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模塊化機器

模塊化工作原理

機械設計模塊化的核心理念是將復雜的機器拆分為不同的模塊,從而可以單獨裝配更多的相同零件。不同模塊的組合形成了各種機器類型間的差異。憑借這種設計帶來的規?;?,模塊化機器可以更快且更具成本效益地生產。此外,還可以將它們更快地投入運行并更靈活地擴展。

為了確保各單元能夠輕松快速組合,需要使用標準化接口。這不僅包括機械接口,還包括電力傳輸接口、通信接口以及壓縮空氣接口(若必要)等。模塊化特征不通過是或否來定義和歸類,而是劃分為低模塊化到絕對模塊化。

分布式自動化技術推動模塊化發展

在中央控制柜內通過點對點接線無法實現一致的模塊化設計。在這類中央架構中很難更換模塊或擴展機器。機器模塊要求采用自主結構。這可在帶IP20組件的模塊上的小型現場控制盒中實現。

Multi-part modular machine with IP67 decentralized I/O components.

IP67分布式I/O模塊不僅方便互連,還顯著降低了接線成本

IP67防護等級組件無需任何其他安全防護裝置即可直接安裝在機器中,但它們的接線和安裝通常更為復雜。如果某些組件額定防護等級不是IP67,或具有衛生設計、食品級或耐化學品方面的特殊要求,則防護外殼通常需達到IP20防護等級。

IP67自動化組件方便了模塊之間的互連。分布式I/O組件可在現場直接安裝,從而實現了在信號生成點直接采集信號,并通過以太網連接在模塊之間耦合,而完全無需控制柜。這可降低安裝成本并縮短終端客戶側的調試時間。

利用IP67鏈路模塊轉換以太網協議

利用鏈路模塊可以直接在現場輕松連接采用不同以太網協議的機器和模塊。通過使用常規通信標準,調試和連接更加簡單高效。在模塊化機械工程設計中尤為如此。

Three gray, stylized machines are each positioned on a panel with the logo of the Ethernet protocols PROFINET, Ethernet/IP and Modbus TCP

讓國際化更加簡單:使用spanner轉換以太網協議

分布式安全理念

具有安全自動化要求的應用也可采用模塊化設計策略進行規劃和實施。利用相同的電力和數據供應理念,可以輕松高效地采集任何傳感器或急停開關的安全信號。

Sketch shows the schematic structure of a safety application with HMI, , Ethernet connection lines, icons for safety functions and I/O modules for connecting them

安全模塊控制每個模塊的安全功能,而HMI/PLC則控制標準應用

安全功能也可由直接安裝在模塊上的IP67安全控制器進行分布式控制。這可避免中央安全控制的長循環時間,并最終減少機器上的安全距離。關于分布式安全解決方案的其他優勢,請參見我們機器安全的技術頁面。

視頻:模塊化機器如何實現更大的靈活性

控制解決方案的模塊化

一致的模塊化還要求將不同的控制功能遷移到機器模塊上。這些功能可通過帶集成邏輯控制器的I/O系統或實際的緊湊型PLC來執行。兩種產品組(I/O模塊和控制器)都可以設計為IP20防護等級,應用于控制盒中,或設計為IP67防護等級,直接安裝在現場。相對而言,無需控制柜的IP67版本在接線和靈活性方面優勢更加明顯。由于無需中央安全控制器或F-CPU,將安全邏輯遷移到I/O模塊上還有其他優勢,例如快速執行安全功能以及整體而言更具性價比的安全架構等。

出于控制、存檔或可視化目的,現場控制器可與更高層級的控制器或HMI通信??刂平鉀Q方案的選擇取決于機器的類型和尺寸。因此,可以規避尺寸過大的控制解決方案。由于機器的效率得到提升,用戶的工作量仍然很小?,F場邏輯模塊還可對數據進行預處理,因此僅相關的過程信息需要傳輸至更高層級的控制器。

將智能遷移到現場層級

將智能遷移到現場必須由工程部門在軟件側進行映射。機器模塊將作為自主系統處理臨近模塊的輸入,并相應決定其動作。根據模塊的復雜性不同,這可使用帶邏輯功能的I/O組件或采用現場PLC來實現。然后,僅臨近模塊所需的信息會在2個機器模塊之間的接口傳輸。

a triangular graphic of the automation pyramid in five layers; center: the triangular graphic with machine functions as icons; right: machine functions are freely connected to each other

