Gdy w systemie brakuje jednego I/O

Znany problem? Większość inżynierów chociaż raz spotkała się z takim wyzwaniem. Co zrobić, gdy limit dostępnych w urządzeniu sterującym sygnałów wejść-wyjść nie wystarcza do obsługi wszystkich sygnałów, jakie chcemy doprowadzić do sterownika? Odpowiedź jest prosta: rozbudować sterownik.

O ile w układach modułowych takie działanie jest zwykle stosunkowo proste i realizujemy je przez dołożenie dodatkowej karty rozszerzeń, o tyle w urządzaniach zintegrowanych, gdzie możliwości są ograniczone, może stanowić spore wyzwanie. Nie tylko z technicznego punktu widzenia, ale również ekonomicznego. Koszty w takich przypadkach mogą być problemem, bo zintegrowane systemy często wykorzystywane są w rozwiązaniach budżetowych – właśnie po to, aby te koszty ograniczyć. Jak sobie z tym radzi Horner APG?

Minimalizacja kosztów to nie zawsze dobór sterownika z największą liczbą wbudowanych sygnałów

Oferta Horner APG w zakresie zintegrowanych systemów sterowania PLC + HMI to przede wszystkim urządzenia serii XL, XL Prime (następca serii XL) oraz serii X. Każde z tych urządzeń cechuje jedna rzecz: konkretna liczba wbudowanych w sterownik sygnałów – i brak możliwości rozbudowy przez dołożenie karty rozszerzeń, instalowanej bezpośrednio w sterowniku. Wyjątkiem może być tutaj karta rozszerzeń analogowych HEXDAC007, która dodaje dwa dodatkowe sygnały analogowe wyjściowe. Ale co w przypadku, gdy brakuje innych sygnałów?

Lata doświadczeń przy doborze właściwej konfiguracji sterowania Horner APG pokazują, że błędem może być wybór najbardziej rozbudowanego sterownika „na wszelki wypadek”. Często wybór PLC z mniejszą ilością sygnałów wbudowanych, a w razie pojawienia się zapotrzebowania na dodatkowe sygnały – dołożenie dodatkowego modułu rozszerzeń SmartMod – może dać funkcjonalność, jakiej oczekujemy, przy niższych nakładach finansowych. Dlaczego?

Bo moduły rozszerzeń SmartMod od Horner APG są bardzo atrakcyjne cenowo, a ilość wbudowanych kanałów pomiarowych w połączeniu z tymi dostępnymi w PLC najczęściej jest całkowicie wystarczająca. Zobaczmy, jak to wygląda w praktyce.

Seria XL Prime – od 26 do 42 kanałów pomiarowych w standardzie

Urządzenia serii XL i XL Prime to układy do automatyzacji małych aplikacji. Najczęściej znajdują zastosowania w systemach, w których liczba obsługiwanych sygnałów nie przekracza 64. 5 dostępnych w ramach serii konfiguracji I/O pozwala dopasować system najbardziej zbliżony do potrzeb obiektu. Użytkownik ma do dyspozycji wersje, w których może być nawet 40 kanałów dyskretnych i do 10 kanałów analogowych.

W zależności od modelu dokładność przetworników (do 16 bitów), jak i typ obsługiwanych sygnałów analogowych (4-20mA, 0-10V, THM, RTD) są różne, podobnie jak w przypadku sygnałów dyskretnych wyjściowych. Tu do dyspozycji mamy tradycyjne sygnały tranzystorowe (12/24VDC) lub przekaźnikowe (2A). Jeśli sygnałów jest za mało, możemy rozbudować układ o obsługę kolejnych, w oparciu o uniwersalne moduły rozszerzeń SmartMod.

Urządzenia I/O na sieci Modbus

Oferta SmartMod to dedykowane rozwiązania od Horner APG, pozwalające na lokalną rozbudowę dowolnego systemu sterowania. Wbudowany w moduł standard komunikacji oparty na protokole Modbus pozwala wykorzystywać je w dowolnym układzie sterującym, a nawet w aplikacjach, w których układ taki podłączany jest bezpośrednio do paneli HMI i systemów SCADA.

