当OEM可以使用一家I / O产品标准化其设计时，它简化了他们的努力，并使其灵活地根据需要进行调整控制器平台。
作者:马特·侯，Dinkle国际电气工程师
机械和过程系统的原始设备制造商（OEM）有各种形状和大小，服务于各种行业，但它们都依赖于某种类型的输入/输出（I/O）硬件来连接现场设备和控制器平台。I/O是控制器大脑用来监视和控制传感器、阀门、电机等的神经系统。
原始设备制造商在设备的设计、制造和操作方面都是专家。每个原始设备制造商通常都有一个首选的自动化平台，但如果他们将系统交付给不同的最终用户，这些用户可能会对可编程逻辑控制器（PLC）和人机界面（HMI）的品牌和型号提出要求。终端用户通常对PLC和HMI平台的选择很敏感，因为他们需要符合标准，并在他们的设施进行人员培训。
因此，oem正在寻找一个中间地带，在提供客户要求的自动化平台的同时，他们可以保持设计的一致性。实现这一点的一种方法是标准化远程I/O系统，该系统易于使用，具有多种信号配置，并与任何类型的PLC平台集成。本文介绍了通用I/O系统的标准化如何帮助oem简化其工作并获得灵活性。
标准I / O系统的好处
与连接到现场传感器和致动器的I/O进行可靠的数据通信对于正确的实时设备控制至关重要。此外，历史学家、制造执行系统、企业资源规划和其他系统需要I/O来收集和分析数据。
用户比以往任何时候都更倾向于安装大量的输入点，超越了基本的控制，将更多的精力放在收集数据进行分析上。现场数据和监控计算系统之间的无缝连接是工业物联网（IIoT）计划的基础。
设计人员需要一个I/O系统来进行控制和数据监控，无论需要什么样的系统，都可以在整个产品线中一致地实现（图1）。基于客户请求的控制器切换I/O系统增加了复杂性和成本。然而，使用标准化的I/O系统可以让设计人员和最终用户实现他们的目标。
图1:设计师希望标准化的远程I/O系统具有正确的功能和紧凑的形式，用于主控制面板、远程面板和其他任何需要它们的地方。
大多数PLC自动化供应商提供他们自己的远程I/O系统，专门与他们的控制器集成。即使这些供应商吹嘘他们的plc和远程I/O之间有某种程度的改进对齐，这些供应商采购的产品往往会有价格溢价和限制。oem需要独立的I/O解决方案，为他们提供更多选择，而不是更少。
远程I / O基础知识
基本有线I/O信号使用电压和电流将信息从现场设备传输到I/O模块，该模块又与控制器通信。离散（有时称为“数字”）点信号是“开”或“关”。模拟点信号在一定的信号范围内变化，以指示值的范围。输入向控制器提供现场信息，输出向现场设备发送控制器命令。
这四种基本I/O点类型的每一种都有许多电压、电流和布线标准，还有其他特殊的考虑因素，如点响应多快、精度、是否需要插入继电器干接点模块，以及其他因素。
I/O信号可以位于机器或设备的任何地方。虽然可以将所有这些项目连接到一个中心位置，但将I/O模块安装在靠近现场信号的逻辑位置更方便，特别是在有大量I/O点集中在一起的地方。这种方法称为远程I/O，因为它位于远离控制器的位置。
任何远程I/O都必须使用某种形式的网络和通信协议来与控制器交互。今天，以太网是一种重要的工业网络方法，但在许多应用中，经典的RS-485串行通信仍有意义。无论何种网络，其目标都是减少布线，最大化连接距离。
远程I / O关键功能
当oem可以对单个远程I/O系统进行标准化时，它们就可以使用通用I/O面板来设计它们的设备。这减少了工程、制造和长期支持工作。
以下是任何远程I/O系统都需要的关键特性(图2):
•兼容标准工业通信协议
•支持灵活和可扩展的架构安排
•紧凑的形式因素与快速组装
•简单的布线
•为任何信号类型提供广泛的I / O模块
•简单的可配置性
•模块和点ID和状态的清晰指示
•符合IEC和UL标准
•经济学
图2:像Dinkle iO-GRID M这样的远程I/O系统具有紧凑和模块化的特点，支持最流行的工业通信协议，并且易于插入布线。
