Ottimizzazione dell'I/O remoto per efficienza, manutenibilità e adattabilità

Per i sistemi di ingresso/uscita (I/O) remoti, l'efficienza è tutto. Il concetto di I/O remoto è nato perché le attività industriali avevano bisogno di un modo più efficiente per collegare i controller a logica programmabile (PLC) alle rispettive apparecchiature. Invece di posare lunghi cavi per ogni sensore e attuatore, gli armadi I/O remoti consolidano queste connessioni vicino alle apparecchiature, con tutti i dati inviati al PLC tramite una rete condivisa a livello di impianto.

Oggi la richiesta di maggiore efficienza è aumentata. Per competere efficacemente, i progettisti hanno bisogno di un maggior numero di I/O mantenendo un ingombro ridotto. Sono alla ricerca di modi per semplificare la progettazione, l'installazione e la manutenzione dei sistemi di I/O e cercano soluzioni adattabili al mutare delle loro esigenze.

È possibile seguire l'evoluzione di questi requisiti nella storia del dispositivo I/O System IP20 u-remote di Weidmüller (Figura 1). Introdotto per la prima volta nel 2013, u-remote privilegia l'efficienza in tutti i sensi, a partire dai moduli I/O larghi appena 11,5 mm. Questi moduli estremamente stretti riducono al minimo lo spazio necessario per un sistema di I/O remoto.

Figura 1: I moduli I/O System IP20 u-remote sono estremamente stretti, per ridurre al minimo l'ingombro. (Immagine per gentile concessione di Weidmüller)

Moduli facili da implementare e mantenere

I moduli sono efficienti anche in termini di produttività dei lavoratori. È possibile collegare al resto del sistema di I/O ogni modulo innestabile semplicemente facendolo scattare in posizione. Non è necessario alcun backplane o cablaggio esterno. L'alimentazione e i dati sono convogliati attraverso connettori integrati nei moduli (Figura 2).

Figura 2: I moduli I/O System IP20 u-remote utilizzano una struttura a innesto che si collega direttamente senza backplane. (Immagine per gentile concessione di Weidmüller)

Il design innestabile snellisce inoltre la manutenzione e semplifica gli aggiornamenti. I moduli possono essere facilmente aggiunti o rimossi per eseguire riparazioni o modificare le funzionalità del sistema. In effetti, molte operazioni di manutenzione possono essere eseguite senza rimuovere moduli grazie alla loro struttura in tre parti, che consiste in:

• Striscia di connessione: permette di collegare fisicamente i fili dei sensori e degli attuatori
• Sezione elettronica: alloggia la circuiteria dedicata all'elaborazione dei segnali provenienti dai dispositivi collegati
• Base: consente il montaggio su guida DIN e fornisce la connettività elettrica tra i moduli

Questa modularità permette la sostituzione a caldo dell'elettronica senza interrompere le funzioni degli altri moduli e, durante la manutenzione, evita di dover intervenire sul cablaggio del modulo. Una levetta di rimozione incorporata nella sezione elettronica rende tutto facile senza l'ausilio di alcun attrezzo (Figura 3).

Figura 3: I moduli I/O comprendono una striscia di connessione, una sezione di elettronica e un modulo base. (Immagine per gentile concessione di Weidmüller)

Nel 2014, Weidmüller ha introdotto moduli ad alta densità che hanno moltiplicato il numero di conduttori per modulo fino a 32. Ad esempio, il connettore compatto UR20-PG0.35 consente di collegare a ciascun modulo fino a otto ingressi di sensori a quattro fili.

Da allora, l'azienda ha introdotto un'ampia gamma di moduli. Un esempio significativo è il modulo di sicurezza UR20-PF-O-2DI-DELAY-SIL, introdotto nel 2015. Questo modulo conforme a SIL 3 fornisce circuiti di arresto di emergenza e funzioni di rilevamento dei cortocircuiti. Altri tipi di moduli sono:

• UR20-4AI-UI-12 con quattro ingressi per sensori analogici e una precisione dello 0,1% sull'intervallo di fondo scala (FSR)
• UR20-4AO-UI-16 con quattro uscite analogiche per controllare fino a quattro attuatori con una precisione dello 0,05% del valore finale dell'intervallo di misurazione
• UR20-16DI-P con un massimo di 16 ingressi digitali con una frequenza massima di 1 kHz
• UR20-8DO-P che può pilotare fino a otto canali di uscita digitali con una potenza massima di 500 mA ciascuno

Le opzioni di I/O specializzate includono UR20-2CNT-100 che dispone di due contatori indipendenti a 32 bit a 100 kHz e UR20-2PWM-PN-0.5A che pilota due uscite a modulazione della larghezza di impulso (PWM) fino a 40 kHz.

Connettività fieldbus e intelligenza software

Oltre al consolidamento degli I/O, una funzione essenziale dei sistemi di I/O remoti è la connessione alla rete dell'impianto. Con u-remote, questo avviene con un accoppiatore fieldbus. Questi accoppiatori sono disponibili per i protocolli fieldbus più diffusi. Ad esempio, il modello UR20-FBC-PN-ECO supporta PROFINET RT, mentre UR20-FBC-EC offre una connessione di rete Ethernet ed EtherCAT.

Ogni accoppiatore fieldbus è dotato anche di un server Web integrato. Questo consente una rapida identificazione degli errori grazie alla diagnostica in chiaro, permettendo un avvio più rapido e tempi di inattività più brevi. I server consentono inoltre agli operatori di monitorare e mantenere il sistema per tutta la sua durata di vita. Ad esempio, i server Web possono simulare ingressi e uscite. Questa funzione è utile per i test, in quanto consente di verificare il comportamento della stazione senza interagire fisicamente con i dispositivi collegati.

Come per i moduli, Weidmüller ha continuato senza interruzione ad ampliare la gamma di accoppiatori fieldbus. Oggi sono supportati undici dei protocolli più diffusi.

Conclusione

Poiché le operazioni industriali continuano a richiedere maggiore efficienza, i sistemi di I/O remoti devono adeguarsi. Il sistema u-remote IP20 di Weidmüller è un esempio di questa evoluzione. Partendo da una base di moduli I/O ultrastretti, il sistema ha ampliato le sue capacità nel corso degli anni, aggiungendo il supporto di nuove opzioni di I/O e fieldbus. Il suo design modulare richiede un'attrezzatura minima e rende più efficiente la progettazione, l'implementazione, la manutenzione e gli aggiornamenti del sistema di I/O remoto.