از کابینت کنترل تا ماشین: سیماتیک اِت ۲۰۰ معماری ورودی/خروجی توزیع‌شده را پیش می‌برد

معرفی

معماری‌های اتوماسیون صنعتی به‌طور فزاینده‌ای غیرمتمرکز می‌شوند. به‌جای اینکه کابل هر سنسور و اکچویتور را به یک کابینت کنترل مرکزی بزرگ بازگرداند، سازندگان ماشین‌آلات و بهره‌برداران نیروگاه‌ها عملکردهای ورودی و خروجی را به فرآیند تولید نزدیک‌تر می‌کنند. شیمنس این نیازها را از طریق سیماتیک محصولات ورودی/خروجی توزیع‌شده اِت ۲۰۰ برآورده می‌کند. این خانواده محصولات شامل ماژول‌های فشرده با درجه حفاظت آی‌پی۲۰ برای نصب در کابینت‌های کنترل و همچنین دستگاه‌های مقاوم با درجات حفاظت آی‌پی۶۵، آی‌پی۶۷ و آی‌پی۶۹کی برای نصب مستقیم روی ماشین‌آلات است.

اِت ۲۰۰اس‌پی امکانات ورودی/خروجی فشرده و مقیاس‌پذیر را برای اتوماسیون عمومی فراهم می‌کند، درحالی‌که اِت ۲۰۰ام‌پی پشتیبانی از کاربردهای ماژولار با عملکرد بالا می‌کند. ET 200AL برای فضاهای نصب محدود و بخش‌های متحرک ماشین طراحی شده است. ET 200pro کنترل ماژولار و عملکردهای ورودی/خروجی را خارج از کابینت فراهم می‌کند و ET 200eco PN ماژول‌های مقاوم ورودی/خروجی را برای نصب در سطح میدان ارائه می‌دهد. این سیستم‌ها در مجموع پایه‌ای انعطاف‌پذیر برای اتوماسیون غیرمتمرکز مدرن ایجاد می‌کنند.

چرا؟ ورودی/خروجی توزیع‌شده به فرآیند نزدیک‌تر می‌شود

در معماری متمرکز مرسوم، سیگنال‌های میدانی به‌صورت جداگانه به کارت‌های ورودی/خروجی در کابینت اصلی کنترل. این روش برای ماشین‌های کوچک ساده است، اما نیاز به کابل‌کشی به‌سرعت افزایش می‌یابد هرگاه فاصله بین کنترلر و دستگاه‌های میدانی بیشتر شود. ایستگاه I/O توزیع‌شده سیگنال‌ها را در نزدیکی ماشین جمع‌آوری کرده و داده‌های فرآیندی را از طریق یک شبکه صنعتی مانند PROFINET با کنترلر تبادل می‌کند. بنابراین ورودی‌های دیجیتال، اندازه‌گیری‌های آنالوگ، خروجی‌های عملگرها، داده‌های IO-Link و اطلاعات تشخیصی می‌توانند از طریق یک زیرساخت ارتباطی مشترک انتقال یابند.

کاهش طول کابل‌های سنسور و عملگر می‌تواند حجم کار نصب، استفاده از کانال‌های کابل‌کشی و خطاهای سیم‌کشی را کاهش دهد. ایستگاه‌های محلی همچنین ساخت ماشین به‌صورت ماژولار را آسان‌تر می‌کنند. بخش نوار نقاله، واحد بسته‌بندی یا ایستگاه فرآیندی را می‌توان به‌عنوان یک ماژول عملکردی طراحی کرد و در زمان مونتاژ خط تولید به کنترلر سطح بالاتر متصل نمود. تغییر معماری همچنین تشخیص‌پذیری را بهبود می‌بخشد. سیستم‌های I/O توزیع‌شده مدرن I/O می‌تواند خطاهاي کانال، قطع سیم، اتصال کوتاه، ولتاژ بار ناموجود و وضعیت دستگاه را به سیستم اتوماسیون گزارش دهد. پرسنل نگهداری اطلاعات دقیق‌تری دریافت می‌کنند تا آنچه در نصب مبتنی بر ترمینال‌های معمولی در دسترس است.

The محفظه SIMATIC ET 200 هم پیکربندی‌های نصب‌شده در کابینت و هم پیکربندی‌های نصب‌شده روی ماشین را پوشش می‌دهد؛ بنابراین مهندسان می‌توانند درجه حفاظت، تراکم ماژول‌ها، رابط شبکه و مفهوم خدمات مورد نیاز هر ناحیه ماشین را انتخاب کنند.

