W aplikacjach automatyki wymogi dotyczące jakości, szybkości i synchronicznej transmisji sygnałów stale rosną. Dodatkowo poszukiwane są rozwiązania pozwalające na skrócenie czasu instalacji oraz usuwania ewentualnych awarii. Pod kątem tych oczekiwań opracowany został system Axioline I/O firmy Phoenix Contact. Współpracując ze wszystkimi dostępnymi systemami magistralowymi, obsługuje on sygnały wejść/wyjść zarówno w szafach sterowniczych, jak i w instalacjach obiektowych.

W początkach rozwoju techniki automatyzacji największym wyzwaniem był czas reakcji oraz niezawodność użytych komponentów. Obecnie automatyka umożliwia projektowanie systemów, które generują i przetwarzają tysiące sygnałów w czasie rzeczywistym, w ciągu zaledwie kilku milisekund. Natomiast przy dzisiejszej dużej liczbie sterowników z układami magistrali i systemami inżynieryjnymi, wyzwaniem dla inżynierów systemów i maszyn jest instalacja i uruchomienie całego układu automatyki. Jeden użytkownik może np. potrzebować odpowiedniego sterownika PLC dla magistrali Profinet, inny z kolei może chcieć zbudować rozwiązanie w oparciu o Ethernet/IP. Instalatorzy oraz inżynierowie utrzymania ruchu, muszą także być w stanie poradzić sobie z zasilaniem systemu oraz potrafić wykryć i usunąć awarię związaną z zachowaniem lokalnej magistrali, mechanizmami sieci oraz wieloma innymi problemami, występującymi w każdym systemie I/O.

System Axioline pozwala na niezależność od nadrzędnego urządzenia sterującego we wszystkich wiodących sieciach komunikacyjnych, zapewnia poziom ochrony IP20 oraz IP67

Jeśli system opiera się na modułach serii Axioline o poziomie ochrony IP20 lub IP67, w aplikacjach automatyki można zintegrować / dodać również urządzenia innych producentów. Należy jednak pamiętać o różnicach w danej sferze technicznej u różnych dostawców. Mając to na uwadze, system Axioline I/O firmy Phoenix Contact jest systemem „otwartym” na różne rozwiązania. Axioline E o poziomie ochrony IP67 o konstrukcji blokowej oraz modułowy Axioline F o poziomie ochrony IP20 to systemy zapewniające łatwą eksploatację, nowoczesną wytrzymałą konstrukcję i szybką transmisję danych.

System certyfikowanych plików konfiguracyjnych

Komunikacja przy pomocy Ethernetu, tradycyjnie wykorzystywana do prywatnych rozwiązań w domu, cieszy się coraz większą popularnością również w integracji maszyn z systemami I/O. System Axioline pozwala na przyłączenie do sieci: Profinet, Modbus TCP, Ethercat, Ethernet/IP oraz Sercos 3. Ponadto istnieje również możliwość połączenia, mającej najszersze zastosowanie, magistrali lokalnej Profibus. Zarówno urządzenia Axioline E o poziomie ochrony IP67, jak i Axioline F (IP20) są zintegrowane z siecią nadrzędną, na jednym poziomie instalacji. Pozwala to m.in. na jednolitą procedurę instalacyjną oraz kontrolę poprzez opcje diagnostyczne. Ponadto korzystanie z jednej rodziny produktów w przypadku jednego rozwiązania automatyzacyjnego pozwala na dodatkowe zwiększenie synergii. W przypadku Axioline E oraz Axioline F urządzenia te mają tę samą diagnostykę opartą o diody LED. Istnieje także możliwość integracji sieci (z uwzględnieniem specyfiki rodzimej) do systemu nadrzędnego, przez plik opisu urządzenia (plik konfiguracyjny), certyfikowany zgodnie ze specyfikacjami danej grupy użytkowników. Pozwala to na korzystanie z systemu, który ma identyczny wygląd i działa w taki sam sposób, bez względu na topologię. Dzięki tak szerokiej ofercie produktowej, Axioline oferuje odpowiednie rozwiązanie dla każdej sieci, każdego środowiska i marki sterownika.

