ورودی/خروجی از راه دور چیست و چگونه هزینه سیم‌کشی را در سیستم‌های صنعتی بزرگ کاهش می‌دهد؟

The ماژول ورودی/خروجی از راه دور به جای اینکه هر سیگنال را به یک مرکز ارسال کند، دستگاه‌های میدان نزدیک قرار داده می‌شود پی ال سی کابینت. این چیدمان با جایگزینی کابل‌های بلند با کابل‌های محلی کوتاه و یک لینک شبکه واحد به کنترلر، هزینه‌های سیم‌کشی را کاهش می‌دهد.

در یک سیستم سنتی، حسگرها و محرک‌ها مستقیماً به ترمینال‌های PLC در پنل کنترل متصل می‌شوند. ماژول ورودی/خروجی از راه دور, ماژول‌ها در بیرون و نزدیک پمپ، شیرآلات، موتورها، تسمه‌های نقاله یا ابزار دقیق نصب می‌شوند. آن‌ها از طریق پروتکل‌هایی مانند PROFINET، EtherNet/IP، PROFIBUS و Modbus TCP به PLC متصل می‌شوند. 

این مقاله به تحلیل و بررسی خواهد پرداخت ورودی/خروجی از راه دور در مقابل ورودی/خروجی محلی و کاربرد آنها در کاهش هزینه‌های سیم‌کشی.

چرا از ورودی/خروجی از راه دور استفاده کنیم؟ 

یک مهندس کارخانه را تصور کنید که بیش از ۵۰۰ نقطه سیگنال را در یک مرکز ۱۰۰۰۰ فوت مربعی مدیریت می‌کند. هر سنسور، شیر و موتور با یک کابل اختصاصی به یک پنل کنترل مرکزی متصل می‌شوند.

با اضافه شدن دستگاه‌های بیشتر، پنل به سرعت پر می‌شود. طول کابل‌ها افزایش می‌یابد. هزینه‌های نصب بالا می‌رود. وقتی مشکلی رخ می‌دهد، پیدا کردن آن در میان انبوهی از سیم‌ها ساعت‌ها یا حتی روزها طول می‌کشد.

سیم‌کشی سنتی سه مشکل هزینه‌ای ترکیبی ایجاد می‌کند:

1. کابل‌های بلند هم هزینه مصالح و هم نیروی کار نصب را افزایش می‌دهند.
2. پنل‌های کنترل پیچیده، عیب‌یابی را کند کرده و باعث افزایش هزینه‌ها می‌شوند. هزینه‌های نگهداری.
3. هر تغییر در طرح‌بندی نیاز به سیم‌کشی مجدد دارد که یک فرآیند پرهزینه و زمان‌بر است.

الف ماژول ورودی/خروجی از راه دور این مشکل را با قرار دادن واحدهای ورودی/خروجی نزدیک به دستگاه‌های میدانی حل می‌کند. فقط یک یا دو کابل ارتباطی به کنترلر متصل می‌شوند.

نتیجه، سیم‌کشی میدانی کوتاه‌تر، پنل‌های ساده‌تر و راه‌اندازی سریع‌تر است. پروژه‌هایی که از ورودی/خروجی توزیع‌شده معماری به طور معمول هزینه‌های مواد کابل را در مقایسه با سیم‌کشی متمرکز، 30 تا 50% کاهش می‌دهد.

ماژول ورودی/خروجی از راه دور چیست؟ 

الف ماژول ورودی/خروجی از راه دور یک واحد جمع و جور است که در دستگاه‌های میدان نزدیک نصب می‌شود. این واحد ورودی‌های حسگر را جمع‌آوری کرده و خروجی‌های محرک را در محل هدایت می‌کند، سپس تمام داده‌ها را از طریق یک کابل شبکه به PLC منتقل می‌کند.

ماژول‌های ورودی/خروجی توسعه‌ی Schneider Modicon TM3

تولیدکنندهاشنایدر الکتریک
مدلماژول‌های ورودی/خروجی توسعه Modicon TM3
ورودی‌های دیجیتال: ۴ میلی‌ثانیه (روشن/خاموش)
منبع تغذیه۲۴ ولت DC؛ حداکثر مصرف ۳.۶ وات برای ماژول‌های ایمنی

مشاهده محصول

این ایده اصلی پشت آن است ورودی/خروجی توزیع‌شده: برای پخش واحدهای ورودی/خروجی در سراسر تأسیسات و اتصال همه آنها در یک شبکه واحد. 

در زیر جدول مقایسه‌ای برای مقایسه ماژول‌های Remote I/O در مقابل Local I/O آمده است:

تصمیم گیری بین ورودی/خروجی از راه دور در مقابل ورودی/خروجی محلی وقتی بیش از ۱۰۰ نقطه ورودی/خروجی در یک مرکز بزرگ پخش شود، این موضوع آشکار می‌شود. در آن مقیاس،, ورودی/خروجی توزیع‌شده معماری به طور مداوم از نظر هزینه و قابلیت نگهداری از سیم‌کشی متمرکز بهتر عمل می‌کند.

