Ponadczasowy system I/O Axioline. W każdej sieci i w każdym środowisku

Rys. 1. Axioline pozwala na niezależność od nadrzędnego urządzania sterującego we wszystkich popularnych sieciach

Na początku rozwoju techniki automatyzacji, największym wyzwaniem był czas reakcji oraz niezawodność użytych komponentów. Obecnie technika automatyzacji umożliwia projektowanie systemów, które generują i przetwarzają tysiące sygnałów w czasie rzeczywistym, trwającym zaledwie kilka milisekund.

Dzisiaj, przy dużej liczbie sterowników z układami magistrali i systemami inżynieryjnymi, wyzwanie dla inżynierów systemów i maszyn stanowi instalacja i uruchomienie całego układu automatyki. Jeden użytkownik systemu może potrzebować na przykład odpowiedniego sterownika PLC dla magistrali Profinet, inny z kolei może chcieć zbudować rozwiązanie w oparciu o Ethernet/IP.

Instalatorzy oraz inżynierowie utrzymania ruchu muszą być w stanie poradzić sobie z zasilaniem systemu oraz potrafić wykryć i usunąć awarię związaną z zachowaniem lokalnej magistrali, mechanizmami sieci oraz wieloma innymi problemami, występującymi w każdym systemie I/O.

Jeśli system opiera się na modułach serii Axioline o poziomie ochrony IP20 lub IP67, w aplikacjach tych można zintegrować / dodać również urządzenia innych producentów. Należy jednak pamiętać o różnicach w danej sferze technicznej u różnych producentów. Mając to na uwadze, system Axioline I/O firmy Phoenix Contact jest systemem "otwartym" na różne rozwiązania i odpowiada na potrzeby rynku. Axioline E o poziomie ochrony IP67 o konstrukcji blokowej oraz modułowy Axioline F o poziomie ochrony IP20 to nowoczesne i niezawodne rozwiązania zapewniające łatwą eksploatację, wytrzymałą konstrukcję i szybką transmisję danych (rys. 1).

ŁATWE POŁĄCZENIA DZIĘKI SYSTEMOWI CERTYFIKOWANYCH PLIKÓW KONFIGURACYJNYCH.

Komunikacja za pomocą Ethernetu tradycyjnie wykorzystywana do prywatnych rozwiązań w domu, cieszy się coraz większą popularnością w integracji maszyn z systemami I/O. System Axioline pozwala na przyłączenie do wiodących sieci: Profinet, Modbus TCP, Ethercat, Ethernet/IP oraz Sercos 3. Ponadto istnieje również możliwość połączenia mającej najszersze zastosowanie magistrali lokalnej Profibus.

Zarówno urządzenia Axioline E o poziomie ochrony IP67, jak i Axioline F o poziomie ochrony IP20, są zintegrowane z siecią nadrzędną, na jednym poziomie instalacji. Pozwala to między innymi na jednolitą procedurę instalacyjną oraz kontrolę poprzez opcje diagnostyczne. Ponadto korzystanie z jednej rodziny produktów, w przypadku jednego rozwiązania automatyzacyjnego, pozwala na dodatkowe zwiększenie synergii. W przypadku Axioline E oraz Axioline F, urządzenia te mają tę samą diagnostykę opartą na diodach LED.

Ponadto istnieje możliwość integracji sieci (z uwzględnieniem specyfiki) do systemu nadrzędnego przez plik opisu urządzenia (plik konfiguracyjny), certyfikowany zgodnie ze specyfikacjami danej grupy użytkowników. Pozwala to na korzystanie z systemu, który ma identyczny wygląd i działa w taki sam sposób, bez względu na jego topologię. Dzięki tak szerokiej ofercie produktowej Axioline oferuje odpowiednie rozwiązanie dla każdej sieci, każdego środowiska i marki sterownika.

