Dalla cabina di controllo alla macchina: SIMATIC ET 200 potenzia l’architettura I/O distribuita

Introduzione

Le architetture di automazione industriale stanno diventando sempre più decentralizzate. Invece di collegare ogni cavo di sensore e attuatore a un grande quadro di controllo centrale, i costruttori di macchine e gli operatori di impianto spostano le funzioni di ingresso e uscita più vicino al processo produttivo. Siemens risponde a queste esigenze con la Simatic Gamma di I/O distribuiti ET 200 . La famiglia di prodotti comprende moduli compatti IP20 per quadri di controllo, nonché dispositivi robusti IP65, IP67 e IP69K per installazione diretta sulle macchine.

ET 200SP offre I/O compatti e scalabili per l’automazione generale, mentre ET 200MP supporta applicazioni modulari ad alte prestazioni. ET 200AL è progettato per spazi di installazione limitati e per sezioni mobili delle macchine. ET 200pro porta fuori dall’armadio funzioni modulari di controllo e di I/O, mentre ET 200eco PN fornisce un blocco I/O robusto per l’installazione a livello di campo. Insieme, questi sistemi costituiscono una base flessibile per l’automazione decentrata moderna.

PERCHÉ I/O distribuiti Si avvicina sempre più al processo

In un’architettura centralizzata convenzionale, i segnali di campo vengono collegati individualmente a Schede I/O nell'armadio di controllo principale. Questo approccio è semplice per macchine di piccole dimensioni, ma i requisiti di cablaggio aumentano rapidamente all'aumentare della distanza tra il controller e i dispositivi di campo. Una stazione I/O distribuita raccoglie i segnali in prossimità della macchina e scambia dati di processo con il controller tramite una rete industriale come PROFINET. In tal modo, ingressi digitali, misure analogiche, uscite per attuatori, dati IO-Link e informazioni diagnostiche possono essere trasmessi attraverso un'unica infrastruttura di comunicazione.

Cavi più corti per sensori e attuatori possono ridurre il lavoro di installazione, l'utilizzo dei canali porta-cavi e gli errori di cablaggio. Le stazioni localizzate facilitano inoltre la costruzione modulare delle macchine. Una sezione di trasporto, un'unità di imballaggio o un modulo di processo possono essere progettati come moduli funzionali e collegati al controller di livello superiore al momento dell'assemblaggio della linea produttiva. Anche il cambiamento architettonico migliora le funzionalità diagnostiche. Sistemi I/O distribuiti moderni I/O può segnalare al sistema di automazione guasti del canale, interruzioni del cavo, cortocircuiti, assenza di tensione di carico e stato del dispositivo. Il personale di manutenzione riceve informazioni più precise rispetto a quelle disponibili con un’installazione convenzionale basata su terminali.

Il Portafoglio SIMATIC ET 200 comprende sia configurazioni montate in armadio che montate sulla macchina, consentendo agli ingegneri di selezionare il grado di protezione, la densità di moduli, l’interfaccia di rete e il concetto di servizio richiesti per ogni area della macchina.

ET 200SP e ET 200MP Ottimizzare l’automazione basata su armadio

SIMATIC ET 200SP è destinato ad applicazioni che richiedono un’elevata densità di canali in un armadio di controllo compatto o in una scatola di controllo decentrata. La sua struttura modulare include moduli di interfaccia, CPU, ingressi/uscite digitali e analogici, moduli fail-safe, moduli di comunicazione, moduli tecnologici e componenti per l’avviamento dei motori.

La tecnologia dei morsetti a innesto semplifica il cablaggio in campo, mentre il concetto di BaseUnit separa le funzioni dei morsetti dal modulo elettronico. A seconda della configurazione, i moduli possono essere sostituiti o sottoposti a manutenzione senza smontare l’intera stazione. Diagnostica integrata a livello di canale e di modulo aiuta i tecnici a identificare rapidamente i guasti.

Il Sistema ET 200SP supporta inoltre diverse architetture di comunicazione. La funzionalità MultiFieldbus consente a determinate configurazioni di operare con PROFINET, EtherNet/IP o Modbus TCP, offrendo ai costruttori di macchine una maggiore flessibilità nella fornitura di apparecchiature a diversi clienti. I moduli master IO-Link forniscono un ulteriore livello di connettività per sensori e attuatori intelligenti.

