จากตู้ควบคุมไปยังเครื่องจักร: SIMATIC ET 200 พัฒนาสถาปัตยกรรม I/O แบบกระจาย

Aug 22, 2026

บทนำ

สถาปัตยกรรมการควบคุมอุตสาหกรรมกำลังมีแนวโน้มกระจายตัวมากขึ้นเรื่อยๆ แทนที่จะเดินสายสัญญาณจากเซนเซอร์และแอคทูเอเตอร์ทั้งหมดกลับไปยังตู้ควบคุมกลางขนาดใหญ่ ผู้ผลิตเครื่องจักรและผู้ดำเนินการโรงงานจึงย้ายฟังก์ชันการรับ-ส่งสัญญาณให้ใกล้เคียงกับกระบวนการผลิตมากยิ่งขึ้น ซีเมนส์ตอบสนองความต้องการเหล่านี้ผ่าน ไซมาติก พอร์ตโฟลิโอไอ/โอแบบกระจาย เอที 200 ซึ่งครอบคลุมโมดูลแบบคอมแพกต์สำหรับติดตั้งในตู้ควบคุม (ระดับการป้องกัน IP20) รวมถึงอุปกรณ์ที่ทนทานสำหรับติดตั้งโดยตรงบนเครื่องจักร (ระดับการป้องกัน IP65, IP67 และ IP69K)

เอที 200 เอสพี มอบไอ/โอที่มีขนาดกะทัดรัดและ ปรับขยายได้ สำหรับงานอัตโนมัติทั่วไป ในขณะที่ เอที 200 เอ็มพี รองรับการใช้งานแบบโมดูลาร์ที่มีประสิทธิภาพสูง ET 200AL ออกแบบมาสำหรับพื้นที่ติดตั้งที่จำกัดและส่วนของเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ ET 200pro นำฟังก์ชันการควบคุมและอินพุต/เอาต์พุตแบบโมดูลาร์ออกนอกตู้ควบคุม ส่วน ET 200eco PN ให้บล็อกอินพุต/เอาต์พุตที่ทนทานสำหรับการติดตั้งระดับสนาม ระบบทั้งสามนี้ร่วมกันสร้างพื้นฐานที่ยืดหยุ่นสำหรับระบบอัตโนมัติแบบกระจายศูนย์รุ่นใหม่

ทำไม อินพุต/เอาต์พุตแบบกระจาย เข้าใกล้กระบวนการมากขึ้น

ในสถาปัตยกรรมแบบรวมศูนย์แบบดั้งเดิม สัญญาณจากภาคสนามจะถูกเชื่อมต่อแยกกันไปยัง การ์ดอินพุต/เอาต์พุต อยู่ในตู้ควบคุมหลัก วิธีนี้เรียบง่ายสำหรับเครื่องจักรขนาดเล็ก แต่ความต้องการสายเคเบิลจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อระยะห่างระหว่างตัวควบคุมกับอุปกรณ์ภาคสนามเพิ่มมากขึ้น สถานี I/O แบบกระจายจะรวบรวมสัญญาณใกล้เครื่องจักร และแลกเปลี่ยนข้อมูลกระบวนการกับตัวควบคุมผ่านเครือข่ายอุตสาหกรรม เช่น PROFINET ดังนั้น สัญญาณขาเข้าแบบดิจิทัล การวัดค่าแอนะล็อก สัญญาณขาออกสำหรับแอคทูเอเตอร์ ข้อมูล IO-Link และข้อมูลการวินิจฉัยจึงสามารถส่งผ่านโครงสร้างพื้นฐานการสื่อสารร่วมกันได้

