원격 I/O란 무엇이며, 대규모 산업 시스템에서 배선 비용을 어떻게 절감하는가?

그만큼 원격 I/O 모듈 모든 신호를 중앙 서버로 보내는 대신, 필드 장치 근처에 배치합니다. PLC 캐비닛. 이 구성은 긴 케이블을 짧은 로컬 배선과 컨트롤러와의 단일 네트워크 링크로 대체하여 배선 비용을 절감합니다.

기존 방식에서는 센서와 액추에이터가 제어 패널의 PLC 단자에 직접 연결됩니다. 원격 I/O 모듈, 이 모듈들은 외부에 설치되어 펌프, 밸브, 모터, 컨베이어 벨트 또는 계측 장비 근처에 장착됩니다. 이 모듈들은 PROFINET, EtherNet/IP, PROFIBUS, Modbus TCP와 같은 프로토콜을 통해 PLC에 연결됩니다. 

이 글에서는 분석할 것입니다. 원격 I/O와 로컬 I/O 그리고 배선 비용 절감에 있어서의 그 응용 분야.

원격 I/O를 사용하는 이유는 무엇일까요? 

10,000평방피트 규모의 시설에서 500개 이상의 신호 지점을 관리하는 플랜트 엔지니어를 상상해 보세요. 모든 센서, 밸브, 모터는 각각 전용 케이블을 통해 하나의 중앙 제어 패널로 연결됩니다.

기기가 추가될수록 배전반은 금세 꽉 차고, 케이블 길이는 점점 길어지며, 설치 비용도 증가합니다. 게다가 고장이 발생하면 수많은 전선 속에서 고장 원인을 찾는 데 몇 시간, 심지어 며칠이 걸리기도 합니다.

기존 배선 방식은 세 가지 복합적인 비용 문제를 야기합니다.

1. 케이블 길이가 길어지면 자재비와 설치 인건비가 모두 증가합니다.
2. 복잡한 제어판은 문제 해결 속도를 늦추고 문제를 악화시킵니다. 유지 관리 비용.
3. 레이아웃을 변경할 때마다 배선을 다시 해야 하는데, 이는 비용이 많이 들고 시간이 오래 걸리는 작업입니다.

A 원격 I/O 모듈 이 문제는 I/O 장치를 현장 장치 가까이에 배치함으로써 해결됩니다. 컨트롤러로 연결되는 통신 케이블은 하나 또는 두 개뿐입니다.

그 결과 현장 배선이 짧아지고, 패널이 간소화되며, 시운전이 빨라집니다. 이러한 기술을 사용하는 프로젝트는 다음과 같습니다. 분산 I/O 건축 설계는 중앙 집중식 배선에 비해 케이블 자재 비용을 30~50% 절감하는 효과를 가져옵니다.

원격 IO 모듈이란 무엇입니까? 

A 원격 I/O 모듈 이 장치는 현장 장치 근처에 설치되는 소형 장치입니다. 센서 입력을 수집하고 현장에서 액추에이터 출력을 구동한 다음, 모든 데이터를 하나의 네트워크 케이블을 통해 PLC로 전송합니다.

슈나이더 모디콘 TM3 확장 I/O 모듈

제조업체슈나이더 일렉트릭
모델Modicon TM3 확장 I/O 모듈
디지털 입력: 4ms (켜짐/꺼짐)
전원 공급 장치전압: 24V DC, 안전 모듈 최대 소비 전력: 3.6W

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이것이 바로 핵심 아이디어입니다. 분산 I/O시설 전체에 I/O 장치를 분산시키고 이들을 모두 단일 네트워크에 연결하는 것. 

다음은 원격 I/O 모듈과 로컬 I/O 모듈을 비교한 표입니다.

~을 결정하다 원격 I/O와 로컬 I/O 대규모 시설에 100개 이상의 I/O 포인트가 분산되면 그 점이 분명해집니다. 그 정도 규모에서는, 분산 I/O 아키텍처는 비용 및 유지 관리 측면에서 중앙 집중식 배선 방식보다 지속적으로 우수한 성능을 보입니다.

원격 I/O 모듈에 사용되는 주요 통신 프로토콜은 무엇입니까?

모든 원격 I/O 모듈 컨트롤러와 통신하기 위해 산업용 프로토콜을 사용합니다. 가장 일반적인 세 가지 옵션은 각각 다른 환경과 PLC 브랜드에 적합합니다.

Modbus TCP / Modbus RTU

Modbus는 산업용 I/O에서 가장 널리 사용되는 프로토콜이며 요청/응답 모델로 작동합니다. Modbus RTU는 노이즈에 강하고 긴 케이블 연결에 적합한 RS-485 직렬 통신을 사용합니다.

그만큼 Modbus TCP 표준 이더넷을 통해 작동하므로 속도가 빠르고 공장 네트워크와의 통합이 더 쉽습니다. 두 가지 버전 모두 대부분의 PLC 브랜드에서 지원됩니다.

이 구성은 기존 시스템 통합, 단계적 업그레이드 및 비용에 민감한 프로젝트에 가장 적합합니다.

PROFINET(필드버스 원격 입출력)

필드버스 원격 입출력 PROFINET을 사용하면 1ms 미만의 실시간 사이클 타임을 지원할 수 있습니다. 따라서 모션 제어 및 고속 자동화에 이상적입니다.

PROFINET은 데이지 체인, 스타 및 링 토폴로지를 지원합니다. 이러한 유연성 덕분에 대규모 다중 구역 설치 시 스위치 하드웨어 비용을 절감할 수 있습니다.

이 설정은 다음과 같은 경우에 가장 적합합니다. 지멘스 PLC 환경, 복잡한 자동화 셀 및 고속 생산 라인.