KRÓTKIE CZASY CYKLU I NIŻSZE KOSZTY INSTALACJI

Rys. 2. Zaciski push-in pozwalają na znaczące skrócenie czasu podłączania przewodów

Oprócz możliwości ograniczenia do jednego systemu I/O, który pozwala na ograniczenie kosztów magazynowych i kosztów instalacji, Axioline spełnia również inne wymogi nowoczesnej automatyzacji, takiej jak szybka komunikacja. Przy czym prędkość w automatyzacji jest mierzona na podstawie dwóch czynników - wydajności systemu oraz parametrów instalacyjnych i parametrów uruchamiania.

Analizy rynkowe pokazują, że sygnały, w których czas jest czynnikiem kluczowym, są zazwyczaj rejestrowane i generowane na etapie napędu w szafie kontrolnej przez urządzenia I/O o stopniu ochrony IP20. Natomiast w przypadku sygnałów, dla których czas nie ma kluczowego znaczenia, preferowane są komponenty I/O o stopniu ochrony IP67.

Dlatego firma Phoenix Contact skupiła się głównie na lokalnej magistrali Axioline F z wykorzystaniem chronionego patentem protokołu, który działa wraz z 100 megabitową płytą bazową (magistrala danych) pozwalając na osiągnięcie czasów cykli do trzech mikrosekund, bez względu na liczbę urządzeń podłączonych do magistrali lokalnej.

Na ogół wewnętrzny czas cyklu jest wyliczany na podstawie liczby podłączonych komponentów, gdzie zgodnie z zasadą główną, na moduł funkcyjny przypada jedna mikrosekunda plus dwie mikrosekundy korekty. Zakładając teoretyczne minimum czasu cyklu 31,25 mikrosekundy (w przypadku systemu Sercos 3), Axioline spełnia oba kluczowe wymogi. Po pierwsze, wysoce wydajne rozwiązanie I/O może być wykorzystywane w przyszłości, ponieważ system nadrzędny jest wąskim gardłem, nawet przy wykorzystaniu najszybszych obecnie dostępnych magistrali lokalnych.

Szybkie przetwarzanie pozwala na synchroniczne przekazywanie sygnałów z systemu Axioline I/O do systemu magistrali, co pozwoli na wykorzystanie tej technologii w przyszłości, bez konieczności przeprojektowania płyty bazowej (magistrali danych). Ponadto przy czasie cyklu około jednej mikrosekundy, w wysoko wydajnych systemach, magistrala danych systemu I/O Axioline F gwarantuje więcej niż dostateczny czas odświeżania. Oznacza to, że nie ma potrzeby wyliczania czasu cyklu dla sieci nadrzędnej.

Patrząc na prędkość z punktu widzenia instalacji, możliwe jest znaczące skrócenie czasu okablowania - przy wykorzystaniu technologii wtykowej dla komponentów o poziomie ochrony IP20 oraz szybkozłączy Speedcon dla komponentów o poziomie ochrony IP67. Mamy również do dyspozycji przyłącze zasilające modułu Axioline E, wykorzystujące technologię M12 Power.

W większości przypadków urządzenia o poziomie ochrony IP67 dają możliwość podłączenia zasilania i przesyłu do następnej podłączonej części przez M12. Do chwili obecnej w przypadku powszechnych gniazd M12 istniało ograniczenie do 4 A. Wtyk M12 Power pozwala na obciążalność prądową 12 A dla każdej pary przewodów. Dzięki temu seria Axioline E pozwala na przyłączanie większej liczby urządzeń o poziomie ochrony IP67. Pozwala to również uniknąć osobnego zasilania (rys. 2).