สายเซนเซอร์และแอคทูเอเตอร์ที่สั้นลงสามารถลดปริมาณงานติดตั้ง การใช้รางเดินสาย และข้อผิดพลาดในการเดินสาย สถานีที่ตั้งอยู่แบบเฉพาะจุดยังช่วยให้การสร้างเครื่องจักรแบบโมดูลาร์ทำได้ง่ายขึ้น ตัวอย่างเช่น ส่วนสายพานลำเลียง หน่วยบรรจุภัณฑ์ หรือโครงสร้างกระบวนการ (process skid) สามารถออกแบบเป็นโมดูลเชิงฟังก์ชันหนึ่งหน่วย และเชื่อมต่อกับตัวควบคุมระดับสูงกว่าเมื่อประกอบสายการผลิต การเปลี่ยนแปลงทางสถาปัตยกรรมนี้ยังช่วยยกระดับความสามารถในการวินิจฉัยด้วย ระบบ I/O แบบกระจาย สามารถรายงานข้อผิดพลาดของช่องสัญญาณ การขาดของสายไฟ การลัดวงจร แรงดันโหลดที่หายไป และสถานะของอุปกรณ์ไปยังระบบอัตโนมัติ บุคลากรด้านการบำรุงรักษาจะได้รับข้อมูลที่แม่นยำยิ่งกว่าที่จะได้รับจากติดตั้งแบบขั้วต่อแบบดั้งเดิม

The ซีมาติก เอที 200 พอร์ตโฟลิโอ ครอบคลุมทั้งแบบติดตั้งในตู้ควบคุมและแบบติดตั้งบนเครื่องจักร ทำให้วิศวกรสามารถเลือกระดับการป้องกัน ความหนาแน่นของโมดูล อินเทอร์เฟซเครือข่าย และแนวคิดการให้บริการที่เหมาะสมกับแต่ละพื้นที่ของเครื่องจักร

ET 200SP และ เอที 200 เอ็มพี เพิ่มประสิทธิภาพระบบอัตโนมัติแบบติดตั้งในตู้ควบคุม

SIMATIC ET 200SP ออกแบบมาสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการความหนาแน่นของช่องสัญญาณสูงในตู้ควบคุมขนาดกะทัดรัด หรือกล่องควบคุมแบบกระจาย โครงสร้างแบบโมดูลาร์ประกอบด้วยโมดูลอินเทอร์เฟซ ซีพียู ไอโอ แบบดิจิทัลและแอนะล็อก โมดูลความปลอดภัยแบบล้มเหลวได้ โมดูลการสื่อสาร โมดูลเทคโนโลยี และส่วนประกอบสำหรับเริ่มต้นมอเตอร์

เทคโนโลยีขั้วต่อแบบดันเข้าช่วยให้การเดินสายในสถานที่ทำได้ง่ายขึ้น ขณะที่แนวคิด BaseUnit แยกฟังก์ชันของขั้วต่อออกจากโมดูลอิเล็กทรอนิกส์ ขึ้นอยู่กับการตั้งค่า โมดูลสามารถเปลี่ยนหรือซ่อมบำรุงได้โดยไม่จำเป็นต้องถอดสถานีทั้งหมดออก การวินิจฉัยข้อผิดพลาดทั้งในระดับช่องสัญญาณและระดับโมดูลที่รวมอยู่ภายในช่วยให้ช่างเทคนิคระบุปัญหาได้อย่างรวดเร็ว

The ระบบ ET 200SP ยังรองรับสถาปัตยกรรมการสื่อสารที่หลากหลาย ความสามารถ MultiFieldbus ทำให้การตั้งค่าบางแบบสามารถทำงานร่วมกับ PROFINET, EtherNet/IP หรือ Modbus TCP ได้ ซึ่งมอบความยืดหยุ่นมากขึ้นแก่ผู้ผลิตเครื่องจักรในการจัดจำหน่ายอุปกรณ์ให้ลูกค้ากลุ่มต่าง ๆ โมดูลแม่แบบ IO-Link ให้การเชื่อมต่อเพิ่มเติมสำหรับเซ็นเซอร์และแอคทูเอเตอร์อัจฉริยะ

เอที 200 เอ็มพี ให้ช่วงประสิทธิภาพที่ต่างกัน มีการใช้เทคโนโลยีอินพุต/เอาต์พุตแบบโมดูลาร์ที่เกี่ยวข้องกับซิมาติก เอสเซเวน-๑๕๐๐ และเหมาะสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการการประมวลผลสัญญาณความเร็วสูง การซิงโครไนซ์อย่างแม่นยำ หรือการจัดวางโมดูลแบบรวมศูนย์ในขนาดใหญ่ สามารถติดตั้งเป็นอินพุต/เอาต์พุตแบบท้องถิ่นคู่กับคอนโทรลเลอร์ เอสเซเวน-๑๕๐๐ หรือใช้งานในสถานีแบบกระจายผ่านโมดูลอินเทอร์เฟซที่เหมาะสม

