遠程I/O系統

發布日期：2018-06-05 15:23 來源：http://www.islacris.com 點擊：

一、應用背景說明

筆者負責的某廠的生產線項目，電氣系統以PLC為核心控制器，PLC型號為客戶指定，即OM公司的CJ2M系列，該型PLC具有內置EtherNET/IP協議的網口。系統中還包括變頻器、人機界面、傳感器與執行器件等，其中變頻器控制線體的啟停，現場分布了很多接近傳感器及氣缸（電磁閥），主要作用是采集物料的有無信息與控制物料的放行，經統計輸入輸出點各有25個左右。

由于現場空間受限，PLC控制柜體離線體較遠，加之傳感器與電磁閥數量較多，如果傳感器與電磁閥直接與控制柜相連，將會存在幾個不便之處。首先，費時費力，布線時需要將傳感器和電磁閥的出線端長距離的聯接到控制柜，增加布線時間及出錯幾率；再次，導致現場走線混亂，不利于布線美觀；zui后，缺乏靈活性，如若增加IO點或者移動位置，走線或者拆裝將更加麻煩。鑒于上述因素，遠程IO產品將是首要選擇的解決方案，靈活的設計與布線、高效性和簡便性等特點越來越受到廣大用戶的青睞，可有效而快速的實現信號和數據的傳輸。

針對本項目，需要在現場放置操作柜，用于安裝遠程IO產品，現場所有的傳感器和電磁閥線纜均進入操作柜，與遠程IO系統的輸入輸出模塊相連。遠程IO系統一般包括有總線接口模塊和IO模塊，針對本項目，總線接口模塊必須具有EtherNET/IP協議，才能完成PLC與接口模塊的硬件組態，為了使IO點有一點的余量，也為了緊湊一點，故各選擇16點的輸入輸出模塊各需要2個，此外還要求整套遠程IO系統價格便宜，IO模塊具有接線簡單快速的特點。由于遠程IO系統放置在操作柜，對其的IP等級或者外形尺寸不做嚴格要求。

二、產品選型及實際應用

遠程IO產品的市場份額基本上被國外品牌所占有，常見的品牌主要有P公司、W公司，Weidmuller公司，三家均有各種總線協議的遠程IO產品，本項中在操作柜內需要加裝傳感器與執行器接線端子，為現場傳感器與電磁閥提供供電和IO點轉接功能，本項目中使用的傳感器和電磁閥均為24VDC高電平有效。首先對總線模塊進行選型，其選型要點就是選擇帶有EtherNET/IP協議網口，并且可用于控制柜。

AXL F BK EIP是P公司EtherNET/IP協議的總線模塊，寬高深尺寸為45/125.9/74 mm, AXL F DI16/1 1H為16點高電平輸入有效輸入模塊，AXL F DO16/1 1H為16點高電平輸出模塊，兩種IO模塊寬高深尺均為35/126.1/54mm。

750-352是W公司EtherNET/IP協議的總線模塊，寬高深尺寸50/97/65mm，750-1405是16點的輸入模塊，750-1504是16點的輸出模塊，兩種IO模塊寬高深尺寸均為12/100/65mm，此外還需另選一個電源模塊，如較為經濟的供電模塊750-602，并且有時在通訊配置時為了能夠建立連接必須保證通訊字節為偶數，硬件選型時還需額外再選擇帶有一個字節的模塊。

UR20-FBC-EIP是Weidmuller公司EtherNET/IP協議的總線模塊，寬高深尺寸52/120/76mm，UR20-16DI-P是16點的輸入模塊，UR20-16DO-P是16點的輸出模塊，兩種IO模塊寬高深尺寸均為11.5/120/76mm。

本項目中由于需要一個接口模塊、兩個輸出模塊、兩個輸入模塊，三家的產品總體寬高深尺寸相差很小，由于操作柜內空間相對充足，故外形尺寸不作為選型的關鍵因素；從外形結構上看，P公司和W公司IO模塊的連接器呈兩排以上的分布結構，Weidmuller采用的是單排分布結構，連接器的多排結構對現場接線以及以后的查線維護等均存在不方便，容易混亂，而結構清晰的單排連接器，清晰容易識別，有效防止誤接線，并能在維護時快速查找故障點；從接線方便程度上來比較，W公司接線需要一字螺絲刀進行接線，P公司與Weidmuller公司的產品采用的是直插式接線技術，無需工具，接線操作簡單且節約時間；從IO系統硬件配置方面考慮，在外接多個傳感器與執行器時，P公司和W公司均需要另選電源模塊，而Weidmuller總線模塊的zui大饋電輸入和輸出電流高達10A，除傳感器與執行器數量十分巨大的情況下，其他情況均能滿足實際需求，本項目無需另外選擇供電模塊，進而無需增加額外成本；通過與相應的代理商詢價可知，整套的IO系統的價格情況：由于P公司和W公司的IO系統由于另外選擇了一個供電模塊，W公司要求的附件較多，整體的價格略高于Weidmuller。綜合以上的幾個關鍵因素，本項目zui終選擇了Weidmuller的IP20遠程I/O產品。

圖1 接口模塊的外觀圖圖2 輸入輸出模塊外觀示意圖

總線接口模塊UR20-FBC-EIP輸入輸出供電及系統供電均為24VDC，采用EtherNet/IP現場總線協議，帶有兩個RJ45網口，可實現多個模塊的級聯，配置接口為Micro USB 2.0，zui多可帶64個IO模塊，具有2×10A的饋電電路，一般情況下無需額外增加供電模塊，這也是Weidmuller遠程IO產品的一大亮點。此外該模塊的具有web服務器，可通過USB服務端口登錄接口模塊，讀取模塊的所有信息。UR20-16DI-P與UR20-16DO-P分別是帶有16通道的數字量輸入模塊與輸出模塊，兩者有效信號均為24V高電平，均為1線制連接方式，UR20-16DI-P具有反極性保護功能，UR20-16DO-P具有短路保護功能。

本項目中，PLC控制柜到操作柜只需兩根線纜即可，一種是網線用于通訊，一根是24VDC供電線，走線非常的方便。由于模塊采用的是“PUSH IN”直插式接線技術，在項目現場接線操作時，配線人員根本不用工具即可完成配線工作，方便快捷，現場所有的傳感器與電磁閥線纜均聯接到操作柜內，為了實現與CJ2M型PLC的通訊，首先使用USB線纜將電腦連接，主要設置總線接口模塊的IP地址，接下來需要在OM公司的網絡配置軟件內進行通訊配置，主要步驟有：在配置軟件內安裝總線接口模塊的EDS文件，再將兩者的IP地址設為同一網段，zui后進行通訊的字節匹配，完成配置進行下載。當兩個器件上的通訊指示燈亮時，表示通訊建立完成。通訊配置過程非常簡單，當兩者成功建立連接后，PLC即可采集傳感器的信號狀態以及控制氣缸（電磁閥）動作。