作者： Art Pini

工廠和工業(yè)自動化系統(tǒng)必須通過通信鏈路將操作人員、機械、計算機和傳感器可靠地連接起來。這一過程通常從原材料開始，經(jīng)過一系列工作崗位，在工廠自動化系統(tǒng)的控制下完成產(chǎn)品成型、測量、校準、檢驗、包裝和運輸。

這些系統(tǒng)從數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng) (SCADA) 架構開始，由計算機和網(wǎng)絡通信系統(tǒng)對生產(chǎn)流程進行高級監(jiān)督和控制。SCADA 系統(tǒng)通常距離實際生產(chǎn)設施較遠，而遠程操作通常需要利用云數(shù)據(jù)服務 (CDS) 來完成，該服務用于提供數(shù)據(jù)鏈路和群組互操作性。

SCADA 系統(tǒng)通過本地可編程邏輯控制器 (PLC) 控制機器，并通過指導機器工作的聯(lián)網(wǎng)傳感器接收反饋，以此來管理和監(jiān)控工廠的運營。PLC 與加工廠或機械設備連接。遠程輸入/輸出 (I/O) 組件是自動化工廠的通信主干，如圖 1 所示。

圖 1：遠程 I/O 組件構成了現(xiàn)代自動化工廠的神經(jīng)系統(tǒng)。（圖片來源：Banner Engineering）

分立式傳感器和執(zhí)行器用于監(jiān)測和控制本地操作。這些器件的信號使用合適的集線器鏈接起來，并發(fā)送到主機進行本地處理，然后再發(fā)送到 SCADA 系統(tǒng)。

工業(yè)數(shù)據(jù)總線

自動化機器可以使用許多傳感器或執(zhí)行器，但它們直接連接到控制室需要鋪設大量昂貴的電纜。為了避免這種情況，設計人員開發(fā)了多種傳感器總線來整合此類連接。Modbus 和 IO-Link 是兩種廣泛使用的網(wǎng)絡（圖 2）。

圖 2：IO-Link 和 Modbus 網(wǎng)絡可減少自動化機器中使用的線纜數(shù)量，并且支持使用標準化電纜組件。（圖片來源：Banner Engineering）

這些網(wǎng)絡可減少通過集線器和控制器連接到控制室的線纜數(shù)量。還支持使用標準化電纜組件，從而降低布線和維護成本。

[Banner Engineering] 設計的遠程 I/O 塊可幫助自動化機器設計人員增強其控制系統(tǒng)架構。他們提供的產(chǎn)品通過將多種信號組合成一個集成數(shù)據(jù)流來降低布線復雜性，從而降低了安裝、集成和診斷成本。

遠程 I/O 塊示例

Banner Engineering 的 [DXMR90-X1]可編程控制器（圖 3）有七個 I/O 端口，可組合多個來源的數(shù)據(jù)，同時還能在數(shù)據(jù)發(fā)送到 SCADA 系統(tǒng)之前進行本地處理。此控制器可收集來自各種傳感器的數(shù)據(jù)并將其轉換為符合標準以太網(wǎng)協(xié)議要求。七個端口包括四個獨立的 Modbus 主機，支持最多四個獨立網(wǎng)絡。它還可將 Modbus 從機設備數(shù)據(jù)部署到 EtherNet/IP、Modbus TCP 或 PROFINET 網(wǎng)絡。該控制器由 12 V 至 30 V 直流電源供電，12 V 時功耗為 120 mA，并利用 LED 指示燈報告其狀態(tài)。

圖 3：DXMR90-X1 控制器有七個 I/O 端口。（圖片來源：Banner Engineering）

此控制器的外殼緊湊，侵入防護 (IP) 等級為 IP67，這意味著它能夠防塵，并且短時間浸入水中不會進水。其額定工作溫度范圍為 -40 至 +70°C。

DXMR90-X1 采用標準 M12 連接器，其中單個公 M12 端口（端口 0）用于電源和 Modbus RS-485 連接，單個母 M12 端口用于菊花鏈連接端口 0 連接。另外還有四個用于 Modbus 主機連接的母 M12 端口和一個母 M12 D 編碼以太網(wǎng)連接器。