ดังนั้น, ET 200SP มักถูกเลือกใช้เมื่อความกะทัดรัดและการขยายจำนวนช่องสัญญาณอย่างยืดหยุ่นเป็นข้อกำหนดหลัก ส่วนเอที ๒๐๐เอ็มพี เหมาะสมยิ่งสำหรับเครื่องจักรและระบบการผลิตขั้นสูงที่ความเร็วในการประมวลผล ความแม่นยำของการวัด และการดำเนินงานแบบระบุเวลาแน่นอนมีความสำคัญมากกว่า

เอที ๒๐๐เอแอล และ ET 200pro นำอินพุต/เอาต์พุตไปยังเครื่องจักรโดยตรง

การกำจัดตู้ควบคุมจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ฮาร์ดแวร์อินพุต/เอาต์พุตที่ทนต่อฝุ่น แรงสั่นสะเทือน น้ำมัน ความชื้น และแรงกระแทกด้านกล ซิมาติก เอที ๒๐๐เอแอล และ ET 200pro ตอบสนองเงื่อนไขเหล่านี้ด้วยเปลือกหุ้มที่ได้รับการป้องกันและเทคโนโลยีการเชื่อมต่อที่ออกแบบเฉพาะสำหรับการใช้งานภาคสนาม

ซิมาติก เอที ๒๐๐เอแอล เป็นระบบที่มีขนาดกะทัดรัดและมีค่าการป้องกัน IP65/67 ซึ่งพัฒนาขึ้นสำหรับพื้นที่ติดตั้งที่จำกัด โมดูลที่มีความแคบและเบาสามารถติดตั้งได้ในหลายทิศทาง รวมถึงบนส่วนประกอบของเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ การใช้ขั้วต่อแบบ M8 และ M12 ช่วยให้สามารถเชื่อมต่อเซนเซอร์และแอคทูเอเตอร์ได้โดยไม่จำเป็นต้องใช้แผ่นขั้วต่อแบบดั้งเดิม

การประยุกต์ใช้งาน ET 200AL โดยทั่วไป ได้แก่ เครื่องจักรประกอบ ระบบจัดการวัสดุ อุปกรณ์บรรจุภัณฑ์ขนาดกะทัดรัด และส่วนต่าง ๆ ของเครื่องจักรที่มีข้อจำกัดด้านน้ำหนักและพื้นที่ติดตั้ง การวางอุปกรณ์ I/O ใกล้กับอุปกรณ์ภาคสนามช่วยลดความยาวของสายไฟ และอาจลดความเสี่ยงต่อความเสียหายของสายไฟในระบบที่มีการเคลื่อนไหว

SIMATIC ET 200PRO ให้แพลตฟอร์มที่มีความยืดหยุ่นและแยกส่วนมากขึ้นภายใต้มาตรฐาน IP65/67 สำหรับการติดตั้งโดยตรงบนเครื่องจักร นอกจากอุปกรณ์ I/O มาตรฐานและแบบ fail-safe แล้ว ระบบยังสามารถรองรับฟังก์ชันการสื่อสาร สตาร์ทเตอร์มอเตอร์ และคอนโทรลเลอร์แบบกระจายได้ ทำให้เหมาะสำหรับระบบลำเลียง สายการผลิตยานยนต์ ระบบโลจิสติกส์ และเครื่องจักรอื่น ๆ ที่ต้องการสถานีควบคุมอัตโนมัติระดับท้องถิ่นที่มีขนาดใหญ่ขึ้น