پروتکل‌های ارتباطی اصلی برای ماژول‌های ورودی/خروجی از راه دور کدامند؟

هر ماژول ورودی/خروجی از راه دور از یک پروتکل صنعتی برای ارتباط با کنترلر استفاده می‌کند. سه گزینه رایج وجود دارد که هر کدام برای محیط‌ها و برندهای مختلف PLC مناسب هستند.

مدباس TCP / مدباس RTU

مدباس (Modbus) پرکاربردترین پروتکل در ورودی/خروجی‌های صنعتی است و بر اساس مدل درخواست/پاسخ عمل می‌کند. مدباس RTU از طریق سریال RS-485 اجرا می‌شود که در برابر نویز مقاوم بوده و برای کابل‌های طولانی مناسب است.

The مدباس TCP روی اترنت استاندارد اجرا می‌شود. بنابراین، ادغام آن با شبکه‌های کارخانه سریع‌تر و آسان‌تر است. هر دو نوع توسط اکثر برندهای PLC پشتیبانی می‌شوند.

این تنظیمات برای یکپارچه‌سازی سیستم‌های قدیمی، ارتقاء مرحله‌ای و پروژه‌های حساس به هزینه بهترین گزینه است.

پروفینت (ورودی/خروجی از راه دور فیلدباس)

ورودی/خروجی از راه دور فیلدباس استفاده از PROFINET از زمان چرخه بلادرنگ زیر ۱ میلی‌ثانیه پشتیبانی می‌کند. این امر آن را برای کنترل حرکت و اتوماسیون پرسرعت ایده‌آل می‌کند.

پروفی‌نت از توپولوژی‌های زنجیره‌ای، ستاره‌ای و حلقه‌ای پشتیبانی می‌کند. این انعطاف‌پذیری، هزینه‌های سخت‌افزار سوئیچ را در تأسیسات بزرگ چند منطقه‌ای کاهش می‌دهد.

این تنظیمات بهترین گزینه برای زیمنس محیط‌های PLC، سلول‌های اتوماسیون پیچیده و خطوط تولید پرسرعت.

ورودی/خروجی اترنت/IP

ورودی/خروجی اترنت/IP از TCP/UDP/IP استاندارد استفاده می‌کند، بنابراین به طور کامل با شبکه‌های فناوری اطلاعات موجود ادغام می‌شود. این سیستم از پیام‌رسانی ضمنی برای ورودی/خروجی بلادرنگ و پیام‌رسانی صریح برای تشخیص مشکلات پشتیبانی می‌کند.

این پروتکل استاندارد غالب در تولید آمریکای شمالی است. PLC های Allen-Bradley و Rockwell Automation به صورت بومی از آن استفاده می‌کنند.

این چیدمان برای تولیدات بزرگ، خطوط خودروسازی و فرآوری مواد غذایی و آشامیدنی بهترین گزینه است.

یک نکته کاربردی این است که هنگام مشخص کردن یک، پروتکل را با برند PLC خود مطابقت دهید. ماژول ورودی/خروجی از راه دور. عدم تطابق، هزینه یکپارچه‌سازی را افزایش داده و راه‌اندازی را چند روز به تأخیر می‌اندازد.

سناریوهای کاربردی ورودی/خروجی از راه دور

در این بخش با سناریوهایی آشنا خواهید شد که در آنها ماژول ورودی/خروجی از راه دور استقرارها با توجه به بودجه آسان‌تر می‌شوند.

سناریو ۱: خط مونتاژ خودرو

یک نوار نقاله ۳۰۰ متری، ۸ ناحیه تولیدی را حمل می‌کند. هر ناحیه دارای حسگرهای مجاورتی, ، درایوهای موتور و قفل‌های ایمنی. همه سیگنال‌ها زمانی از طریق کابل‌های جداگانه به یک پنل متصل می‌شدند.

• راه حل: ورودی/خروجی از راه دور IP67 ماژول‌های نصب‌شده بر روی ساختار خط، به صورت زنجیره‌ای از طریق ورودی/خروجی اترنت/IP.
• نتیجه: بیش از ۲۰۰ متر کابل در هر زون حذف شد. زمان راه‌اندازی به 40% کاهش یافت. اکنون خطاها گره آسیب‌دیده را در عرض چند دقیقه ایزوله می‌کنند.

سناریو ۲: تصفیه‌خانه آب در فضای باز

پمپ‌ها، حسگرهای جریان و محرک‌های شیر در فضای باز کار می‌کنند. نوسانات دما از -25 درجه سانتیگراد تا +75 درجه سانتیگراد متغیر است. باران و گرد و غبار دائمی است.