Uniwersalny IO-Link master Rys. 3. Urządzenie IO-Link master z rodziny produktów Axioline E oraz odpowiadające przetworniki IO-Link pozwalają na przetwarzanie dowolnego sygnału przy użyciu tylko jednego urządzenia Protokół IO-Link wykorzystujący dwukierunkowe połączenie punkt-punkt jest coraz popularniejszy. Powodem tego jest fakt, że pozwala on na komunikację i parametryzację aż do poziomu urządzenia lokalnego. Dzięki temu możliwy jest zapis i odczytywanie pakietów danych z czujników i urządzeń wykonawczych bez potrzeby dodawania kolejnego interfejsu. Ponadto porty IO-Link mogą być konfigurowane jako cyfrowe wejścia lub wyjścia (rys. 3). Urządzenie IO-Link master z rodziny produktów Axioline E znajduje wiele zastosowań. Moduł ten o klasie ochrony IP67 zapewnia zintegrowane wykorzystanie systemu I/O w każdej sieci. Konwertery analogowe (przetworniki) pozwalają na zdecentralizowany odbiór analogowych wejść lub wyjść bezpośrednio z punktu pomiaru. Protokół IO-Link zapewnia niezawodne połączenie sygnału pomiaru analogowego z cyfrową ramką danych IO-Link i jego transmisję bez zakłóceń. Urządzenie IO-Link master z rodziny produktów Axioline E to rozwiązanie pozwalające na odbiór i przekazywanie standardowych sygnałów z jednym urządzeniem.

WYTRZYMAŁA KONSTRUKCJA I SZCZEGÓŁOWA DIAGNOSTYKA

Rys. 4. Testy interferencji zgodnie z dyrektywą EMC potwierdzają, że Axioline F nie powoduje zakłóceń, nawet na terenach mieszkalnych

Po zainstalowaniu maszyny lub uruchomieniu systemu pojawiają się nowe wyzwania. Aplikacja ma teraz niezawodnie działać przy pełnym obciążeniu, co oznacza, że najważniejszą sprawą jest unikanie awarii urządzeń. Jednakże wykorzystanie różnych zespołów elektronicznych na niewielkiej przestrzeni prowadzi do wzajemnej interferencji elektromagnetycznej, co w najgorszym przypadku może takie awarie powodować.

Ponadto niewystarczająca wentylacja szafy sterowniczej może prowadzić do przegrzania urządzeń. Dlatego moduły Axioline F oraz Axioline E charakteryzują się wyjątkową wytrzymałością na wysokie temperatury. Obie grupy produktowe spełniają również kryteria kategorii B w odniesieniu do emisji zakłóceń i odporności. Stanowi to gwarancję, że nie mają one wpływu na domowe urządzenia (jeśli oczywiście są zainstalowane w ich pobliżu). Dzięki rozszerzonemu zakresowi temperaturowemu od -25°C do 60°C urządzenia Axioline pozwalają również na obniżenie ryzyka awarii, wynikającej z wysokiej temperatury (rys. 4).

Podczas prac związanych z konserwacją lub z usuwaniem awarii ważne jest, aby technicy pracujący w terenie prawidłowo okablowali poszczególne partie systemu Axioline. Pomagają im w tym kolorowe oznaczenia, jak również system, który pozwala na jednoznaczne adresowanie kabli, zarówno dla modułów z poziomem ochrony IP20, jak i IP67.

Ponadto serwery sieciowe oraz interfejsy serwisowe upraszczają parametryzację urządzeń (Profinet I/O, Server I/O Link, Start UP +). Jeśli mimo to w okablowaniu pojawiłby się błąd, obie grupy produktów mają funkcje usuwania usterek protokołów magistrali. Axioline F dodatkowo ułatwia lokalizację błędów, przekazując proste diagnostyczne komunikaty tekstowe.

PODSUMOWANIE

Axioline E do instalacji obiektowych i Axioline F do szaf sterowniczych firmy Phoenix Contact to zintegrowany system I/O, otwarty dla wszystkich protokołów komunikacyjnych. W odpowiedzi na wymogi technologii automatyzacji obie rodziny produktów oferują korzystne dla użytkowników właściwości, takie jak kompatybilność z każdą siecią, przydatność w każdym środowisku, wytrzymałość konstrukcji i szybki przesył danych.

David Rogers
Phoenix Contact Electronics GmbH
Kamil Wachowicz
Product Manager
Phoenix Contact Sp z o.o.
www.phoenixcontact.pl