneten Ladder Logic'e, üretim sayımlarını hesaplamak için ST'ye ve bulut kontrol paneline veri göndermek için Python'a sahip olabilirsiniz. Bu "her ikisinin de en iyisi" yaklaşımı, modern HMI'ların bu kadar esnek olmasının nedenidir; eski eski ekipmanlarla ve yeni özel araçlarla aynı anda çalışabilirler.
Bir HMI tedarikçisi olarak, yanlış dil seçiminin nasıl büyük sorunlara yol açabileceğini ilk elden gördüm. Birkaç yıl önce, JavaScript tabanlı web tabanlı bir HMI kullanarak paketleme hattını kontrol etmek için genel bir akıllı telefon uygulamasını kullanmaya çalışan bir müşterimiz vardı. Hat her meşgul olduğunda çöküyordu çünkü JavaScript gerçek zamanlı veri akışını idare edemiyordu. Temel kontrol için Ladder Logic'e sahip özel bir HMI'ya geçmek zorunda kaldılar ve bu, kesinti sürelerini %90 oranında azalttı. Küçük bir butik bira fabrikası olan başka bir müşteri, fermantasyon sıcaklıklarını takip etmek ve bir parti tamamlandığında bir metin uyarısı göndermek istedi; Python komut dosyası içeren bir [HMI 10 Inch] kullandık, böylece ayrı bir geliştirici tutmaya gerek kalmadan sıcaklık sensörlerinden veri çekip metin gönderebildiler.
Peki buradaki çıkarım nedir? Endüstriyel HMI'lar için "en iyi" programlama dili yoktur; bu tamamen fabrikanızın büyüklüğüne, ekipmanınıza, HMI'nın hangi görevleri yapması gerektiğine ve ekibinizin uzmanlığına bağlıdır. Yıllardır bağlantı şemaları üzerinde çalışmış tecrübeli bir teknisyenseniz, Ladder Logic muhtemelen sizin tercihiniz olacaktır. Bütçenizi zorlamadan özel veri özellikleri eklemeniz gerekiyorsa Python harika bir seçenektir. Karmaşık, özel projeler için C/C++ size ihtiyacınız olan kontrolü sağlar.
Günün sonunda, bir HMI'nın amacı sadece şık bir dokunmatik ekrana sahip olmak değildir; endüstriyel çalışmayı daha güvenli, daha verimli ve sahadaki insanlar için kullanımı daha kolay hale getirmektir. Bu nedenle HMI'larımızı birden fazla programlama dilini destekleyecek şekilde geliştiriyoruz; böylece ihtiyaçlarınız ne olursa olsun, size uygun bir çözüm bulabiliriz.
Fabrikanızın HMI'larını yükseltmek veya operasyonlarınıza göre uyarlanmış yeni bir sistem oluşturmak istiyorsanız, seçenekleriniz konusunda size yol göstermekten ve ekibiniz ve hattınız için doğru araçları seçmenize yardımcı olmaktan memnuniyet duyarız.
Referanslar
- Uluslararası Otomasyon Derneği (ISA). (2021). IEC 61131-3: Endüstriyel Otomasyon için Programlama Dilleri.
- Rockwell Otomasyonu. (2023). Endüstriyel HMI Ürün Kılavuzu.
- Endüstriyel Otomasyon Kullanım Durumları için Python. (2022). Otomasyon Dünyası Dergisi.
- Merdiven Mantığı ve Yapılandırılmış Metin: Fabrika Katı Ekipleri için Pratik Bir Karşılaştırma. (2023). Kontrol Mühendisliği.