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远程I/O系统

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远程I/O系统

发布日期:2018-06-05 15:23 来源:http://www.shokkho.com 点击:

一、应用背景说明


笔者负责的某厂的生产线项目,电气系统以PLC为核心控制器,PLC型号为客户指定,即OM公司的CJ2M系列,该型PLC具有内置EtherNET/IP协议的网口。系统中还包括变频器、人机界面、传感器与执行器件等,其中变频器控制线体的启停,现场分布了很多接近传感器及气缸(电磁阀),主要作用是采集物料的有无信息与控制物料的放行,经统计输入输出点各有25个左右。


由于现场空间受限,PLC控制柜体离线体较远,加之传感器与电磁阀数量较多,如果传感器与电磁阀直接与控制柜相连,将会存在几个不便之处。首先,费时费力,布线时需要将传感器和电磁阀的出线端长距离的联接到控制柜,增加布线时间及出错几率;再次,导致现场走线混乱,不利于布线美观;最后,缺乏灵活性,如若增加IO点或者移动位置,走线或者拆装将更加麻烦。鉴于上述因素,远程IO产品将是首选的解决方案,灵活的设计与布线、高效性和简便性等特点越来越受到广大用户的青睐,可有效而快速的实现信号和数据的传输。


针对本项目,需要在现场放置操作柜,用于安装远程IO产品,现场所有的传感器和电磁阀线缆均进入操作柜,与远程IO系统的输入输出模块相连。远程IO系统一般包括有总线接口模块和IO模块,针对本项目,总线接口模块必须具有EtherNET/IP协议,才能完成PLC与接口模块的硬件组态,为了使IO点有一点的余量,也为了紧凑一点,故各选择16点的输入输出模块各需要2个,此外还要求整套远程IO系统价格便宜,IO模块具有接线简单快速的特点。由于远程IO系统放置在操作柜,对其的IP等级或者外形尺寸不做严格要求。

 

二、产品选型及实际应用


远程IO产品的市场份额基本上被国外品牌所占有,常见的品牌主要有P公司、W公司,Weidmuller公司,三家均有各种总线协议的远程IO产品,本项中在操作柜内需要加装传感器与执行器接线端子,为现场传感器与电磁阀提供供电和IO点转接功能,本项目中使用的传感器和电磁阀均为24VDC高电平有效。首先对总线模块进行选型,其选型要点就是选择带有EtherNET/IP协议网口,并且可用于控制柜。


AXL F BK EIP是P公司EtherNET/IP协议的总线模块,宽高深尺寸为45/125.9/74 mm, AXL F DI16/1 1H为16点高电平输入有效输入模块,AXL F DO16/1 1H为16点高电平输出模块,两种IO模块宽高深尺均为35/126.1/54mm。


750-352是W公司EtherNET/IP协议的总线模块,宽高深尺寸50/97/65mm,750-1405是16点的输入模块,750-1504是16点的输出模块,两种IO模块宽高深尺寸均为12/100/65mm,此外还需另选一个电源模块,如较为经济的供电模块750-602,并且有时在通讯配置时为了能够建立连接必须保证通讯字节为偶数,硬件选型时还需额外再选择带有一个字节的模块。


UR20-FBC-EIP是Weidmuller公司EtherNET/IP协议的总线模块,宽高深尺寸52/120/76mm,UR20-16DI-P是16点的输入模块,UR20-16DO-P是16点的输出模块,两种IO模块宽高深尺寸均为11.5/120/76mm。 

 

本项目中由于需要一个接口模块、两个输出模块、两个输入模块,三家的产品总体宽高深尺寸相差很小,由于操作柜内空间相对充足,故外形尺寸不作为选型的关键因素;从外形结构上看,P公司和W公司IO模块的连接器呈两排以上的分布结构,Weidmuller采用的是单排分布结构,连接器的多排结构对现场接线以及以后的查线维护等均存在不方便,容易混乱,而结构清晰的单排连接器,清晰容易识别,有效防止误接线,并能在维护时快速查找故障点;从接线方便程度上来比较,W公司接线需要一字螺丝刀进行接线,P公司与Weidmuller公司的产品采用的是直插式接线技术,无需工具,接线操作简单且节约时间;从IO系统硬件配置方面考虑,在外接多个传感器与执行器时,P公司和W公司均需要另选电源模块,而Weidmuller总线模块的最大馈电输入和输出电流高达10A,除传感器与执行器数量十分巨大的情况下,其他情况均能满足实际需求,本项目无需另外选择供电模块,进而无需增加额外成本;通过与相应的代理商询价可知,整套的IO系统的价格情况:由于P公司和W公司的IO系统由于另外选择了一个供电模块,W公司要求的附件较多,整体的价格略高于Weidmuller。综合以上的几个关键因素,本项目最终选择了Weidmuller的IP20远程I/O产品。


                                           

                       图1 接口模块的外观图                                                     图2 输入输出模块外观示意图

 

总线接口模块UR20-FBC-EIP输入输出供电及系统供电均为24VDC,采用EtherNet/IP现场总线协议,带有两个RJ45网口,可实现多个模块的级联,配置接口为Micro USB 2。0,最多可带64个IO模块,具有2×10A的馈电电路,一般情况下无需额外增加供电模块,这也是Weidmuller远程IO产品的一大亮点。此外该模块的具有web服务器,可通过USB服务端口登录接口模块,读取模块的所有信息。UR20-16DI-P与UR20-16DO-P分别是带有16通道的数字量输入模块与输出模块,两者有效信号均为24V高电平,均为1线制连接方式,UR20-16DI-P具有反极性保护功能,UR20-16DO-P具有短路保护功能。

 

本项目中,PLC控制柜到操作柜只需两根线缆即可,一种是网线用于通讯,一根是24VDC供电线,走线非常的方便。由于模块采用的是“PUSH IN”直插式接线技术,在项目现场接线操作时,配线人员根本不用工具即可完成配线工作,方便快捷,现场所有的传感器与电磁阀线缆均联接到操作柜内,为了实现与CJ2M型PLC的通讯,首先使用USB线缆将电脑连接,主要设置总线接口模块的IP地址,接下来需要在OM公司的网络配置软件内进行通讯配置,主要步骤有:在配置软件内安装总线接口模块的EDS文件,再将两者的IP地址设为同一网段,最后进行通讯的字节匹配,完成配置进行下载。当两个器件上的通讯指示灯亮时,表示通讯建立完成。通讯配置过程非常简单,当两者成功建立连接后,PLC即可采集传感器的信号状态以及控制气缸(电磁阀)动作。


  

图3 通讯配置页面

 

Weidmuller的远程IO系统为提供了高效、可靠、简便的解决方案,模块化和超薄的设计不仅可缩小控制柜尺寸,更重要的是有助于设计人员直观且灵活的设计。此外针对远程IO系统,Weidmuller推出了申请样品服务,方便进行测试。


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