Từ tủ điều khiển đến máy: SIMATIC ET 200 nâng cao kiến trúc I/O phân tán

Giới thiệu

Các kiến trúc tự động hóa công nghiệp ngày càng trở nên phi tập trung hơn. Thay vì kéo từng cáp cảm biến và cơ cấu chấp hành về một tủ điều khiển trung tâm lớn, các nhà sản xuất máy móc và người vận hành nhà máy đang đưa các chức năng đầu vào và đầu ra gần hơn với quy trình sản xuất. Siemens đáp ứng những yêu cầu này thông qua Simatic Dòng sản phẩm I/O phân tán ET 200 . Gia đình sản phẩm này bao gồm các mô-đun IP20 nhỏ gọn dành cho tủ điều khiển cũng như các thiết bị bền bỉ đạt chuẩn IP65, IP67 và IP69K để lắp đặt trực tiếp trên máy móc.

ET 200SP cung cấp giải pháp I/O nhỏ gọn và có thể mở rộng cho tự động hóa nói chung, trong khi ET 200MP hỗ trợ các ứng dụng mô-đun hiệu suất cao. ET 200AL được thiết kế cho không gian lắp đặt hạn chế và các phần máy chuyển động. ET 200pro mang chức năng điều khiển và I/O mô-đun ra ngoài tủ điện, còn ET 200eco PN cung cấp khối I/O bền bỉ dành cho lắp đặt ở cấp độ hiện trường. Cùng nhau, những hệ thống này tạo thành nền tảng linh hoạt cho tự động hóa phân tán hiện đại.

TẠI SAO I/O phân tán Đang tiến gần hơn tới quy trình

Trong kiến trúc tập trung truyền thống, tín hiệu hiện trường được kết nối riêng lẻ tới Các thẻ I/O trong tủ điều khiển chính. Cách tiếp cận này đơn giản đối với các máy nhỏ, nhưng yêu cầu cáp tăng nhanh khi khoảng cách giữa bộ điều khiển và thiết bị trường gia tăng. Một trạm I/O phân tán thu thập tín hiệu gần máy và trao đổi dữ liệu quy trình với bộ điều khiển thông qua mạng công nghiệp như PROFINET. Do đó, đầu vào kỹ thuật số, phép đo tương tự, đầu ra cơ cấu chấp hành, dữ liệu IO-Link và thông tin chẩn đoán có thể được truyền qua một cơ sở hạ tầng truyền thông chung.

Cáp cảm biến và cơ cấu chấp hành ngắn hơn có thể giảm khối lượng lắp đặt, mức độ sử dụng máng cáp và sai sót đấu nối. Các trạm cục bộ cũng giúp việc xây dựng máy theo mô-đun trở nên dễ dàng hơn. Một đoạn băng tải, đơn vị đóng gói hoặc cụm quy trình có thể được thiết kế như một mô-đun chức năng và kết nối với bộ điều khiển cấp cao hơn khi dây chuyền sản xuất được lắp ráp. Thay đổi kiến trúc này còn cải thiện khả năng chẩn đoán. Các hệ thống I/O phân tán hiện đại có thể báo cáo các sự cố kênh, đứt dây, chập mạch, mất điện áp tải và trạng thái thiết bị tới hệ thống tự động hóa. Nhân viên bảo trì nhận được thông tin chính xác hơn so với việc sử dụng hệ thống đầu cuối truyền thống.

Các Dòng sản phẩm SIMATIC ET 200 bao gồm cả cấu hình lắp trong tủ điều khiển và lắp trực tiếp trên máy, cho phép kỹ sư lựa chọn cấp độ bảo vệ, mật độ module, giao diện mạng và khái niệm dịch vụ phù hợp với từng khu vực máy.

ET 200SP và ET 200MP Tối ưu hóa tự động hóa dựa trên tủ điều khiển

SIMATIC ET 200SP được thiết kế cho các ứng dụng yêu cầu mật độ kênh cao trong tủ điều khiển nhỏ gọn hoặc hộp điều khiển phân tán. Cấu trúc mô-đun của nó bao gồm module giao diện, CPU, I/O số và tương tự, module an toàn, module truyền thông, module công nghệ và thành phần khởi động động cơ.

Công nghệ đầu nối đẩy vào đơn giản hóa việc đi dây tại hiện trường, trong khi khái niệm BaseUnit tách biệt chức năng đầu nối khỏi mô-đun điện tử. Tùy theo cấu hình, các mô-đun có thể được thay thế hoặc bảo trì mà không cần tháo dỡ toàn bộ trạm. Chẩn đoán tích hợp cho kênh và mô-đun giúp kỹ thuật viên xác định sự cố một cách nhanh chóng.

Các Hệ thống ET 200SP cũng hỗ trợ các kiến trúc truyền thông khác nhau. Chức năng MultiFieldbus cho phép một số cấu hình hoạt động với PROFINET, EtherNet/IP hoặc Modbus TCP, mang lại độ linh hoạt cao hơn cho nhà sản xuất máy móc khi cung cấp thiết bị cho các khách hàng khác nhau. Các mô-đun chủ IO-Link cung cấp thêm một lớp kết nối cho cảm biến và cơ cấu chấp hành thông minh.

ET 200MP phục vụ một dải hiệu năng khác nhau. Thiết bị sử dụng công nghệ I/O mô-đun liên quan đến SIMATIC S7-1500 và phù hợp với các ứng dụng yêu cầu xử lý tín hiệu tốc độ cao, đồng bộ hóa chính xác hoặc cấu hình mô-đun tập trung quy mô lớn. Thiết bị có thể được lắp đặt như I/O cục bộ bên cạnh bộ điều khiển S7-1500 hoặc được sử dụng trong trạm phân tán thông qua mô-đun giao diện thích hợp.