ET 200SP و اِت ۲۰۰ام‌پی بهینه‌سازی اتوماسیون مبتنی بر کابینت

SIMATIC ET 200SP برای کاربردهایی طراحی شده که چگالی بالای کانال را در یک کابینت کنترل فشرده یا جعبه کنترل غیرمتمرکز می‌طلبد. ساختار ماژولی آن شامل ماژول‌های رابط، واحدهای پردازش مرکزی (CPU)، ورودی/خروجی دیجیتال و آنالوگ، ماژول‌های ایمنی، ماژول‌های ارتباطی، ماژول‌های فناوری و اجزای راه‌اندازی موتور می‌شود.

فناوری ترمینال فشاری، سیم‌کشی در محل را ساده‌تر می‌کند، در حالی که مفهوم واحد پایه، عملکردهای ترمینال را از ماژول الکترونیکی جدا می‌سازد. بسته به پیکربندی، ماژول‌ها را می‌توان بدون بازکردن کامل ایستگاه، جایگزین یا تعمیر کرد. عیب‌یابی یکپارچهٔ کانال و ماژول، به تکنسین‌ها کمک می‌کند تا خرابی‌ها را به‌سرعت شناسایی کنند.

The سیستم ET 200SP همچنین از معماری‌های ارتباطی مختلفی پشتیبانی می‌کند. قابلیت چندشینه‌ای (MultiFieldbus) به پیکربندی‌های انتخاب‌شده اجازه می‌دهد تا با PROFINET، EtherNet/IP یا Modbus TCP کار کنند و این امر انعطاف‌پذیری بیشتری برای سازندگان ماشین‌آلات در تأمین تجهیزات برای مشتریان مختلف فراهم می‌کند. ماژول‌های اصلی IO-Link لایه‌ای دیگر از اتصال را برای سنسورها و اکچوئتورهای هوشمند فراهم می‌کنند.

اِت ۲۰۰ام‌پی محدوده عملکرد متفاوتی را پوشش می‌دهد. این سیستم از فناوری ماژولار ورودی/خروجی (I/O) مرتبط با SIMATIC S7-1500 استفاده می‌کند و برای کاربردهایی که نیازمند پردازش سیگنال با سرعت بالا، همگام‌سازی دقیق یا پیکربندی ماژولی متمرکز و گسترده هستند، مناسب است. این سیستم می‌تواند به‌صورت ورودی/خروجی محلی در کنار کنترلر S7-1500 نصب شود یا در یک ایستگاه توزیع‌شده با استفاده از ماژول رابط مناسب به‌کار رود.

در نتیجه، ET 200SP معمولاً زمانی انتخاب می‌شود که جمع‌شدگی و قابلیت گسترش انعطاف‌پذیر کانال‌ها اولویت اصلی باشند، در حالی که ET 200MP برای ماشین‌آلات پیچیده و سیستم‌های تولیدی که سرعت پردازش، دقت اندازه‌گیری و عملکرد قطعی اهمیت بیشتری دارند، مناسب‌تر است.

ET 200AL و ET 200pro ورودی/خروجی را مستقیماً به ماشین ببرید

حذف کابینت کنترل، نیازمند سخت‌افزار ورودی/خروجی است که در برابر گرد و غبار، لرزش، روغن، رطوبت و ضربه‌های مکانیکی مقاوم باشد. SIMATIC ET 200AL و ET 200pro این شرایط را با پوشش‌های محافظ و فناوری اتصال جهت‌دار برای محیط عملیاتی برطرف می‌کند.

SIMATIC ET 200AL سیستمی فشرده با درجه حفاظت IP65/67 است که برای فضاهای محدود نصب طراحی شده‌است. ماژول‌های باریک و سبک آن را می‌توان در جهات مختلفی، از جمله روی اجزای متحرک ماشین، نصب کرد. اتصال‌دهنده‌های M8 و M12 امکان اتصال سنسورها و اکچوئتورها را بدون استفاده از نوارهای ترمینال مرسوم فراهم می‌کنند.

