Utilizzo di moduli robusti per avvicinare gli I/O industriali alla macchina

Quando ho iniziato a lavorare sui sistemi di controllo, gli ingressi/uscite (I/O) erano in genere centralizzati in pochi armadi di controllo. Questo poteva anche bastare ai tempi dell'analogico (ebbene sì, non sono giovanissimo), ma i moderni sistemi di controllo devono gestire un numero maggiore di endpoint in ambienti sempre più diversificati. Di conseguenza, molti progettisti si stanno orientando verso I/O remoti per montaggio su macchine.

Come funzionano gli I/O remoti per montaggio su macchine

Come suggerisce il nome, questo approccio prevede lo spostamento dei moduli I/O dall'armadio di controllo per montarli sopra o in prossimità dei sensori e degli attuatori ai quali sono collegati. Questi moduli I/O distribuiti offrono molteplici vantaggi interessanti:

• Riduzione dei costi di cablaggio: gli I/O per montaggio su macchine riducono la necessità di cablaggi lunghi e complessi, abbattendo i costi in termini sia di materiali che di manodopera.
• Risparmi di spazio: utilizzando armadi di controllo più piccoli è possibile integrare un maggior numero di ingressi/uscite in ambienti con spazio limitato.
• Supporto per Impresa 4.0: questi moduli consentono la raccolta dati e la diagnostica in tempo reale per quelli che un tempo erano semplici sensori e attuatori.

Poiché gli I/O remoti per montaggio su macchine non sono protetti da un armadio, devono essere rinforzati per resistere ad ambienti difficili. La nuova serie ADAM-200PN di Advantech è un esempio di come viene raggiunto questo obiettivo:

• Design rinforzato: i moduli sono dotati di un grado di protezione IP67 per la resistenza alle infiltrazioni di polvere e acqua. Funzionano in un intervallo di temperatura da -40 a 60 °C e sono progettati per ambienti di trasporto e industriali esigenti, assicurando la conformità alla norma EN 50155 e ai test di vibrazioni/urti per applicazioni caratterizzate da forti vibrazioni.
• Connettori M12: i moduli supportano connettori M12 con bloccaggio a vite e push-pull a bloccaggio rapido per un'installazione veloce e sicura. I connettori con codifica D, A e L garantiscono l'utilizzo dei cavi appropriati rispettivamente per la connettività di rete, gli I/O e l'alimentazione.
• Diverse opzioni di montaggio: è supportato il montaggio frontale, laterale e diretto sulla macchina per un'installazione senza armadio.

ADAM-250PN-A (Figura 1) è il primo membro della serie ADAM-200PN. È dotato di 16 canali I/O digitali configurabili, con supporto per ingressi digitali drain IEC 61131-2 Tipo 3 e uscite digitali source a risposta rapida per una segnalazione industriale affidabile. Per quanto riguarda la connettività di rete, il modulo offre il supporto nativo di PROFINET e Modbus/TCP, garantendo la compatibilità con un'ampia gamma di controller Industrial Ethernet.

Figura 1: ADAM-250PN-A offre doppie porte Ethernet e di alimentazione e 16 canali I/O, tutti con connettori M12. (Immagine per gentile concessione di Advantech)

Come ADAM-250PN-A supporta gli I/O distribuiti su larga scala

Una caratteristica fondamentale di ADAM-250PN-A è il supporto per il collegamento a margherita (Figura 2). Il modulo offre due porte Ethernet e uno switch integrato, consentendo il collegamento in serie di più moduli. Ciò può ridurre significativamente il cablaggio rispetto a una topologia a stella, in cui ogni modulo richiede un proprio cavo di collegamento all'armadio di controllo.

Figura 2: I collegamenti di alimentazione ed Ethernet a margherita consentono di posizionare più moduli I/O distribuiti in prossimità dei dispositivi sul campo, riducendo al contempo il cablaggio verso l'armadio di controllo. (Immagine per gentile concessione di Advantech)

Anche l'alimentazione può essere collegata a margherita utilizzando le porte di I/O di alimentazione a 24 V c.c. del modulo, nel rispetto delle normali considerazioni in termini di potenza disponibile e caduta di tensione.

Il modulo fornisce inoltre alimentazione a sensori, attuatori ed encoder da ciascuna porta I/O, organizzata in due domini della potenza: U_S per l'alimentazione del sistema e dei sensori e U_A per l'alimentazione degli attuatori e dei carichi. Ciò semplifica ulteriormente il cablaggio riducendo la necessità di alimentatori locali separati. La metà U_S può erogare fino a 0,5 A per canale. La metà U_A può erogare fino a 2 A per canale, consentendo il pilotaggio diretto dal modulo di dispositivi quali valvole a solenoide, contattori c.c. e spie luminose.

Inoltre, il modulo fornisce diagnostica per I/O e alimentazione, indicazione dello stato dei LED e comportamento di uscita configurabile in caso di guasti del controller. Queste caratteristiche sono importanti nei sistemi distribuiti perché i guasti non sono più concentrati in un unico armadio. Viceversa, i tecnici necessitano di indicatori visibili in rete e in locale per identificare rapidamente i problemi a livello di cablaggio, alimentazione e canale.

Applicazioni che beneficiano dagli I/O per montaggio su macchine

Grazie alla sua capacità di collegamento a margherita, ADAM-250PN-A è particolarmente adatto per installazioni in cui sensori e attuatori sono distribuiti su siti di grandi dimensioni. Le turbine eoliche e altri impianti di energia rinnovabile ne sono un buon esempio, poiché queste installazioni su larga scala possono beneficiare di una significativa riduzione della complessità del cablaggio.

L'utilizzo di connettori M12 rende il modulo ideale per apparecchiature che vengono riconfigurate o spostate frequentemente, poiché consentono la connessione e la disconnessione rapide. Tra le applicazioni di esempio, i sistemi di movimentazione materiali per esterni, le gru portuali e l'automazione dei porti.

Anche quando è installato in un armadio, il design rinforzato di ADAM-250PN-A continua a offrire vantaggi. Ad esempio, poiché il modulo I/O non richiede un ambiente pulito, asciutto e privo di vibrazioni, i progettisti possono allentare alcuni requisiti relativi all'armadio. Si tratta di un aspetto importante da considerare per aree quali le zone adiacenti alle linee ferroviarie e le aree di lavaggio nel settore alimentare e delle bevande.

Conclusione

A differenza di me da giovane, i progettisti di sistemi di controllo e automazione di oggi non sono più limitati agli enormi armadi di controllo con cavi in arrivo da ciascun sensore e attuatore. I moduli I/O per montaggio su macchine, come il robusto ADAM-250PN-A di Advantech, possono semplificare il cablaggio, consentendo installazioni più flessibili e portando la connettività Ethernet industriale più vicino alla macchina.