作者： Art Pini

工廠和工業自動化系統必須通過通信鏈路將操作人員、機械、計算機和傳感器可靠地連接起來。這一過程通常從原材料開始，經過一系列工作崗位，在工廠自動化系統的控制下完成產品成型、測量、校準、檢驗、包裝和運輸。

這些系統從數據采集與監控系統 (SCADA) 架構開始，由計算機和網絡通信系統對生產流程進行高級監督和控制。SCADA 系統通常距離實際生產設施較遠，而遠程操作通常需要利用云數據服務 (CDS) 來完成，該服務用于提供數據鏈路和群組互操作性。

SCADA 系統通過本地可編程邏輯控制器 (PLC) 控制機器，并通過指導機器工作的聯網傳感器接收反饋，以此來管理和監控工廠的運營。PLC 與加工廠或機械設備連接。遠程輸入/輸出 (I/O) 組件是自動化工廠的通信主干，如圖 1 所示。

圖 1：遠程 I/O 組件構成了現代自動化工廠的神經系統。（圖片來源：Banner Engineering）

分立式傳感器和執行器用于監測和控制本地操作。這些器件的信號使用合適的集線器鏈接起來，并發送到主機進行本地處理，然后再發送到 SCADA 系統。

工業數據總線

自動化機器可以使用許多傳感器或執行器，但它們直接連接到控制室需要鋪設大量昂貴的電纜。為了避免這種情況，設計人員開發了多種傳感器總線來整合此類連接。Modbus 和 IO-Link 是兩種廣泛使用的網絡（圖 2）。

圖 2：IO-Link 和 Modbus 網絡可減少自動化機器中使用的線纜數量，并且支持使用標準化電纜組件。（圖片來源：Banner Engineering）

這些網絡可減少通過集線器和控制器連接到控制室的線纜數量。還支持使用標準化電纜組件，從而降低布線和維護成本。

[Banner Engineering] 設計的遠程 I/O 塊可幫助自動化機器設計人員增強其控制系統架構。他們提供的產品通過將多種信號組合成一個集成數據流來降低布線復雜性，從而降低了安裝、集成和診斷成本。

遠程 I/O 塊示例

Banner Engineering 的 [DXMR90-X1]可編程控制器（圖 3）有七個 I/O 端口，可組合多個來源的數據，同時還能在數據發送到 SCADA 系統之前進行本地處理。此控制器可收集來自各種傳感器的數據并將其轉換為符合標準以太網協議要求。七個端口包括四個獨立的 Modbus 主機，支持最多四個獨立網絡。它還可將 Modbus 從機設備數據部署到 EtherNet/IP、Modbus TCP 或 PROFINET 網絡。該控制器由 12 V 至 30 V 直流電源供電，12 V 時功耗為 120 mA，并利用 LED 指示燈報告其狀態。

圖 3：DXMR90-X1 控制器有七個 I/O 端口。（圖片來源：Banner Engineering）

此控制器的外殼緊湊，侵入防護 (IP) 等級為 IP67，這意味著它能夠防塵，并且短時間浸入水中不會進水。其額定工作溫度范圍為 -40 至 +70°C。

DXMR90-X1 采用標準 M12 連接器，其中單個公 M12 端口（端口 0）用于電源和 Modbus RS-485 連接，單個母 M12 端口用于菊花鏈連接端口 0 連接。另外還有四個用于 Modbus 主機連接的母 M12 端口和一個母 M12 D 編碼以太網連接器。

該控制器通過集線器耦合至遠程傳感器。Banner Engineering [R95C-8B21-KQ]是一個八端口 IO-Link 集線器（圖 4），可輕松將非 IO-Link 器件連接到 IO-Link 系統。此集線器可將兩個分立通道連接到八個四針 M12 連接器端口，而這些端口則可配置為 16 個輸入或 8 個輸入和 8 個輸出。來自通道的數據連接到 IO-Link 主機。

圖 4：R95C-8B21-KQ 八端口集線器支持 NPN 和 PNP 輸出。LED 指示燈用于報告端口活動和 IO-Link 狀態。（圖片來源：Banner Engineering）

每個端口的兩個可配置 I/O 引腳支持 PNP（源型）或 NPN（漏型）輸出。每一側都有指示端口活動的 LED，因此安裝靈活。此集線器還支持主機鏡像，其中選定的端口輸入或輸出離散信號可以路由到 PLC 或主機連接。

集線器的額定工作電壓為 18 V 至 30 VDC，最大電流消耗為 400 mA。它可以為每個端口提供高達 500 mA 的直通電流，并且具有反極性和功率瞬變保護功能。

此集線器采用堅固的鍍鎳黃銅和 PVC 機身，防護等級可達 IP65、IP67 和 IP68，適合室內使用。

模擬信號出現的時間早于自動化，但由于許多傳感器仍將其作為輸出，因此需要按照 Modbus 或 IO-Link 協議對模擬信號進行轉換。Banner Engineering [R45C-2K-MQ]2 端口轉換器可讀取電壓或電流兩個模擬信號，然后按 Modbus 協議輸出。模擬輸入通過兩個 M12 母頭連接器輸入，而輸出則通過一個五針 M12 公頭連接器輸出。LED 用于指示輸入和輸出狀態。R45C-2K-MQ 由 18 至 30 VDC 電源供電，24 V 時最大電流消耗為 4 A。該轉換器的工作溫度范圍為 -40 至 70°C，環境防護等級為 IP65、IP67 和 IP68，僅適合室內使用。

數據轉換器還可接收主控制器發出的數字命令，并為氣動執行器、電磁閥或電機起動器等設備輸出模擬電壓。該轉換器可以位于受控設備附近，以最大限度減少模擬信號損失和電磁干擾。Banner Engineering [R45C-K-UQ] 轉換器（圖 5）可讓自動化設計人員通過從 IO-Link 主機發送數值模擬值來輸出電壓或電流模擬值。此轉換器的輸出電壓范圍為 0 V 至 11 V，輸出電流范圍為 0 mA 至 24 mA。

圖 5：IO-Link 轉模擬輸出轉換器可產生由 IO-Link 主機控制的電流或電壓輸出。（圖片來源：Banner Engineering）

與其他 Banner Engineering 遠程 I/O 器件一樣，其環境防護等級為 IP65、IP67 和 IP68，工作溫度范圍為 -40 至 70°C。該器件可由 18 至 30 VDC 電源供電，僅消耗 50 mA 電流，并且可傳輸高達 4 A 的最大電流。它通過傳統的四針 M12 公連接器連接到 IO-Link 主機。模擬輸出采用四針母 M12 連接器。

結語

Banner Engineering 遠程 I/O 塊可幫助自動化設計人員優化控制系統的部署。多協議支持可減少線纜數量并降低安裝成本，而板載可編程性則可提供設計靈活性并簡化系統集成。

審核編輯 黃宇