이더넷/IP IO

이더넷/IP 입출력 표준 TCP/UDP/IP 프로토콜을 사용하므로 기존 IT 네트워크와 원활하게 통합됩니다. 실시간 I/O를 위한 암시적 메시징과 진단을 위한 명시적 메시징을 모두 지원합니다.

이 프로토콜은 북미 제조업계에서 지배적인 표준입니다. Allen-Bradley와 Rockwell Automation PLC는 이 프로토콜을 기본적으로 사용합니다.

이 구성은 대규모 개별 제조, 자동차 생산 라인 및 식품/음료 가공에 가장 적합합니다.

실용적인 팁은 PLC 브랜드에 맞는 프로토콜을 지정하여 사양을 정하는 것입니다. 원격 IO 모듈. 호환성 문제는 통합 비용을 증가시키고 시운전을 며칠씩 지연시킵니다.

원격 I/O의 응용 시나리오

이 섹션에서는 다음과 같은 시나리오에 대해 알아봅니다. 원격 I/O 모듈 배포 비용이 예산 부담을 줄여줍니다.

시나리오 1: 자동차 조립 라인

300미터 길이의 컨베이어 벨트는 8개의 생산 구역을 운반합니다. 각 구역은 다음과 같습니다. 근접 센서, 모터 구동 장치 및 안전 인터록을 포함한 모든 신호는 한때 개별 케이블을 통해 하나의 패널로 연결되었습니다.

• 해결책: IP67 원격 입출력 라인 구조에 장착된 모듈은 데이지 체인 방식으로 연결됩니다. 이더넷/IP IO.
• 결과: 구역당 200미터 이상의 케이블을 제거했습니다. 시운전 시간이 40%로 단축되었습니다. 이제 오류 발생 시 영향을 받는 노드를 몇 분 내에 격리할 수 있습니다.

시나리오 2: 옥외 정수처리장

펌프, 유량 센서 및 밸브 액추에이터는 실외에서 작동합니다. 온도 변화는 -25°C에서 +75°C에 이르며, 비와 먼지가 끊임없이 발생합니다.

• 해결책: 사용 IP67 원격 IO IEC 61000-4-5 서지 보호 및 IEC 61000-4-2 ESD 보호 기능을 갖춘 모듈은 다음에서 작동합니다. Modbus TCP.
• 결과: 연중 안정적인 운영이 가능합니다. 패널 크기가 60%만큼 줄어들었습니다. 센서 확장 시 패널 배선을 다시 할 필요가 없습니다.

시나리오 3: 대규모 물류 시설

5만 평방피트 규모의 창고에는 컨베이어, 바코드 스캐너, 솔레노이드가 넓은 바닥 전체에 설치되어 있습니다. 레이아웃 변경은 분기마다 이루어집니다.

• 해결책: 적용하다 분산 I/O 각 컨베이어 분기점에 있는 노드들은 단일 PROFINET 백본을 통해 연결됩니다.
• 결과: 재구성 시간이 3일에서 4시간으로 단축됩니다. 레이아웃 변경 시 패널 재배선이 필요하지 않습니다.

원격 I/O 모듈 구매 시 고려해야 할 6가지 요소

올바른 것을 선택하세요 원격 I/O 모듈 구매 과정에서 재작업, 지연 및 예산 초과를 방지할 수 있습니다. 주문을 하기 전에 다음 여섯 가지 요소를 평가하십시오.

1. 프로토콜 호환성: Modbus TCP, PROFINET 지원 여부를 확인하십시오. 이더넷/IP 입출력 기존 PLC와 호환되도록.
2. 환경 등급: 사용 IP67 원격 I/O 습하거나 먼지가 많은 환경 또는 실외 장소에는 적합하지 않습니다. 표준 IP20 등급은 건조한 실내 패널에만 적합합니다.
3. I/O 믹스: 디지털(DI/DO), 아날로그(AI/AO) 및 특수 입력(RTD, 열전대, 릴레이)이 현장 장치와 일치하는지 확인하십시오.
4. 서지/정전기 방지: IEC 61000-4-2(ESD), IEC 61000-4-4(EFT) 및 IEC 61000-4-5(서지) 규격 준수로 열악한 환경에서도 안정적인 작동을 보장합니다.
5. 토폴로지 지원: 듀얼 LAN 포트 모델은 데이지 체인 연결을 지원하여 스위치 하드웨어 비용을 크게 절감합니다.
6. 벤더 생태계: 플랫폼 도입을 결정하기 전에 예비 모듈 가용성, 펌웨어 지원 및 통합 문서를 확인하십시오.

결론

A 원격 I/O 모듈 신호 처리를 현장 가까이로 옮김으로써 케이블 배선을 줄이고, 제어판을 간소화하며, 대규모 시스템의 구축 속도를 높이고 유지 관리를 용이하게 합니다.

기존 PLC 및 프로젝트 규모에 따라 프로토콜을 선택하십시오. Modbus TCP, PROFINET 또는 이더넷/IP 입출력. 명시하세요 IP67 원격 I/O 실외 또는 물로 씻어낼 수 있는 환경에 적합합니다.

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Simply Buy Global은 ISO 9001 인증을 획득한 공급망으로 CE, UL 및 RoHS 규정을 준수합니다. 이는 나열된 모든 제품이 해당 인증을 충족함을 의미합니다. 원격 I/O 모듈 산업 현장에 적용하기 위한 국제 안전 및 환경 기준을 충족합니다. 전체 제품 카탈로그를 살펴보세요. ISO 9001 인증 원격 I/O 모듈 식물 구조를 최적화하기 위해.