In diesem Artikel sprechen wir über dezentrale Peripheriegeräte oder verteilte IOs. Wir werden uns nicht mit dem TIA-Portal befassen, sondern nur diskutieren, was verteilte IOs sind und warum wir sie brauchen.
Inhalt:
- Was sind externe Peripheriegeräte oder verteilte IOs?
- Ein einfaches Beispiel, um die Notwendigkeit verteilter IOs zu erklären.
o 1 Maschine mit einer SPS auf der Maschine.
o 1 Maschine mit der SPS ist weit weg an einem sicheren Ort.
o 2 oder mehr Maschinen mit derselben SPS
o eine bereits installierte Maschine mit unterschiedlichen IO-Modulen (GSD-Dateien)
- Fazit
Externe Peripheriegeräte
Verteilte IO-Geräte sind Geräte, die in Automatisierungs- und Steuerungssystemen verwendet werden. Sie fungieren als Vermittler zwischen der zentralen Steuerung (SPS) und verschiedenen Sensoren und Aktoren, die in Ihrem Automatisierungsprozess installiert sind. Stellen Sie sie sich als Boten vor, die Informationen von Sensoren sammeln und Befehle an Aktoren übermitteln.
Verteilte IO
Dieser verteilte Ansatz vereinfacht die Verkabelung. Anstatt alle Kabel direkt zur SPS zu führen, installieren Sie diese verteilten IO-Geräte auf der Maschinenseite. Sie sammeln Informationen von Sensoren (wie Temperatur oder Bewegung) und senden Befehle an Aktuatoren (wie Motoren oder Ventile). Dadurch funktioniert das gesamte System reibungslos, mit weniger Verkabelung, und es ist auch einfacher zu verwalten und zu erweitern, was zu einer verbesserten Systemflexibilität führt.
Im nächsten Abschnitt werden wir anhand einiger Beispiele die Idee und die Notwendigkeit der verteilten IO auf einfachere Weise erklären.
Einfaches Beispiel zur Erklärung der Notwendigkeit der verteilten IO
Nehmen wir an, wir haben eine Produktionsmaschine, die über eine SPS gesteuert wird, egal welchen Typs, siehe Bild 1.
Bild 1. Produktionsmaschine, die über eine SPS gesteuert wird.
Wie Sie sehen, ist die SPS, die die Maschine steuert, vor Ort auf der Maschinenseite installiert. Wie wir wissen, sind SPS für den Betrieb in rauen Umgebungen ausgelegt. Daher ist es keine schlechte Idee, die SPS auf der Maschinenseite zu installieren, da sie den unterschiedlichen Betriebsbedingungen der Maschine standhalten kann, sei es hohe Umgebungstemperatur, Feuchtigkeit, Vibration usw.
Was ist nun, wenn wir unseren Prozess ändern und die Kontrolle über die Maschine erhöhen müssen, d. h. wir müssen die Anzahl der Ein- und Ausgänge der Maschine erhöhen? Dies bedeutet, dass wir eine größere SPS mit einer höheren Anzahl von IOs benötigen oder zumindest IO-Module zur aktuellen SPS hinzufügen müssen.
Sie sollten wissen, dass das Hinzufügen zusätzlicher IO-Module zur aktuellen SPS von der SPS abhängt, die Sie für Ihr Projekt ausgewählt haben, da jede SPS eine maximale Anzahl von IOs hat, die Sie der SPS hinzufügen können.
Wenn also die zusätzliche Anzahl von IOs, die wir benötigen, die maximale Anzahl von IOs übersteigt, die ich der SPS hinzufügen kann, muss ich eine größere SPS besorgen, und das bedeutet, dass ich Ihre Software für die neue SPS neu schreiben oder zumindest Ihr Projekt migrieren muss. Siehe Bild 2.
Bild 2. Größere SPS für neue Maschinenerweiterung.
Also mussten wir mit der neuen Erweiterung eine größere SPS besorgen.
JETZT haben wir gesagt, dass die SPS vor Ort installiert werden kann und für raue Umgebungen ausgelegt ist, aber normalerweise wird das nicht gemacht, und normalerweise wird die SPS weit weg an einem gut klimatisierten und geschützten Ort wie einem MCC-Raum installiert.
