Почему HPI Networks
Корзины и базовые шасси для систем ввода-вывода
Корзины, базовые блоки и I/O Expansion Units являются основой модульных систем промышленного ввода-вывода. В отличие от компактного Remote I/O с фиксированным набором каналов, модульная система позволяет сформировать необходимую конфигурацию из отдельных I/O-модулей.
В зависимости от платформы базовое шасси может обеспечивать установку модулей, их питание, внутреннюю системную шину, адресацию и обмен данными с PLC, PAC, SCADA или промышленным компьютером.
Модульная архитектура I/O
Модульная система позволяет отдельно выбирать базовый блок и необходимые типы ввода-вывода. В одну станцию могут устанавливаться дискретные входы и выходы, аналоговые входы и выходы, модули RTD и термопар, релейные и другие специализированные I/O-модули.
Такая архитектура удобна при проектировании систем с различным количеством и типами сигналов, а также при последующем расширении системы.
Количество слотов
Одной из основных характеристик корзины является количество доступных слотов для установки I/O-модулей.
Производители предлагают базовые блоки различной ёмкости — от компактных устройств с несколькими слотами до более крупных станций распределённого ввода-вывода.
Количество физических слотов не следует автоматически считать максимальным количеством одновременно поддерживаемых I/O-модулей без проверки документации. На конфигурацию могут влиять ограничения платформы, питание, типы модулей и программная архитектура.
RS-485 I/O Expansion Units
Базовые блоки с RS-485 используются для подключения модульной станции I/O к контроллеру, компьютеру или другой системе автоматизации через последовательную промышленную сеть.
При проектировании необходимо учитывать поддерживаемый протокол, скорость обмена, адресацию, топологию RS-485, требования к терминаторам и допустимое количество устройств в сети.
Наличие физического интерфейса RS-485 само по себе не определяет используемый промышленный протокол.
Ethernet I/O Expansion Units
Ethernet-блоки позволяют подключать модульную I/O-станцию непосредственно к Ethernet-сети системы автоматизации.
В зависимости от модели могут поддерживаться Modbus TCP и другие протоколы промышленного Ethernet, а также web-интерфейс, watchdog, функции диагностики и удалённого конфигурирования.
Наличие Ethernet-порта не означает поддержку всех перечисленных функций и протоколов — возможности необходимо проверять для конкретной модели.
USB I/O Expansion Units
Некоторые модульные системы используют USB для непосредственного подключения базового блока с I/O-модулями к промышленному или обычному компьютеру.
Такая архитектура позволяет построить модульную систему сбора данных без установки внутренней DAQ-платы, сохранив возможность выбора необходимых типов физических I/O.
Базовый блок и I/O-модули
Базовое шасси необходимо рассматривать вместе с устанавливаемыми в него модулями удаленного ввода-вывода.
Например, одна корзина может поддерживать различные комбинации DI, DO, AI, AO, RTD, thermocouple и relay modules.
При этом механическая возможность установки модуля в слот не является достаточным подтверждением совместимости. Необходимо проверять поддерживаемую серию, firmware, ограничения конкретного base unit и документацию производителя.
Локальное и удалённое расширение I/O
Модульное расширение может использоваться как локально рядом с контроллером, так и в виде удалённой станции, подключённой через промышленную сеть.
Поэтому наличие I/O-слотов само по себе не определяет, является устройство локальным expansion chassis или Remote I/O station. Назначение определяется архитектурой конкретной платформы.
Корзина расширения и Remote I/O
Базовое шасси формирует платформу, в которую устанавливаются сменные I/O-модули. Компактный Remote I/O, напротив, обычно уже содержит фиксированный набор физических каналов.
Коммуникационный базовый блок модульной Remote I/O системы может не иметь собственных DI, DO, AI или AO, но обеспечивать обмен установленными модулями с внешней системой управления.
Корзина расширения и PLC/PAC
PLC или PAC выполняет пользовательскую программу управления технологическим процессом.
Базовый I/O Expansion Unit прежде всего обеспечивает работу устанавливаемых модулей ввода-вывода и их связь с управляющей системой.
Наличие процессора, памяти, Ethernet или возможности выполнения служебной логики не делает базовый блок автоматически PLC/PAC. При классификации необходимо учитывать основное назначение изделия и позиционирование производителя.