ดังนั้น ET 200pro จึงสามารถทำหน้าที่ได้มากกว่าการเป็นอินเทอร์เฟซสัญญาณระยะไกลเพียงอย่างเดียว ด้วย CPU ที่ติดตั้งในตัว ส่วนของเครื่องจักรสามารถประมวลผลงานควบคุมแบบท้องถิ่นได้ ขณะยังคงเชื่อมต่อกับเครือข่ายโรงงานอยู่ แนวคิดการกระจายปัญญา (distributed intelligence) แบบนี้ช่วยลดเวลาตอบสนอง และทำให้โมดูลเครื่องจักรมาตรฐานสามารถนำกลับมาใช้ซ้ำได้ง่ายขึ้น

ET 200eco PN ขยายขีดความสามารถของบล็อก I/O แบบไม่ต้องใช้ตู้ควบคุม

ไม่ใช่ทุกแอปพลิเคชันที่จำเป็นต้องใช้สถานีแบบโมดูลาร์ เมื่อมีจำนวนช่องสัญญาณที่กำหนดไว้แน่นอนซึ่งต้องติดตั้งโดยตรงในพื้นที่ภาคสนาม SIMATIC ET 200eco PN จึงมีทางเลือกบล็อก I/O แบบกะทัดรัดให้ใช้งาน

ET 200eco PN มีความเหมาะสมเป็นพิเศษสำหรับสายพานลำเลียง ระบบจัดการวัสดุ อุปกรณ์ที่ใช้งานภายนอกอาคาร และพื้นที่การผลิต ซึ่งการติดตั้งตู้ควบคุมเพิ่มเติมอาจทำให้ต้นทุนสูงขึ้น หรือใช้พื้นที่อันมีค่าไป ฟังก์ชันมาตรฐานทั้งแบบดิจิทัล แอนะล็อก IO-Link และฟังก์ชันความปลอดภัย (fail-safe) ทำให้ระบบสามารถรองรับความต้องการต่าง ๆ ที่ระดับภาคสนามได้อย่างครอบคลุม

การเลือกระหว่าง ET 200eco PN, ET 200AL และ ET 200pro ขึ้นอยู่กับมากกว่าเพียงแค่การปกป้องสิ่งแวดล้อม วิศวกรจำเป็นต้องพิจารณาว่าแอปพลิเคชันนั้นต้องการอินพุต/เอาต์พุตแบบบล็อกคงที่หรือการขยายแบบโมดูลาร์ ความสามารถในการควบคุมแบบท้องถิ่น ช่องทางที่มีความปลอดภัยสูง (fail-safe) ฟังก์ชันการจัดการมอเตอร์ ความยืดหยุ่นในการเปลี่ยนโมดูล และความจุในอนาคต

โครงสร้างเครือข่าย การแบ่งส่วนแหล่งจ่ายไฟ ความเข้ากันได้ด้านแม่เหล็กไฟฟ้า การเข้ารหัสขั้วต่อ และความสะดวกในการบำรุงรักษา ก็ควรได้รับการประเมินในระหว่างการออกแบบ การย้ายอินพุต/เอาต์พุตให้ใกล้กับเครื่องจักรมากขึ้นจะช่วยลดสายไฟแบบดั้งเดิม แต่ก็ทำให้ความสำคัญของการติดตั้งภาคสนามอย่างสอดประสานกัน และการวินิจฉัยอุปกรณ์เพิ่มมากขึ้น

บทสรุป

SIMATIC ET 200 แสดงให้เห็นว่าระบบอินพุต/เอาต์พุตแบบกระจาย (distributed I/O) ได้พัฒนาขึ้นจากส่วนขยายระยะไกลของ PLC แบบกลาง ไปสู่ชั้นระบบอัตโนมัติที่สมบูรณ์แบบ

โดยการจับคู่แต่ละพื้นที่ของเครื่องจักรกับ ครอบครัว ET 200 , ผู้ผลิตสามารถลดจำนวนสายไฟ ปรับปรุงการวินิจฉัยปัญหา และสร้างระบบการผลิตที่มีลักษณะโมดูลาร์มากยิ่งขึ้น ผลลัพธ์คือสถาปัตยกรรมระบบอัตโนมัติที่ขยายตัวตั้งแต่ตู้ควบคุมไปจนถึงเครื่องจักรเอง โดยยังคงรักษาแนวทางการสื่อสาร การวิศวกรรม และการบำรุงรักษาที่สอดคล้องกัน