最佳化遠端 I/O 以提高效率、維護性、適應性

對於遠端輸入／輸出 (I/O) 系統而言，效率就是一切。遠端 I/O 的概念最初源於工業作業需要一種更有效的方式將可編程邏輯控制器 (PLC) 連接到其設備。遠端 I/O 機櫃並非將長電線連接到每個感測器和致動器，而是將這些連線整合到設備附近，讓所有資料透過共享的全廠網路傳送到可編程邏輯控制器。

如今，對更高效率有更大的需求。設計人員需將更多的 I/O 封裝到更小的空間中，才能有效率的競爭。他們在尋找簡化 I/O 系統設計、安裝、維護的方法，以及能夠因應需求變化的解決方案。

請查看 Weidmüller 的 I/O System IP20 u-remote 系統歷史，瞭解這些要求如何演進 (圖 1)。u-remote 於 2013 年首次推出，各方面都優先考慮效率，首先，其 I/O 模組的寬度僅 11.5 mm。這些模組非常窄，可將遠端 I/O 系統所需的機櫃空間縮至最小。

圖 1：I/O System IP20 u-remote 模組非常窄，將佔用空間縮至最小。(圖片來源：Weidmüller)

易於部署與維護的模組

這些模組也可有效提升員工生產力。只需將每個可插拔模組卡入到位，即可連接到 I/O 系統的其餘部分。無需背板或外部佈線，而是讓所有電源和資料透過模組內建的連接器進行路由 (圖 2)。

圖 2：I/O System IP20 u-remote 模組採用可插拔設計，無需背板即可直接連接。(圖片來源：Weidmüller)

可插拔設計還可讓維護更輕鬆並簡化升級。可立即新增或移除模組，以進行維修或變更系統功能。事實上，由於其三零件設計，無需拆卸模組即可完成許多維護任務，這些零件包含：

• 連接條：允許感測器和致動器的電線進行實體連接
• 電子部分：包含負責處理來自連線設備訊號的電路
• 底座：允許安裝在 DIN 軌上，並提供模組之間的電氣連接

此模組化允許電子設備進行熱抽換替換，而不會中斷模組的其他功能或干擾維護中的模組佈線。電子部分內建拆卸桿，因此無需任何工具即可作業 (圖 3)。

圖 3：I/O 模組包括連接條、電路和底座模組。(圖片來源：Weidmüller)

2014 年，Weidmüller 推出高密度模組，將每個模組的導線數量增加了一倍，達到 32 根。例如，緊湊型 UR20-PG0.35 連接插頭允許將最多八個四線感測器輸入連接到各模組。

此後，該公司推出了各式模組。著名的一例為 UR20-PF-O-2DI-DELAY-SIL，這是 2015 年推出的安全模組。此模組符合 SIL 3 標準，提供緊急停止電路和短路偵測功能。其他類型的模組包括：

• UR20-4AI-UI-12：具有四個類比感測器輸入，準確度為 0.1% 滿量程範圍 (FSR)
• UR20-4AO-UI-16：具有四個類比輸出，可控制最多四個致動器，準確度為測量範圍最終值的 0.05%
• UR20-16DI-P：具有多達 16 個數位輸入，最大頻率為 1 kHz
• UR20-8DO-P：可驅動多達 8 個數位輸出通道，每個通道電流高達 500 mA

專用 I/O 選項包括 UR20-2CNT-100，其具有兩個獨立的 32 位元、100 kHz 計數器；以及 UR20-2PWM-PN-0.5A，可驅動兩個脈寬調變 (PWM) 輸出，頻率高達 40 kHz。

現場匯流排連線能力與軟體智慧

除了 I/O 整合之外，遠端 I/O 系統的一項基本功能是連接到廠房網路。採用 u-remote，即可透過現場匯流排耦合器達成。這些耦合器提供最受歡迎的現場匯流排協定。例如，UR20-FBC-PN-ECO 支援 PROFINET RT，而 UR20-FBC-EC 提供乙太網路和 EtherCAT 網路。

每個現場匯流排耦合器還提供一個整合的網路伺服器。此整合式伺服器可透過純文字診斷，進行快速錯誤識別，進而加速啟動並縮短停機時間。這些伺服器還能讓操作人員在系統的整個生命週期中進行監控和維護。例如，網路伺服器能模擬輸入和輸出。此功能可方便進行測試，讓使用者無需與連線裝置實體互動，即能驗證工作站的行為。

除了模組之外，Weidmüller 多年來不斷延伸現場匯流排耦合器產品陣容。如今，可支援 11 種最受歡迎的協定。

結論

工業作業持續要求提高效率，遠端 I/O 系統必須因應。Weidmüller u-remote IP20 系統證實了這一演變。此系統以超薄 I/O 模組為基礎，多年來不斷延伸功能，增加對新的 I/O 和現場匯流排選項的支援。其模組化設計只需最少的工具，並可提高遠端 I/O 系統設計、部署、維護和升級的效率。