PLC/PAC с I/O-слотами
Некоторые программируемые контроллеры также имеют несколько слотов для локальных I/O-модулей. Такие устройства не следует относить к базовым шасси только из-за наличия слотов.
Если устройство самостоятельно выполняет полноценную программу управления и производитель позиционирует его как PLC или PAC, оно относится к программируемым контроллерам.
Корзины расширения и DAQ
DAQ выполняет непосредственное измерение или генерацию физических сигналов для вычислительной системы.
Базовое шасси само по себе может не иметь измерительных каналов — они появляются после установки соответствующих I/O-модулей.
USB- или Ethernet-интерфейс базового блока поэтому не является достаточным основанием классифицировать его как DAQ или Remote I/O без анализа всей архитектуры системы.
Совместимость I/O-модулей
Совместимость является одним из наиболее важных параметров при выборе базового шасси.
Необходимо проверить точную серию поддерживаемых модулей. Даже внутри оборудования одного производителя могут существовать несколько поколений и системных шин, которые не являются взаимозаменяемыми.
Совпадение размеров корпуса, направляющих или разъёма не гарантирует электрическую и программную совместимость.
Горячая замена I/O-модулей
Некоторые модульные I/O-платформы могут поддерживать hot swap или другие механизмы замены модулей без полного отключения станции.
Эту возможность нельзя предполагать только по модульной конструкции. Поддержка горячей замены должна быть прямо указана производителем для конкретной системы и типа модуля.
Питание базового шасси
Базовый блок может одновременно питать установленные I/O-модули через внутреннюю шину.
При формировании станции необходимо учитывать входное напряжение, допустимую мощность или ток внутренней шины и энергопотребление устанавливаемых модулей.
Наличие свободного физического слота не гарантирует возможность установки любого поддерживаемого модуля без проверки энергетического бюджета системы.
Резервирование и отказоустойчивость
В отдельных модульных I/O-системах могут поддерживаться резервирование питания, коммуникационных каналов или другие механизмы повышения доступности.
Два Ethernet-порта или два входа питания сами по себе не являются подтверждением резервирования. Архитектуру отказоустойчивости необходимо проверять по документации конкретной платформы.
Watchdog и диагностика
Активные I/O Expansion Units могут иметь watchdog, self-diagnostics, индикацию состояния и другие средства контроля работы станции.
Набор диагностических функций зависит от серии и коммуникационного блока.
Монтаж базовых блоков I/O
В зависимости от системы базовые блоки могут устанавливаться на DIN-рейку, панель или другим предусмотренным производителем способом.
При проектировании шкафа необходимо учитывать габариты полностью собранной станции, пространство для подключения полевой проводки, кабелей связи и возможность замены отдельных I/O-модулей.
Рабочая температура
Для промышленного применения необходимо учитывать рабочую температуру не только базового блока, но и всех установленных I/O-модулей.
Допустимый диапазон эксплуатации всей станции определяется компонентом с наиболее строгими ограничениями, а также условиями монтажа и охлаждения.
Как выбрать корзину или базовое шасси I/O
Сначала определяется требуемая серия I/O и набор физических сигналов. После этого выбирается базовый блок с необходимым количеством слотов и подходящим способом подключения к управляющей системе.
Также необходимо учитывать поддерживаемые протоколы, питание, ограничения внутренней шины, условия эксплуатации и возможность дальнейшего расширения.
Основные параметры при подборе
- тип устройства — I/O Expansion Unit, I/O Rack или Base Unit;
- серия;
- количество слотов;
- совместимые серии I/O-модулей;
- RS-485;
- Ethernet;
- USB;
- поддерживаемые промышленные протоколы;
- скорость интерфейса связи;
- поддержка daisy chain;
- hot swap;
- watchdog;
- диагностические функции;
- питание;
- энергетический бюджет для I/O-модулей;
- тип монтажа;
- рабочая температура;
- габариты.
Подбор базового шасси под систему автоматизации
Для подбора желательно предоставить перечень необходимых I/O-модулей или количество и типы физических сигналов, используемый PLC/PAC или SCADA, требуемый интерфейс и промышленный протокол.
HPI Networks поможет подобрать базовый блок, совместимые I/O-модули и необходимую коммуникационную архитектуру, проверить количество слотов, питание и совместимость компонентов по документации производителя.