Zaciski push-in pozwalają na znaczące skrócenie czasu okablowania

Krótkie czasy cyklu i niższe koszty instalacji

Oprócz możliwości ograniczenia do jednego systemu I/O, który pozwala na zmniejszenie kosztów magazynowych i kosztów instalacji, Axioline spełnia również wymóg szybkiej komunikacji. Przy czym prędkość w automatyzacji jest mierzona na podstawie dwóch czynników – wydajności systemu oraz parametrów instalacyjnych i parametrów uruchamiania.
Analizy rynkowe pokazują, że sygnały, w których czas jest czynnikiem kluczowym, są zazwyczaj rejestrowane i generowane na poziomie napędu w szafie kontrolnej przez urządzenia I/O o stopniu ochrony IP20. Natomiast w przypadku sygnałów, dla których czas nie ma kluczowego znaczenia, preferowane są komponenty I/O o stopniu ochrony IP67.
Firma Phoenix Contact skupiła się głównie na lokalnej magistrali Axioline F z wykorzystaniem chronionego patentem protokołu, który działa wraz ze 100-megabitową płytą bazową, pozwalając na osiągnięcie czasów cykli do trzech mikrosekund, bez względu na liczbę urządzeń podłączonych do magistrali lokalnej. Na ogół wewnętrzny czas cyklu jest wyliczany na podstawie liczby podłączonych komponentów, gdzie zgodnie z zasadą główną na moduł funkcyjny przypada jedna mikrosekunda plus dwie mikrosekundy korekty. Zakładając teoretyczne minimum czasu cyklu jako 31,25 mikrosekund w przypadku systemu Sercos 3, Axioline spełnia oba kluczowe wymogi. Szybkie przetwarzanie pozwala na synchroniczne przekazywanie sygnałów z systemu Axioline I/O do systemu magistrali, co dodatkowo pozwoli na wykorzystanie tej technologii w przyszłości, bez konieczności przeprojektowania płyty bazowej (magistrali danych). Ponadto, przy czasie cyklu około jednej mikrosekundy, w wysoko wydajnych systemach, magistrala danych systemu I/O Axioline F zapewnia więcej niż dostateczny czas odświeżania. Oznacza to, że nie ma potrzeby wyliczania czasu cyklu dla sieci nadrzędnej.

Testy interferencji zgodnie z Dyrektywą EMC potwierdzają, że Axioline F nie powoduje zakłóceń, nawet na terenach mieszkalnych

Patrząc na prędkość z punktu widzenia instalacji, możliwe jest znaczące skrócenie czasu okablowania – przy wykorzystaniu technologii wtykowej dla komponentów o poziomie ochrony IP20 oraz szybkozłączy Speedcon dla komponentów o poziomie ochrony IP67. Do dyspozycji jest również przyłącze zasilające modułu Axioline E wykorzystujące technologię M12 Power. W większości przypadków urządzenia o poziomie ochrony IP67 dają możliwość podłączenia zasilania i przesyłu do następnej podłączonej części przez M12. Do niedawna w przypadku gniazd M12 istniało ograniczenie do 4 amperów. Wtyk M12 Power pozwala obecnie na obciążalność prądową 12 A dla każdej pary przewodów. Dzięki temu seria Axioline E umożliwia przyłączanie większej liczby urządzeń o poziomie ochrony IP67. Pozwala to również uniknąć osobnego zasilania.

Wytrzymała konstrukcja i szczegółowa diagnostyka

Po zainstalowaniu maszyny lub uruchomieniu systemu pojawiają się kolejne wyzwania. Aplikacja ma niezawodnie działać przy pełnym obciążeniu, co oznacza, że najważniejsze jest unikanie awarii urządzeń. Jednak wykorzystanie różnych zespołów elektronicznych na niewielkiej przestrzeni prowadzi m.in. do wzajemnej interferencji elektromagnetycznej, co w najgorszym przypadku może takie awarie powodować. Ponadto niewystarczająca wentylacja szafy sterowniczej może prowadzić do przegrzania urządzeń. Z tego powodu moduły Axioline F oraz Axioline E charakteryzują się dużą wytrzymałością na wysokie temperatury. Obie grupy produktowe spełniają kryteria kategorii B w odniesieniu do emisji zakłóceń i odporności. Dzięki rozszerzonemu zakresowi temperatur od -25 do 60^oC, urządzenia Axioline pozwalają również na obniżenie ryzyka awarii wynikającej z wysokiej temperatury.
Podczas prac związanych z konserwacją lub z usuwaniem awarii ważne jest, aby technicy pracujący w terenie prawidłowo okablowali poszczególne partie systemu Axioline. Pomagają w tym kolorowe oznaczenia, jak również system, który pozwala na jednoznaczne adresowanie kabli, zarówno dla modułów z poziomem ochrony IP20, jak i IP67. Ponadto serwery sieciowe oraz interfejsy serwisowe upraszczają parametryzację urządzeń (Profinet I/O, Server I/O Link, Start UP+). Jeśli mimo to w okablowaniu pojawiłby się błąd, obie grupy produktów posiadają funkcje usuwania usterek protokołów magistrali. Axioline F dodatkowo ułatwia lokalizację błędów przekazując proste diagnostyczne komunikaty tekstowe.

IO-Link master z rodziny produktów Axioline E oraz odpowiednie przetworniki IO-Link pozwalają na przetwarzanie dowolnego sygnału przy użyciu tylko jednego urządzenia

Podsumowanie

Axioline E do instalacji obiektowych i Axioline F do szaf sterowniczych firmy Phoenix Contact to zintegrowany system I/O, otwarty dla wszystkich protokołów komunikacyjnych. W odpowiedzi na wymogi technologii automatyzacji, obie rodziny produktów oferują korzystne dla użytkowników właściwości, takie jak kompatybilność z każdą siecią, przydatność w każdym środowisku, wytrzymałość, konstrukcji i szybki przesył danych.

mgr inż. David Rogers
Autor jest pracownikiem działu
Zarządzanie rynkiem, systemy I/O firmy Phoenix Contact w Bad Pyrmont (Niemcy)
Kamil Wachowicz
Autor jest pracownikiem
firmy Phoenix Contact