Vì vậy, ET 200SP thường được lựa chọn khi độ nhỏ gọn và khả năng mở rộng kênh linh hoạt là các yêu cầu hàng đầu, trong khi ET 200MP lại rất phù hợp với các máy móc và hệ thống sản xuất tinh vi, nơi tốc độ xử lý, độ chính xác đo lường và tính vận hành xác định mới là yếu tố quan trọng hơn.

ET 200AL và ET 200pro Đưa I/O trực tiếp tới máy móc

Việc loại bỏ tủ điều khiển đòi hỏi phần cứng I/O có khả năng chịu đựng bụi, rung động, dầu, độ ẩm và va đập cơ học. SIMATIC ET 200AL và ET 200pro giải quyết những điều kiện này bằng cách sử dụng vỏ bảo vệ và công nghệ kết nối định hướng theo hiện trường.

SIMATIC ET 200AL là một hệ thống nhỏ gọn đạt chuẩn IP65/67, được phát triển dành cho các không gian lắp đặt chật hẹp. Các mô-đun mỏng và nhẹ của nó có thể được lắp đặt ở nhiều hướng khác nhau, kể cả trên các bộ phận máy chuyển động. Các đầu nối M8 và M12 cho phép kết nối cảm biến và cơ cấu chấp hành mà không cần sử dụng thanh đấu dây thông thường.

Các ứng dụng điển hình của ET 200AL bao gồm máy lắp ráp, hệ thống xử lý vật liệu, thiết bị đóng gói nhỏ gọn và các phân đoạn máy có giới hạn về trọng lượng và không gian lắp đặt. Việc bố trí I/O gần thiết bị hiện trường giúp giảm chiều dài cáp và có thể làm giảm nguy cơ hư hại dây dẫn trong các ứng dụng có chuyển động.

SIMATIC ET 200PRO cung cấp một nền tảng IP65/67 linh hoạt hơn theo kiểu mô-đun để lắp đặt trực tiếp trên máy. Ngoài các I/O tiêu chuẩn và an toàn (fail-safe), hệ thống còn có thể tích hợp các chức năng truyền thông, bộ khởi động động cơ và bộ điều khiển phân tán. Nhờ đó, hệ thống phù hợp với các băng tải, dây chuyền sản xuất ô tô, hệ thống hậu cần và các loại máy khác yêu cầu một trạm tự động hóa cục bộ có quy mô lớn hơn.

Do đó, ET 200pro có thể hoạt động như hơn một giao diện tín hiệu từ xa. Với bộ vi xử lý trung tâm tích hợp, một phân đoạn máy móc có thể xử lý các tác vụ điều khiển cục bộ trong khi vẫn duy trì kết nối với mạng nhà máy. Khái niệm trí tuệ phân tán này giúp giảm thời gian phản ứng và làm cho các mô-đun máy tiêu chuẩn dễ tái sử dụng hơn.

ET 200eco PN mở rộng khối I/O không cần tủ điện

Không phải mọi ứng dụng nào cũng yêu cầu một trạm dạng mô-đun. Khi một số kênh xác định cần được lắp đặt trực tiếp tại hiện trường, SIMATIC ET 200eco PN cung cấp một giải pháp thay thế khối I/O nhỏ gọn.

ET 200eco PN đặc biệt phù hợp cho các dây chuyền băng tải, hệ thống xử lý vật liệu, thiết bị ngoài trời và khu vực sản xuất—nơi việc lắp thêm một tủ điều khiển sẽ làm tăng chi phí hoặc chiếm dụng không gian quý giá. Các chức năng tiêu chuẩn bao gồm kỹ thuật số, tương tự, IO-Link và an toàn (fail-safe) cho phép hệ thống đáp ứng đa dạng yêu cầu ở cấp độ hiện trường.

Sự lựa chọn giữa ET 200eco PN, ET 200AL và ET 200pro phụ thuộc vào nhiều yếu tố hơn là chỉ bảo vệ môi trường. Các kỹ sư phải xem xét liệu ứng dụng có yêu cầu đầu vào/đầu ra (I/O) khối cố định hay khả năng mở rộng theo mô-đun, khả năng điều khiển tại chỗ, kênh an toàn (fail-safe), chức năng quản lý động cơ, tính linh hoạt khi thay thế mô-đun và khả năng mở rộng trong tương lai.

Cấu trúc mạng, phân đoạn nguồn điện, khả năng tương thích điện từ, mã hóa đầu nối và khả năng tiếp cận để bảo trì cũng cần được đánh giá trong giai đoạn thiết kế. Việc đặt I/O gần máy hơn giúp giảm thiểu việc đi dây truyền thống, nhưng đồng thời làm tăng tầm quan trọng của việc lắp đặt tại hiện trường một cách đồng bộ và chẩn đoán thiết bị.

Kết luận

SIMATIC ET 200 cho thấy cách thức hệ thống I/O phân tán đã phát triển từ một phần mở rộng từ xa của PLC trung tâm thành một lớp tự động hóa hoàn chỉnh.

Bằng cách ghép mỗi khu vực máy với Dòng sản phẩm ET 200 phù hợp , các nhà sản xuất có thể giảm lượng dây cáp, cải thiện khả năng chẩn đoán và xây dựng các hệ thống sản xuất mô-đun hơn. Kết quả là một kiến trúc tự động hóa mở rộng từ tủ điều khiển đến chính máy móc, đồng thời duy trì các thực tiễn giao tiếp, kỹ thuật và bảo trì nhất quán.