有许多工业通信媒体类型和协议。以太网上的Modbus TCP和串行电缆上的Modbus RTU是两个最广泛认可和实施的行业标准。因此，任何远程I/O解决方案都应该与这些解决方案兼容，以实现与一系列控制器的最佳互操作性。具有网关或主模块选项的远程I/O系统提供了最大的体系结构灵活性，允许用户将设计从最小的安装扩展到最大的安装。广泛的I/O模块选择确保用户能够获得满足任何工业现场应用所需的东西。
空间始终处于溢价，如此紧凑的形式因素，使用模块化排列 - 经常使用接受卡扣I / O模块的电源和通信总线 - 是安装I / O的正确数量和配置的最流行的方式无论何处。对于某些应用程序，用户可能需要冲洗额定设备，但远程I / O更常用于由机箱保护的机柜安装装置。
远程I/O系统的物理安排也应该允许将来易于维护。在过去的几年里，螺旋型接线盒一直是典型的连接方法，许多机器和设备设计师已经转向插入式设计端子，以实现快速和无工具安装，长期稳定，即使在高振动环境。
大多数I/O模块都有一些板载设置，用于配置它们如何响应和传输现场信号。当PLC自动化供应商也提供远程I/O时，他们可能会指出PLC和远程I/O之间的一些本地配置功能。但是，这些相同的功能可能会限制此类I/O与其他自动化平台的实用性。
因此，更好的方法是使用简单的软件和标准micro-USB电缆在本地配置远程I/O。用户可以执行所有必要的配置，甚至在安装前在工作台上，并使远程I/O与所选的任何控制器一样好地工作。
当I / O配置，委托和运营多年来时，它很重要，通常通过LED灯提供清晰的指示，以指示状态。清除模块和点标记规定还可以提高可维护性。
设计人员还希望I / O模块满足典型的UL和IEC在整个行业中的要求。如果所有上述功能可用，那么最终考虑通常是价格。幸运的是，使用标准与许多控制器类型一起使用的远程I / O系统通常是最经济的选择。
I / O集成的例子
一个包装OEM使用输送机，拳击手，封口机，贴件和更多的系统提供相对广泛的系统。OEM使用Dinkle IO-Grid M远程I / O，使它们能够应用分布在各种设备类型的标准I / O产品，并通过单个PLC自动化。安装时间减少了40％，设置成本降低了50％，它们具有融合任何类型的现场设备。
在另一种情况下，系统集成商（SI）是任务的，在多级工厂中自动化水处理设备。该过程设备包括储罐，沉积罐和分布在整个工厂的泵控制（图3）。通过纳入远程I / O，整个工厂可以用单个PLC自动化，配线材料成本降低了40％。为远程I / O选择独立品牌将这部分自动化的硬件成本降低了50％。Modbus的未来扩展很容易，SI可以使用任何类型的PLC在其他即将到来的项目上应用相同的概念。
图3：远程I / O始终可以节省接线材料成本，并且通常可以帮助SIS设计空间高效的自动化面板，用于各种类型的控制情况。
用于制造汽车组件的机器OEM创造了许多单站机器的生产线。因为它们选择了一个可以与大多数PLC品牌进行通信的超紧凑的远程I / O系统，因此它们具有将I / O设计为任何类型的站点，并轻松将其与最终用户所需的任何PLC集成。
标准化的远程I/O简化了OEM设计
自动化机械设备的OEM需要可靠的远程I / O系统，用于实时控制和IIOT监控。许多设计人员可以倾向于使用自动化平台供应商提供的I / O.然而，当OEM面临整合许多制作和控制器的模型时，或者随着IIOT监测的需求增加，许多人发现选择标准化的I / O解决方案有助于他们在其设计中保持共性并降低成本。模块化远程I / O是一种流行的方式来实现这些优势，实现从田间到监控系统的无缝连接，同时提供更大的设计灵活性。
Dinkle International.
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