該控制器通過集線器耦合至遠程傳感器。Banner Engineering [R95C-8B21-KQ]是一個八端口 IO-Link 集線器（圖 4），可輕松將非 IO-Link 器件連接到 IO-Link 系統(tǒng)。此集線器可將兩個分立通道連接到八個四針 M12 連接器端口，而這些端口則可配置為 16 個輸入或 8 個輸入和 8 個輸出。來自通道的數(shù)據(jù)連接到 IO-Link 主機。

圖 4：R95C-8B21-KQ 八端口集線器支持 NPN 和 PNP 輸出。LED 指示燈用于報告端口活動和 IO-Link 狀態(tài)。（圖片來源：Banner Engineering）

每個端口的兩個可配置 I/O 引腳支持 PNP（源型）或 NPN（漏型）輸出。每一側都有指示端口活動的 LED，因此安裝靈活。此集線器還支持主機鏡像，其中選定的端口輸入或輸出離散信號可以路由到 PLC 或主機連接。

集線器的額定工作電壓為 18 V 至 30 VDC，最大電流消耗為 400 mA。它可以為每個端口提供高達 500 mA 的直通電流，并且具有反極性和功率瞬變保護功能。

此集線器采用堅固的鍍鎳黃銅和 PVC 機身，防護等級可達 IP65、IP67 和 IP68，適合室內(nèi)使用。

模擬信號出現(xiàn)的時間早于自動化，但由于許多傳感器仍將其作為輸出，因此需要按照 Modbus 或 IO-Link 協(xié)議對模擬信號進行轉換。Banner Engineering [R45C-2K-MQ]2 端口轉換器可讀取電壓或電流兩個模擬信號，然后按 Modbus 協(xié)議輸出。模擬輸入通過兩個 M12 母頭連接器輸入，而輸出則通過一個五針 M12 公頭連接器輸出。LED 用于指示輸入和輸出狀態(tài)。R45C-2K-MQ 由 18 至 30 VDC 電源供電，24 V 時最大電流消耗為 4 A。該轉換器的工作溫度范圍為 -40 至 70°C，環(huán)境防護等級為 IP65、IP67 和 IP68，僅適合室內(nèi)使用。

數(shù)據(jù)轉換器還可接收主控制器發(fā)出的數(shù)字命令，并為氣動執(zhí)行器、電磁閥或電機起動器等設備輸出模擬電壓。該轉換器可以位于受控設備附近，以最大限度減少模擬信號損失和電磁干擾。Banner Engineering [R45C-K-UQ] 轉換器（圖 5）可讓自動化設計人員通過從 IO-Link 主機發(fā)送數(shù)值模擬值來輸出電壓或電流模擬值。此轉換器的輸出電壓范圍為 0 V 至 11 V，輸出電流范圍為 0 mA 至 24 mA。

圖 5：IO-Link 轉模擬輸出轉換器可產(chǎn)生由 IO-Link 主機控制的電流或電壓輸出。（圖片來源：Banner Engineering）

與其他 Banner Engineering 遠程 I/O 器件一樣，其環(huán)境防護等級為 IP65、IP67 和 IP68，工作溫度范圍為 -40 至 70°C。該器件可由 18 至 30 VDC 電源供電，僅消耗 50 mA 電流，并且可傳輸高達 4 A 的最大電流。它通過傳統(tǒng)的四針 M12 公連接器連接到 IO-Link 主機。模擬輸出采用四針母 M12 連接器。

結語

Banner Engineering 遠程 I/O 塊可幫助自動化設計人員優(yōu)化控制系統(tǒng)的部署。多協(xié)議支持可減少線纜數(shù)量并降低安裝成本，而板載可編程性則可提供設計靈活性并簡化系統(tǒng)集成。

審核編輯 黃宇