Från kontrollskåpet till maskinen: SIMATIC ET 200 utvecklar distribuerad I/O-arkitektur

Introduktion

Industriella automatiseringsarkitekturer blir alltmer decentraliserade. Istället för att leda varje sensor- och aktuator-kabel tillbaka till ett stort centralt kontrollskåp flyttar maskintillverkare och anläggningsoperatörer in- och utmatningsfunktioner närmare produktionsprocessen. Siemens möter dessa krav genom Simatic ET 200:s distribuerade I/O-portfölj . Produktfamiljen omfattar kompakta IP20-moduler för kontrollskåp samt robusta IP65-, IP67- och IP69K-enheter för direkt montering på maskiner.

ET 200SP erbjuder kompakt och skalbar I/O för allmän automation, medan ET 200MP stödjer högpresterande modulära applikationer. ET 200AL är utformad för begränsade installationsutrymmen och rörliga maskindelar. ET 200pro för med sig modulär styrning och I/O-funktioner utanför skåpet, och ET 200eco PN tillhandahåller robusta block-I/O för installation på fältplanet. Tillsammans bildar dessa system en flexibel grund för modern decentraliserad automatisering.

VARFÖR Distribuerad I/O Flyttar sig närmare processen

I en konventionell centraliserad arkitektur ansluts fältsignaler individuellt till I/O-kort i huvudstyrskåpet. Detta tillvägagångssätt är enkelt för små maskiner, men kraven på kablingsutrustning ökar snabbt ju längre avståndet blir mellan styrningen och fältenheterna. En distribuerad I/O-station samlar in signaler nära maskinen och utbyter processdata med styrningen via ett industriellt nätverk, till exempel PROFINET. Digitala ingångar, analoga mätvärden, aktuatorutgångar, IO-Link-data och diagnostikinformation kan därför överföras genom en gemensam kommunikationsinfrastruktur.

Kortare sensor- och aktorkablar kan minska installationsarbete, utnyttjandet av kabelkanaler och fel i kablingsanslutningar. Lokaliserade stationer underlättar också modulär maskinkonstruktion. Ett transportbandavsnitt, en förpackningsenhet eller en processmodul kan konstrueras som en funktionsmodul och anslutas till den överordnade styrningen när produktionslinjen monteras. Den arkitektoniska förändringen förbättrar även diagnostiken. Moderna distribuerade I/O-system kan rapportera kanalfel, ledningsbrott, kortslutningar, saknad lastspänning och enhetsstatus till automationssystemet. Underhållspersonalen får mer exakt information än vad som skulle vara tillgängligt från en konventionell terminalbaserad installation.

De SIMATIC ET 200-portföljen omfattar både skåpbaserade och maskinmonterade konfigurationer, vilket gör att ingenjörer kan välja den skyddsklass, modultäthet, nätverksgränssnitt och servicekoncept som krävs för varje maskinområde.

ET 200SP och ET 200MP Optimera skåpbaserad automation

SIMATIC ET 200SP är avsedd för applikationer som kräver hög kanaltäthet i ett kompakt kontrollskåp eller decentraliserad kontrolllåda. Dess modulära struktur inkluderar gränssnittsmoduler, CPU:er, digitala och analoga I/O, felsäkra moduler, kommunikationsmoduler, teknologimoduler och motorstartkomponenter.

Push-in-terminalteknik förenklar fältröntningen, medan BaseUnit-konceptet separerar terminalfunktioner från den elektroniska modulen. Beroende på konfigurationen kan moduler bytas ut eller underhållas utan att hela stationen behöver demonteras. Integrerad kanal- och moduldiagnostik hjälper tekniker att snabbt identifiera fel.

De ET 200SP-system stödjer också olika kommunikationsarkitekturer. MultiFieldbus-funktionen gör det möjligt för vissa konfigurationer att driftas med PROFINET, EtherNet/IP eller Modbus TCP, vilket ger maskintillverkare större flexibilitet vid leverans av utrustning till olika kunder. IO-Link-mastermoduler ger ytterligare anslutningsmöjligheter för intelligenta sensorer och aktuatorer.