Das bedeutet, dass jedes Eingangs- oder Ausgangssignal unseres Prozesses von der Maschinenseite mit der SPS im MCC-Raum verbunden werden muss, also wenn ich 100 IO-Signale habe, muss ich 100 Signalkabel zwischen der Maschine und der SPS ziehen. Und wenn ich in Zukunft eine Erweiterung vornehmen muss, muss ich die zusätzlichen neuen Kabel verlegen. Siehe Bild 3.
Bild 3. Installation der SPS im MCC-Raum.
Wie Sie sehen, müssen wir jetzt für jedes IO-Signal, das wir in unserem Prozess haben, ein Kabel zwischen der SPS und der Maschine verlegen. Dies kann bei einer kleinen Maschine mit einer geringen Anzahl von IOs akzeptabel sein, aber nicht so sehr bei einem großen Prozess mit vielen IOs.
Da dies das Verlegen einer großen Anzahl von Kabeln beinhaltet, erhöht dies die Kosten dieses Prozesses und führt auch zu neuen Problemen, die berücksichtigt werden müssen, wie Kabelkanäle, EMV-Kompatibilität, Kabelkanäle und weitere zusätzliche Überlegungen.
Und hier werden die externen Peripheriegeräte oder verteilten IO-Module sehr nützlich. Siehe Bild 4.
Bild 4. Verwenden eines verteilten IO-Geräts
Ein verteiltes IO-Modul ist einfach ein IO-Modul, das auf der Maschinenseite installiert werden kann, um alle Eingaben des Prozesses zu sammeln und an die SPS zu senden. Außerdem erhält es das Ausgabesignal von der SPS und sendet es an zugehörige Betätigungsgeräte.
Wie Sie auf dem Bild sehen können, wird die Verbindung zwischen der SPS und der Maschine jetzt hergestellt, indem ein Kommunikationskabel zwischen dem verteilten IO-Gerät und der SPS gezogen wird. Verteilte IO-Geräte verfügen über viele Kommunikationsmöglichkeiten. In unserem Beispiel haben wir eine Profinet-Kommunikation angenommen, daher die grüne Farbe.
Die Verwendung eines Distributed-IO-Geräts bietet Ihnen den Vorteil, dass Sie Ihre Prozess-IOs erweitern können, ohne eine größere SPS installieren zu müssen. Sie fügen einfach die neuen IOs zu Ihrem Gerät hinzu und die Kommunikation zwischen der SPS bleibt über Profinet oder eine andere Kommunikationsmethode dieselbe.
Sie können sogar eine komplett neue Maschine mit derselben SPS steuern, Sie müssen nur ein neues Kommunikationskabel von der SPS zur neuen Maschine ziehen. Siehe Bild 5.
Bild 5. Steuerung von 2 Maschinen mit derselben SPS.
Wie Sie sehen, würde ich zur Steuerung einer komplett neuen Maschine mit meiner SPS nur ein zusätzliches Kommunikationskabel von der SPS und der Maschine benötigen. Natürlich müssen Sie sicherstellen, dass Ihre SPS-Funktionen die Verarbeitung und Steuerung der beiden Maschinen bewältigen können.
Und noch etwas: Distributed-IOs können mit verschiedenen SPS-Marken verwendet werden, d. h. ich kann verschiedene Marken von Distributed-IOs mit einer Siemens-SPS verwenden. Siehe Bild 6.
Bild 6. Verwendung von Distributed IOs verschiedener Marken.
Wie Sie im Bild sehen können, verwendet eine Maschine ein Distributed IO-Gerät von SIEMENS und die andere Maschine ein Distributed IO-Gerät von Schneider und beide werden über dieselbe SPS gesteuert.
Fazit
- Distributed IO-Geräte werden verwendet, um die Reichweite eines Steuerungssystems zu erweitern und den Anschluss einer großen Anzahl von Sensoren und Aktoren über große Entfernungen zu ermöglichen.
- Distributed IOs reduzieren den Verkabelungsaufwand im Vergleich zu einer herkömmlichen Signalverbindung zwischen Maschine und SPS.
- In einem Distributed IO-System können problemlos Geräte hinzugefügt oder entfernt werden, was es hochgradig skalierbar und zuverlässig macht.