کاربردهای معمول ET 200AL شامل دستگاه‌های مونتاژ، سیستم‌های جابجایی مواد، تجهیزات بسته‌بندی فشرده و بخش‌های ماشین‌آلاتی است که وزن و فضای نصب در آن‌ها محدود است. قرار دادن ورودی/خروجی نزدیک به تجهیزات میدانی، طول کابل‌ها را کاهش داده و خطر آسیب به سیم‌ها در کاربردهای متحرک را کم می‌کند.

SIMATIC ET 200PRO پلتفرمی ماژولارتر با درجه حفاظت IP65/67 برای نصب مستقیم روی ماشین ارائه می‌دهد. علاوه بر ورودی/خروجی استاندارد و ایمن، این سیستم می‌تواند شامل عملکردهای ارتباطی، استارت‌کننده‌های موتور و کنترل‌کننده‌های توزیع‌شده نیز باشد. این ویژگی‌ها آن را برای سیستم‌های نقاله، خطوط تولید خودرو، نصب‌های لجستیک و سایر ماشین‌آلاتی که نیازمند ایستگاه اتوماسیون محلی بزرگ‌تری هستند، مناسب می‌سازد.

بنابراین، اِت ۲۰۰پرو می‌تواند بیش از یک رابط سیگنال دور از فاصله عمل کند. با داشتن پردازندهٔ مرکزی یکپارچه، یک بخش ماشین می‌تواند وظایف کنترلی را به‌صورت محلی پردازش کند، در حالی که همچنان به شبکهٔ کارخانه متصل باقی می‌ماند. این مفهوم هوش توزیع‌شده می‌تواند زمان‌های واکنش را کاهش دهد و بازاستفاده از ماژول‌های استاندارد ماشین را آسان‌تر سازد.

ات ۲۰۰اکو پی‌ان، بلوک ورودی/خروجی بدون کابینت را گسترش می‌دهد.

هر کاربردی نیازمند ایستگاه ماژولار نیست. هنگامی که تعداد مشخصی کانال باید مستقیماً در محل نصب شوند، سیماتیک ET 200eco PN یک جایگزین فشرده برای ورودی/خروجی بلوکی فراهم می‌کند.

ات ۲۰۰اکو پی‌ان به‌ویژه برای خطوط نقاله، سیستم‌های جابه‌جایی، تجهیزات فضای باز و مناطق تولیدی که نصب یک جعبهٔ کنترل اضافی باعث افزایش هزینه یا اشغال فضای ارزشمند می‌شود، اهمیت دارد. قابلیت‌های استاندارد دیجیتال، آنالوگ، آی‌او-لینک و ایمنی در برابر خطا، امکان پاسخگویی به طیف گسترده‌ای از نیازهای سطح میدانی را فراهم می‌کند.

انتخاب بین ET 200eco PN، ET 200AL و ET 200pro فراتر از ملاحظات حفاظت از محیط‌زیست است. مهندسان باید در نظر بگیرند که آیا کاربرد نیازمند ورودی/خروجی بلوکی ثابت یا گسترش ماژولار است، آیا قابلیت کنترل محلی، کانال‌های ایمن در برابر خطا، عملکردهای مدیریت موتور، انعطاف‌پذیری در جایگزینی ماژول‌ها و ظرفیت آینده را دارد یا خیر.

همچنین در طراحی باید توپولوژی شبکه، تقسیم‌بندی توان، سازگاری الکترومغناطیسی، کدگذاری اتصال‌دهنده‌ها و دسترسی‌پذیری برای نگهداری ارزیابی شوند. جابجایی ورودی/خروجی به نزدیکی ماشین، سیم‌کشی معمولی را کاهش می‌دهد، اما اهمیت نصب هماهنگ در محل و تشخیص عیب دستگاه‌ها را افزایش می‌دهد.

نتیجه‌گیری

SIMATIC ET 200 نشان می‌دهد که چگونه ورودی/خروجی توزیع‌شده از یک امتداد دور از PLC مرکزی به یک لایه اتوماسیون کامل تکامل یافته است.

با تطبیق هر ناحیه ماشین با مناسب‌ترین خانواده ET 200 ، سازندگان می‌توانند سیم‌کشی را کاهش دهند، تشخیص‌دهی را بهبود بخشند و سیستم‌های تولید ماژولارتری بسازند. نتیجه این است که معماری اتوماسیونی ایجاد می‌شود که از کابینت کنترل تا خود دستگاه گسترده می‌شود، در حالی که شیوه‌های ارتباطی، مهندسی و نگهداری ثابت و یکسان باقی می‌مانند.