• راه حل: استفاده کنید ورودی/خروجی از راه دور IP67 ماژول‌هایی با محافظت در برابر نوسانات برق IEC 61000-4-5 و IEC 61000-4-2 در برابر ESD که روی ... اجرا می‌شوند مدباس TCP.
• نتیجه: عملکرد پایدار در تمام طول سال. اندازه پنل به میزان 60% کاهش یافته است. گسترش سنسور اکنون نیازی به سیم‌کشی مجدد پنل ندارد.

سناریوی ۳: تأسیسات لجستیکی بزرگ

یک انبار ۵۰،۰۰۰ فوت مربعی، نوار نقاله‌ها، اسکنرهای بارکد و سلونوئیدها را در یک طبقه وسیع قرار می‌دهد. تغییرات چیدمان هر سه ماه یکبار اتفاق می‌افتد.

• راه حل: اعمال کردن ورودی/خروجی توزیع‌شده گره‌ها در هر محل اتصال نقاله، که از طریق یک ستون فقرات PROFINET واحد متصل شده‌اند.
• نتیجه: زمان پیکربندی مجدد از ۳ روز به ۴ ساعت کاهش یافته است. برای هیچ تغییر چیدمانی نیازی به سیم‌کشی مجدد پنل نیست.

شش عامل خرید برای یک ماژول ورودی/خروجی از راه دور

انتخاب درست ماژول ورودی/خروجی از راه دور در تدارکات از دوباره کاری، تأخیر و افزایش بیش از حد بودجه جلوگیری می‌کند. قبل از ثبت هرگونه سفارشی، این شش عامل را ارزیابی کنید:

1. سازگاری پروتکل: تأیید پشتیبانی از Modbus TCP، PROFINET یا ورودی/خروجی اترنت/IP برای مطابقت با PLC موجود شما.
2. رتبه‌بندی زیست‌محیطی: استفاده کنید ورودی/خروجی ریموت با استاندارد IP67 برای مکان‌های مرطوب، پرگردوغبار یا فضای باز. استاندارد IP20 فقط برای پنل‌های داخلی خشک مناسب است.
3. ترکیب ورودی/خروجی: تأیید کنید که ورودی‌های دیجیتال (DI/DO)، آنالوگ (AI/AO) و ورودی‌های تخصصی (RTD، ترموکوپل، رله) با دستگاه‌های میدانی شما مطابقت دارند.
4. محافظت در برابر نوسانات برق/ESD: انطباق با استانداردهای IEC 61000-4-2 (ESD)، IEC 61000-4-4 (EFT) و IEC 61000-4-5 (افزایش ولتاژ) عملکرد پایدار در محیط‌های خشن را تضمین می‌کند.
5. پشتیبانی توپولوژی: مدل‌های دارای دو پورت LAN از سیم‌کشی زنجیره‌ای پشتیبانی می‌کنند که هزینه‌های سخت‌افزار سوئیچ را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.
6. اکوسیستم فروشندگان: قبل از انتخاب یک پلتفرم، از موجود بودن ماژول یدکی، پشتیبانی از میان‌افزار و مستندات یکپارچه‌سازی اطمینان حاصل کنید.

نتیجه‌گیری

الف ماژول ورودی/خروجی از راه دور پردازش سیگنال را به نزدیکی میدان منتقل می‌کند. این کار باعث کاهش طول کابل‌ها، ساده‌سازی پنل کنترل و ساخت سریع‌تر سیستم‌های بزرگ و آسان‌تر شدن نگهداری آنها می‌شود.

پروتکل خود را بر اساس PLC موجود و مقیاس پروژه خود انتخاب کنید. می‌توانید Modbus TCP، PROFINET یا ورودی/خروجی اترنت/IP. مشخص کنید ورودی/خروجی ریموت با استاندارد IP67 برای هر محیط بیرونی یا شستشو.

Simply Buy Global برای پروژه‌های صنعتی در مقیاس بزرگ که به صدها مورد نیاز دارند، با شما همکاری می‌کند. ماژول‌های ورودی/خروجی از راه دور ما از طریق یکپارچه‌سازی دیجیتال به حذف ناکارآمدی‌ها در زنجیره تأمین کمک می‌کنیم و هزینه‌های کلی تدارکات را بیش از 20% کاهش می‌دهیم. 

Simply Buy Global یک شبکه تأمین دارای گواهینامه ISO 9001 با انطباق با CE، UL و RoHS است. این بدان معناست که هر محصول ذکر شده ماژول ورودی/خروجی از راه دور مطابق با استانداردهای بین‌المللی ایمنی و زیست‌محیطی برای استقرار صنعتی. فهرست کامل محصولات ما را مرور کنید ماژول‌های ورودی/خروجی از راه دور دارای گواهینامه ISO 9001 برای بهینه سازی معماری کارخانه خود.