Oferta SmartMod to dwie rodziny urządzeń, które różnią się wbudowanym interfejsem komunikacyjnym i protokołem, w oparciu o który wymieniają dane. Urządzenia o kodzie rozpoczynającym się od HE359 to moduły SmartMod wykorzystujące sieć Modbus RTU i wyposażone w port RS485, natomiast urządzenia o kodzie rozpoczynającym się od HE399 to seria SmartMod PLUS, komunikująca się w standardzie Modbus TCP. Oprócz protokołu komunikacyjnego urządzenia są niemal identyczne, i realizują dokładnie te same funkcje.

Które moduły zatem wybrać? Dla urządzeń sterujących wyposażonych wyłącznie w porty do komunikacji szeregowej, jedyną opcją jest seria SmartMod. Natomiast SmartMod PLUS może być wykorzystany w każdym systemie sterowania, który wyposażony jest w interfejs Ethernet z obsługą protokołu Modbus TCP Client.

Dlaczego warto wykorzystać sieć Ethernet?

Sama sieć Ethernet ma szereg zalet. Przede wszystkim wyższa jest prędkość komunikacji, a ponadto mamy możliwość oddalenia układu rozszerzeń od sterownika PLC. Dla niektórych aplikacji może to mieć znaczenie, ponieważ rozproszenie układów I/O względem sterownika PLC pozwala zredukować ilość okablowania obiektowego dzięki przesyłaniu pomiarów do PLC przez sieć przemysłową. To może być aspekt, który będzie determinował wybór PLC i układu rozszerzeń.

Sprawdź całą ofertę modułów Horner SmartMod i SmartMod Plus w sklepie internetowym firmy ASTOR.

Małe aplikacje mają to do siebie, że wiele urządzeń obiektowych (w tym falowniki) należy umieścić w jednej szafie sterującej. Pomiary analogowe są podatne na zakłócenia generowane przez falowniki, co może powodować ich sporą niedokładność, a tym samym mieć negatywny wpływ na sterowanie. W takich aplikacjach trzeba stosować dobrej jakości okablowanie sygnałowe i starać się, aby to okablowanie było jak najkrótsze.

Krótkie kable sygnałowe oraz przesyłanie pomiarów magistralą komunikacyjną, mogą być skutecznym rozwiązaniem problemu zakłóceń, ale mają też istotną wadę. Pomiary do PLC docierają w ten sposób znacznie później, niż te podłączone bezpośrednio do sterownika. To zrozumiałe – układ potrzebuje czasu na przetworzenie zapytania i odesłanie odpowiedzi, podczas gdy sygnał wpięty bezpośrednio do PLC aktualizuje swój stan w każdym cyklu programu, a więc co kilka milisekund. W przypadku sygnałów HSC to się dzieje dodatkowo poza cyklem programu sterującego. Sygnały analogowe z uwagi na swoją specyfikę i wolnozmienny charakter mogą jednak w wielu przypadkach być obsługiwane przez oddalone układy I/O, bo opóźnienia generowane przez sieć nie mają znacznia w stosunku do szybkości zmiany mierzonej wartości analogowej.

Szeroka oferta ułatwi dobór właściwego produktu

Moduły dostępne w ramach oferty SmartMod jak i SmartMod PLUS pozwalają w pełnym zakresie obsłużyć małe aplikacje przemysłowe. Ograniczenia wynikają jedynie z możliwości sieci komunikacyjnej. Standard szeregowy pozwala zaadresować do 31 urządzeń w sieci Modbus RTU i komunikować się z szybkością do 116200 bps, podczas gdy stosując sieć Ethernet i standard Modbus TCP możemy zaadresować maksymalnie 253 urządzenia, a dane będą wymieniane z szybkością 10/100 Mbps. Oczywiście podane liczby to warunki graniczne. W praktyce urządzenia sterujące serii XL najczęściej rozbudowuje się o maksymalnie kilka modułów SmartMod.