Почему HPI Networks
Системы удаленного ввода-вывода Remote I/O
Remote I/O позволяет размещать модули ввода-вывода непосредственно рядом с датчиками, исполнительными механизмами и технологическим оборудованием, передавая данные в систему управления по промышленной сети.
Такой подход позволяет строить распределённую архитектуру АСУ ТП и уменьшать количество сигнальных кабелей между полевым оборудованием и центральным шкафом управления.
В зависимости от системы Remote I/O может подключаться к PLC, PAC, SCADA, промышленному компьютеру или другому контроллеру по Ethernet, RS-485 или промышленной fieldbus-сети.
Аналоговые и дискретные модули ввода-вывода
Дискретные входы DI
Модули цифрового ввода используются для получения дискретных сигналов от концевых выключателей, реле, кнопок, датчиков состояния и другого оборудования.
При выборе необходимо учитывать количество каналов, тип входа, допустимое напряжение, Sink/Source-схему, изоляцию и другие электрические характеристики.
Дискретные выходы DO
Цифровые выходы используются для управления реле, индикаторами, исполнительными устройствами и другими дискретными нагрузками.
Выходы могут иметь различную электрическую реализацию, включая transistor output и relay output. Максимально допустимые напряжение и ток необходимо проверять для конкретной модели.
Аналоговые входы AI
Аналоговые входы используются для измерения унифицированных и других аналоговых сигналов от датчиков и преобразователей.
В зависимости от модуля могут поддерживаться диапазоны напряжения и тока, включая распространённые сигналы 0–10 V и 4–20 mA. Поддерживаемые диапазоны необходимо проверять по документации конкретного устройства.
Аналоговые выходы AO
Аналоговые выходы формируют управляющий сигнал для преобразователей частоты, регулирующих клапанов и другого оборудования.
При подборе необходимо учитывать выходной диапазон, разрешение, точность, допустимую нагрузку и наличие гальванической изоляции.
Модули для термопар и RTD
Для измерения температуры применяются специализированные Remote I/O модули для термопар и термосопротивлений RTD.
Необходимо проверять поддерживаемые типы датчиков, количество каналов, диапазон измерения, разрешение, точность, схему подключения и наличие компенсации холодного спая для термопар, если она предусмотрена.
Само обозначение «temperature input» не означает поддержку всех типов термопар или RTD.
Релейные модули
Remote I/O с релейными выходами позволяет коммутировать дискретные нагрузки без отдельного внешнего транзисторного выхода.
При выборе необходимо учитывать тип реле и контакта, максимальное коммутируемое напряжение и ток, характер нагрузки и ресурс контактов.
Номинальный ток для резистивной нагрузки нельзя автоматически применять к индуктивной или другой нагрузке без проверки документации производителя.
Счётчики и частотные входы
Некоторые Remote I/O модули имеют counter/frequency inputs для подсчёта импульсов и измерения частоты сигналов от расходомеров, энкодеров, счётчиков продукции и других импульсных источников.
Максимальная входная частота и поддерживаемые режимы счётчика зависят от конкретной модели.
Ethernet Remote I/O
Ethernet I/O подключается непосредственно к промышленной Ethernet-сети и позволяет передавать значения физических входов и выходов PLC, SCADA или другим системам.
В зависимости от модели могут поддерживаться Modbus TCP, EtherNet/IP, PROFINET, OPC UA, MQTT и другие протоколы.
Наличие Ethernet не означает поддержку всех перечисленных технологий: набор протоколов определяется конкретным устройством.
RS-485 Remote I/O
RS-485 широко используется для подключения распределённых I/O-модулей в системах автоматизации. На одной последовательной линии может работать несколько адресуемых устройств.
При проектировании необходимо учитывать используемый протокол, топологию сети, скорость передачи, адресацию, терминаторы и ограничения по количеству узлов и длине линии.
Максимальная длина RS-485 не является универсальным фиксированным значением и зависит от скорости, кабеля, топологии, помеховой обстановки и других условий.
Modbus RTU и Modbus TCP
Modbus широко используется для связи Remote I/O с PLC, SCADA и промышленными компьютерами.
RS-485 I/O часто использует Modbus RTU, а Ethernet I/O — Modbus TCP. Однако физический интерфейс сам по себе не определяет протокол, поэтому поддержку Modbus необходимо проверять для конкретного модуля.
Также важно учитывать роль устройства и карту регистров производителя.
PROFINET и EtherNet/IP Remote I/O
Remote I/O с PROFINET или EtherNet/IP позволяет интегрировать распределённые сигналы непосредственно в соответствующую систему промышленного Ethernet.
При подборе необходимо учитывать поддерживаемые роли, файлы конфигурации устройства, особенности инженерной среды PLC и функции резервирования или диагностики, если они требуются проектом.
EtherCAT Remote I/O
EtherCAT I/O применяется в системах, где требуется распределённый ввод-вывод с высокой скоростью обмена и синхронизацией устройств.
Наличие Ethernet-разъёма не означает поддержку EtherCAT. EtherCAT является отдельной промышленной технологией и должен быть явно заявлен производителем.