ET 200MP tjänar ett annat prestandaområde. Den använder den modulära I/O-tekniken som är kopplad till SIMATIC S7-1500 och är lämplig för applikationer som kräver höghastighets signalbehandling, exakt synkronisering eller en stor centraliserad modulkonfiguration. Den kan installeras som lokal I/O bredvid en S7-1500-styrenhet eller användas i en distribuerad station via ett lämpligt gränssnittsmodul.

Som ett resultat, ET 200SP väljs ofta där kompakthet och flexibel kanalutbyggnad är främsta krav, medan ET 200MP är väl lämpad för avancerade maskiner och produktionssystem där bearbetningshastighet, mättnoggrannhet och deterministisk drift är viktigare.

ET 200AL och ET 200pro Placera I/O direkt vid maskinen

Att ta bort kontrollskåpet kräver I/O-hårdvara som tål damm, vibration, olja, fukt och mekanisk påverkan. SIMATIC ET 200AL och ET 200pro hanterar dessa förhållanden med skyddade skal och fältriktad anslutningsteknik.

SIMATIC ET 200AL är ett kompakt IP65/67-system utvecklat för trånga installationsutrymmen. Dess smala och lättviktiga moduler kan monteras i olika orienteringar, inklusive på rörliga maskinkomponenter. M8- och M12-kontakter gör att sensorer och aktuatorer kan anslutas utan konventionella terminalrader.

Typiska ET 200AL-applikationer inkluderar monteringsmaskiner, materialhanteringssystem, kompakta förpackningsanläggningar och maskinavsnitt där vikt och installationsutrymme är begränsade. Att placera I/O nära fältenheter minskar kabellängden och kan sänka risken för skador på kablar i rörliga applikationer.

SIMATIC ET 200PRO ger en mer modulär IP65/67-plattform för direkt maskinmontering. Förutom standard- och fail-safe I/O kan systemet integrera kommunikationsfunktioner, motorstarter och distribuerade styrcentraler. Detta gör det lämpligt för transportband, bilindustrins tillverkningslinjer, logistikinstallationer och andra maskiner som kräver en större lokal automationsstation.

ET 200pro kan därför fungera som mer än ett fjärrsignalgränssnitt. Med en integrerad CPU kan en maskinsektion bearbeta styruppgifter lokalt samtidigt som den förblir ansluten till anläggningens nätverk. Detta koncept med distribuerad intelligens kan minska svarstider och göra standardiserade maskinmoduler lättare att återanvända.

ET 200eco PN utökar kabinettfritt block-I/O

Inte alla applikationer kräver en modulär station. När ett definierat antal kanaler måste installeras direkt i fältet, SIMATIC ET 200eco PN erbjuder ett kompakt block-I/O-alternativ.

ET 200eco PN är särskilt relevant för transportband, hanteringssystem, utomhusutrustning och produktionsområden där installation av en extra styrenhet skulle öka kostnaderna eller ta upp värdefullt utrymme. Standard digitala, analoga, IO-Link- och fel-säkra funktioner gör att systemet kan möta ett brett spektrum av krav på fältnivå.

Valet mellan ET 200eco PN, ET 200AL och ET 200pro beror på mer än miljöskydd. Ingenjörer måste överväga om applikationen kräver fast block I/O eller modulär utbyggnad, lokal styrningsfunktion, felsäkra kanaler, motorhanteringsfunktioner, flexibilitet vid utbyte av moduler samt framtida kapacitet.

Nätverkstopologi, strömfördelning, elektromagnetisk kompatibilitet, kontaktkodning och underhållsåtkomlighet bör också utvärderas under designfasen. Att placera I/O närmare maskinen minskar konventionell kablingsanläggning, men ökar betydelsen av samordnad fältpåmontering och enhetsdiagnostik.

Slutsats

SIMATIC ET 200 visar hur distribuerad I/O har utvecklats från en fjärrutvidgning av den centrala PLC:n till ett komplett automationslager.

Genom att anpassa varje maskinområde till den lämpliga ET 200-familjen , tillverkare kan minska kablingsbehovet, förbättra diagnostiken och bygga mer modulära produktionssystem. Resultatet är en automatiseringsarkitektur som sträcker sig från styrskåpet till maskinen själv, samtidigt som konsekventa kommunikations-, konstruktions- och underhållspraktiker bibehålls.