효율성, 유지보수성, 적응성을 위한 원격 I/O 최적화

원격 입력/출력(I/O) 시스템의 경우 효율성이 가장 중요합니다. 원격 I/O의 개념이 처음 등장한 이유는 산업 작동에서 프로그래밍 가능 논리 컨트롤러(PLC)를 해당 장비에 연결하는 더욱 효과적인 방법이 필요했기 때문입니다. 모든 센서와 액추에이터에 긴 전선을 연결하는 대신, 원격 I/O 캐비닛은 공장 전체에 걸쳐 공유된 네트워크에 걸쳐 PLC로 전송되는 모든 데이터와 함께 장비 주변의 이러한 연결을 통합했습니다.

오늘날에는 효율성 향상에 대한 요구가 확대되었습니다. 효과적인 경쟁을 위해 설계자는 더 많은 I/O를 더 작은 실장 면적에 포함시켜야 합니다. 또한 I/O 시스템 설계, 설치, 유지보수를 간소화할 수 있는 방법을 모색하고 요구 사항의 변경에 따라 적응력 있는 솔루션을 추구합니다.

Weidmüller의 I/O System IP20 u-remote 시스템 역사에서 이러한 요구 사항의 발전을 확인할 수 있습니다(그림1). 2013년에 처음 도입된 u-remote는 너비가 11.5mm에 불과한 I/O 모듈부터 시작하여 모든 면에서 효율성을 우선시합니다. 이 놀랍도록 좁은 모듈은 원격 I/O 시스템에 필요한 캐비닛 공간을 최소화합니다.

그림 1: I/O System IP20 u-remote 모듈은 대단히 좁아 설치 공간을 최소화할 수 있습니다. (이미지 출처: Weidmüller)

모듈의 배치 및 유지보수가 용이함

이 모듈은 작업자 생산성 측면에서도 효율적입니다. 각 플러그형 모듈을 제자리에 끼우기만 하면 나머지 I/O 시스템에 연결할 수 있습니다. 후면판이나 외부 배선이 필요하지 않습니다. 대신 모든 전력과 데이터는 모듈에 내장된 커넥터를 통해 라우팅됩니다(그림 2).

그림 2: I/O System IP20 u-remote 모듈은 후면판 없이 직접 연결할 수 있는 플러그형 설계를 사용합니다. (이미지 출처: Weidmüller)

플러그형 설계는 또한 유지보수 및 업그레이드를 간소화합니다. 수리를 수행하거나 시스템 기능을 변경하기 위해 모듈을 쉽게 추가하거나 제거할 수 있습니다. 실제로, 다음과 같이 세 부분으로 구성된 설계 덕분에 모듈을 제거하지 않고도 많은 유지보수 작업을 완료할 수 있습니다.

• 연결 스트립: 센서와 액추에이터의 전선을 물리적으로 연결할 수 있습니다.
• 전자 부품 섹션: 연결된 장치의 신호를 처리할 수 있는 회로망이 들어 있습니다.
• 베이스: DIN 레일에 실장할 수 있으며 모듈 간에 전기 연결을 제공합니다.

이러한 모듈성을 통해 다른 모듈의 기능을 방해하거나 유지보수 중에 모듈의 배선을 방해하지 않고 전자 부품의 핫스왑 교체가 가능합니다. 전자 부품 섹션에 내장된 제거 레버를 사용하면 도구 없이도 이 모든 작업이 가능합니다(그림 3).

그림 3: I/O 모듈은 연결 스트립, 전자 부품, 베이스 모듈로 구성되어 있습니다. (이미지 출처: Weidmüller)

2014년, Weidmüller는 모듈당 컨덕수 개수를 32개로 두 배 늘린 고밀도 모듈을 도입했습니다. 예를 들어, 콤팩트한 UR20-PG0.35 연결 플러그를 사용하면 각 모듈에 최대 8개의 4선식 센서 입력을 연결할 수 있습니다.

그 이후 회사는 다양한 모듈을 도입했습니다. 주목할 만한 예로 2015년에 출시된 안전 모듈 UR20-PF-O-2DI-DELAY-SIL을 들 수 있습니다. 이 SIL 3 준수 모듈은 비상 정지 회로 및 단락 감지 기능을 제공합니다. 다른 유형의 모듈은 다음과 같습니다.

• UR20-4AI-UI-12 - 4개의 아날로그 센서 입력 및 0.1% FSR(전체 범위)의 정확도 제공
• UR20-4AO-UI-16 - 측정 범위 최종 값의 0.05% 정확도로 최대 4개의 액추에이터를 제어하기 위한 4개의 아날로그 출력 포함
• UR20-16DI-P - 최대 주파수가 1kHz인 최대 16개의 디지털 입력 포함
• UR20-8DO-P - 각각 최대 500mA로 최대 8개의 디지털 출력 채널을 구동할 수 있음

특수 I/O 옵션에는 2개의 독립적인 32비트, 100kHz 카운터가 있는 UR20-2CNT-100과 최대 40kHz에서 2개의 펄스 폭 변조(PWM) 출력을 구동하는 UR20-2PWM-PN-0.5A가 포함됩니다.

필드버스 연결 및 소프트웨어 지능

I/O 통합 외에도 원격 I/O 시스템에는 플랜트 네트워크에 연결하는 필수 기능이 있습니다. u-remote를 사용하면 필드버스 커플러를 사용하여 이 작업이 수행됩니다. 이러한 결합기는 가장 널리 사용되는 필드버스 프로토콜에 사용 가능합니다. 예를 들어 UR20-FBC-PN-ECO는 PROFINET RT를 지원하고, UR20-FBC-EC는 이더넷 및 EtherCAT 네트워킹을 제공합니다.

각 필드버스 커플러는 통합 웹 서버도 제공합니다. 이 통합 서버는 일반 텍스트 진단을 통해 빠르게 오류를 식별하여 더 빠른 시작과 짧은 가동 중지 시간을 가능하게 합니다. 또한 서버를 통해 운영자는 시스템 수명 내내 시스템을 모니터링하고 관리할 수 있습니다. 예를 들어 웹 서버는 입력과 출력을 시뮬레이션할 수 있습니다. 이 기능은 테스트에 편리하며 사용자가 연결된 장치와 물리적으로 상호 작용하지 않고도 스테이션의 동작을 확인할 수 있습니다.

모듈과 마찬가지로 Weidmüller는 수년에 걸쳐 필드버스 커플러 라인업을 계속해서 확장해 왔습니다. 현재 가장 널리 사용되는 프로토콜 중 11개가 지원됩니다.

결론

산업 운영에서 계속해서 더 높은 효율성이 요구됨에 따라 원격 I/O 시스템도 이에 적응해야 합니다. Weidmüller u-remote IP20 시스템은 이러한 발전의 좋은 예입니다. 초슬림 I/O 모듈을 기반으로 시작한 이 시스템은 수년에 걸쳐 기능을 확장하여 새로운 I/O 및 필드버스 옵션에 대한 지원을 추가했습니다. 모듈식 설계로 최소한의 툴링만 필요하며 원격 I/O 시스템 설계, 배포, 유지보수 및 업그레이드에 효율성을 제공합니다.