Интеллектуальные Remote I/O
Современные модули удаленного ввода-вывода могут выполнять дополнительные функции непосредственно на уровне устройства: Peer-to-Peer обмен, простую локальную логику, обработку событий, alarm-функции или передачу данных по MQTT.
Наличие таких функций не делает устройство автоматически программируемым логическим контроллером. Если основной функцией изделия остаётся получение и выдача физических I/O-сигналов, оно относится к Remote I/O.
Remote I/O с MQTT и OPC UA
Поддержка MQTT, OPC UA, REST API и других IT/IoT-интерфейсов позволяет некоторым Remote I/O передавать данные непосредственно SCADA, Edge- или облачным системам.
Такое устройство не следует автоматически относить к IIoT-шлюзам. При классификации учитывается основная функция: физический ввод-вывод или преобразование, агрегация и обработка данных между различными системами.
PoE Remote I/O
Некоторые Ethernet Remote I/O могут получать питание по Ethernet с использованием PoE. Это позволяет передавать питание и данные по одному кабелю.
Необходимо проверять поддерживаемый стандарт PoE и требования конкретного устройства. Наличие Ethernet-порта само по себе не означает возможность питания по PoE.
Модульные системы Remote I/O
Модульная Remote I/O система может состоять из коммуникационного или головного модуля, локальной внутренней шины и набора I/O-модулей.
Такая архитектура позволяет сформировать узел с требуемым количеством DI, DO, AI, AO, RTD, thermocouple и других каналов.
Совместимость модулей определяется конкретной серией. Сходный механический форм-фактор или разъём не означает, что I/O-модули разных систем совместимы между собой.
Коммуникационный модуль Remote I/O
Головной или коммуникационный модуль подключает станцию Remote I/O к промышленной сети и обеспечивает обмен между I/O-модулями и PLC или другой системой управления.
Такой модуль остаётся частью Remote I/O системы даже в том случае, если самостоятельно не имеет физических DI, DO, AI или AO.
Remote I/O и PLC
PLC или PAC выполняет пользовательскую программу управления, тогда как Remote I/O в первую очередь обеспечивает интерфейс между физическими сигналами и системой управления.
Remote I/O может обладать локальной логикой или автономными функциями, однако это не делает его полноценным PLC, если основное назначение устройства остаётся вводом-выводом.
Remote I/O и платы DAQ
Remote I/O обычно является самостоятельным распределённым узлом системы автоматизации, подключаемым по промышленной сети.
Платы и модули DAQ предназначены прежде всего для сбора и генерации сигналов непосредственно вычислительной системой и могут использовать PCI, PCI Express, USB и другие интерфейсы.
При наличии пограничных устройств классификацию следует определять по архитектуре и основному назначению изделия, а не только по типу интерфейса.
Remote I/O и шлюз промышленного протокола
Remote I/O преобразует физический сигнал датчика или исполнительного механизма в данные промышленной сети.
Шлюз промышленного протокола в первую очередь обеспечивает обмен между двумя различными коммуникационными протоколами или сетями.
Поэтому наличие Modbus, PROFINET или EtherNet/IP само по себе не является основанием относить Remote I/O к protocol gateway.
Гальваническая изоляция
Изоляция между полевой частью, логикой, каналами и интерфейсом связи может быть важна для защиты оборудования и повышения помехоустойчивости системы.
Необходимо проверять, какие именно цепи изолированы и какое испытательное напряжение указано производителем. Формулировка «изолированный модуль» без схемы изоляции недостаточна для проектирования.
Как выбрать систему Remote I/O
Сначала определяется количество и тип физических сигналов: DI, DO, AI, AO, RTD, thermocouple, relay, counter и другие.
После этого выбираются электрические диапазоны сигналов, требования к изоляции, интерфейс связи, промышленный протокол, архитектура станции и условия эксплуатации.
Основные параметры при подборе
- тип Remote I/O — компактный или модульный;
- тип и количество DI;
- тип и количество DO;
- тип и количество AI;
- тип и количество AO;
- поддержка RTD;
- поддержка термопар;
- релейные выходы;
- счётчики и частотные входы;
- поддерживаемые диапазоны напряжения и тока;
- разрешение и точность аналоговых каналов;
- гальваническая изоляция;
- Ethernet или последовательный интерфейс;
- Modbus RTU и Modbus TCP;
- PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT и другие промышленные сети;
- MQTT, OPC UA и другие IoT-интерфейсы;
- PoE;
- Peer-to-Peer и локальная логика;
- питание;
- монтаж;
- рабочая температура;
- совместимая серия модулей.
Подбор Remote I/O под проект АСУ ТП
Для подбора системы желательно предоставить перечень сигналов с типами и электрическими диапазонами, используемый PLC или SCADA, требуемый промышленный протокол, архитектуру сети и условия эксплуатации.
HPI Networks поможет подобрать Remote I/O, коммуникационные модули и необходимые I/O-модули, проверить электрические параметры сигналов, протоколы и совместимость компонентов по документации производителя.