ET 200MP serve un diverso intervallo di prestazioni. Utilizza la tecnologia modulare di ingresso/uscita (I/O) associata a SIMATIC S7-1500 ed è adatto ad applicazioni che richiedono l’elaborazione di segnali ad alta velocità, una sincronizzazione precisa o una configurazione centralizzata con un elevato numero di moduli. Può essere installato come I/O locale accanto a un controller S7-1500 oppure impiegato in una stazione distribuita tramite un modulo interfaccia adeguato.

Di conseguenza, ET 200SP viene spesso scelto quando compattezza ed espansione flessibile dei canali sono i requisiti principali, mentre ET 200MP risulta particolarmente adatto a macchine sofisticate e sistemi produttivi in cui velocità di elaborazione, accuratezza delle misurazioni e funzionamento deterministico rivestono maggiore importanza.

ET 200AL e ET 200pro Portare l’I/O direttamente sulla macchina

L’eliminazione del quadro di comando richiede un hardware I/O in grado di resistere a polvere, vibrazioni, olio, umidità e urti meccanici. SIMATIC ET 200AL e ET 200pro affrontano tali condizioni grazie a involucri protetti e a una tecnologia di connessione orientata al campo.

SIMATIC ET 200AL è un sistema compatto IP65/67 sviluppato per spazi di installazione ristretti. I suoi moduli stretti e leggeri possono essere montati in diverse orientazioni, compresi componenti mobili della macchina. I connettori M8 e M12 consentono il collegamento di sensori e attuatori senza l’uso di morsetti convenzionali.

Le applicazioni tipiche di ET 200AL includono macchine per l’assemblaggio, sistemi per la movimentazione materiali, apparecchiature per il confezionamento compatte e sezioni di macchina dove peso e spazio di installazione sono limitati. Posizionare le unità I/O vicino ai dispositivi di campo riduce la lunghezza dei cavi e può abbassare il rischio di danneggiamento dei cavi nelle applicazioni mobili.

SIMATIC ET 200PRO offre una piattaforma IP65/67 più modulare per l’installazione diretta sulla macchina. Oltre alle unità I/O standard e a sicurezza integrata, il sistema può incorporare funzioni di comunicazione, avviatori di motori e controller distribuiti. Ciò lo rende adatto a sistemi di trasporto, linee di produzione automobilistica, impianti logistici e altre macchine che richiedono una stazione locale di automazione di dimensioni maggiori.

ET 200pro può quindi funzionare come più di un’interfaccia remota per segnali. Grazie a una CPU integrata, una sezione macchina può elaborare compiti di controllo localmente pur rimanendo connessa alla rete dell’impianto. Questo concetto di intelligenza distribuita può ridurre i tempi di reazione e rendere più semplice il riutilizzo di moduli macchina standardizzati.

ET 200eco PN estende l’I/O a blocchi privo di armadio

Non tutte le applicazioni richiedono una stazione modulare. Quando un numero definito di canali deve essere installato direttamente sul campo, SIMATIC ET 200eco PN offre un’alternativa compatta per l’I/O a blocchi.

ET 200eco PN è particolarmente indicato per linee di trasporto, sistemi di movimentazione, apparecchiature per esterni e aree produttive in cui l’installazione di un ulteriore quadro di comando aumenterebbe i costi o occuperebbe spazio prezioso. Le funzioni standard digitali, analogiche, IO-Link e di sicurezza consentono al sistema di soddisfare una vasta gamma di esigenze a livello di campo.

La scelta tra ET 200eco PN, ET 200AL e ET 200pro dipende da più fattori rispetto alla protezione ambientale. Gli ingegneri devono valutare se l’applicazione richiede ingressi/uscite (I/O) a blocchi fissi o espansione modulare, capacità di controllo locale, canali fail-safe, funzioni di gestione motori, flessibilità nella sostituzione dei moduli e capacità futura.

Durante la progettazione vanno inoltre valutati la topologia di rete, la suddivisione dell’alimentazione, la compatibilità elettromagnetica, la codifica dei connettori e l’accessibilità per la manutenzione. Avvicinare gli I/O alla macchina riduce i cablaggi convenzionali, ma accresce l’importanza di un’installazione coordinata sul campo e di diagnosi efficaci dei dispositivi.

Conclusione

SIMATIC ET 200 illustra come gli I/O distribuiti si siano evoluti da semplice estensione remota della PLC centrale a un intero livello di automazione.

Abbinando ogni area macchina all’ Famiglia ET 200 , i produttori possono ridurre il cablaggio, migliorare la diagnostica e realizzare sistemi produttivi più modulari. Il risultato è un’architettura di automazione che si estende dall’armadio di controllo fino alla macchina stessa, mantenendo pratiche coerenti di comunicazione, ingegnerizzazione e manutenzione.