分布式智能打破了傳統自動化金字塔的固有結構

遷移軟件功能具有眾多優勢:

  • 減輕了主通信鏈路上的負荷
  • 減輕主控制器的負荷 – 甚至可完全取代主控制器
  • 在調試和連接前進行模塊測試
  • 由于中央控制器可以保持不變,因此有利于第三方模塊的集成
  • 輕松擴展設備

機器的模塊化和智能分布化程度越高,自動化金字塔的固有結構就越不穩固。架構將變得更加透明,尤其是傳感器/執行器和I/O以及控制層。

模塊化推動進步

模塊化同樣將贏得機械工程領域的認可是完全合理的。其他行業可能已經從手工生產成功過渡到連續生產。進行連續生產時,可以通過規?;a實現效率提升。單調的過程將自動化完成,使得員工得以解放,并從事創造性工作,創造更多價值。模塊化作為創新驅動力,現在也將推動機器和設備建造的創新。

加快上市

模塊化機器滿足當今工業企業的眾多要求。

它們可以:

  • 方便采購
  • 縮短交付時間
  • 提高客戶和制造商擴展或移動機器時的靈活性

圖爾克的分布式自動化技術

優勢一覽:

  • 利用圖爾克I/O模塊上的AGREE獲得免費邏輯控制功能
  • 通過標準化電纜和兼容性降低成本
  • 靈活使用多協議以太網組件
  • 通過適用于3種以太網網絡的標準化硬件優化庫存
  • 圖爾克的模塊化自動化產品組合為您的模塊化機器設計提供支持
  • 憑借集成的網頁服務器,簡化調試和診斷
  • 使用CODESYS輕松聯網和復制控制解決方案
  • 使用集成的拖曳式界面進行快速控制編程
     
Browser window displays a flow diagram with a tree structure

AGREE編程環境提供2種復雜度。圖示的流程編輯器尤為簡單。邏輯功能可通過流程圖和下拉菜單進行編程。

現場邏輯控制器AGREE

圖爾克的FLC技術正在將邏輯帶到現場層?;诰W頁的AGREE編程環境將邏輯功能引入圖爾克采用多協議以太網平臺的block I/O模塊。這意味著可以在I/O模塊上創建現場邏輯控制器(FLC)。

更多信息請瀏覽現場邏輯控制器技術頁面。

 

降低機器成本

降低機器成本不僅僅是選擇合適的組件。簡單的集成是成功的關鍵。不使用控制柜建造機器可以同時節省時間、成本和空間。利用智能的圖爾克組件對機器進行標準的自動化還可減少錯誤源和存檔開支,同時提高模塊的可重用性。

在以太網中的靈活使用

憑借圖爾克的多協議以太網技術,I/O模塊可以用于PROFINET、Ethernet/IP和Modbus TCP以太網協議。這些模塊在啟動階段無需用戶干預即可自動識別所使用的總線協議。

輕松設計安全應用

通過基于以太網的中央安全PLC控制安全功能,會使模塊化設計變得復雜。此外,大型機器的中央控制型安全應用還存在循環時間長的問題,需要危險源與傳感器間具有更大的安全距離。分布式安全控制器則可加快安全功能,實現更短的距離。另外,分布式安全解決方案還可降低成本。

Icons for safety functions, connected to safety I/O modules

控制安全應用的分布式安全模塊避免了長循環時間,使得設計過程更加簡單。

網頁服務器支持

模塊中集成的網頁服務器簡化了調試和診斷。模塊類型、固件、IP地址或PROFINET名稱等相關數據可以一覽無余。診斷信息在網頁服務器上以純文本形式顯示。

輕松聯網

CODESYS集成了全局網絡變量,使得多個I/O站的聯網變得簡單。因此,不同的系統可以快速輕松地連接。利用標準傳輸協議,還可實現雙向數據交換。

快速編程

為了確保在CODESYS中的快速集成,圖爾克提供了目標支持包,作為目標系統的驅動程序??梢酝ㄟ^拖曳操作輕松將I/O模塊插入配置中。診斷和調試功能以及功能塊也可為用戶提供支持。

模塊化產品

點擊以下鏈接,在我們的產品數據庫中找到適合您的模塊化策略產品。

TX500系列 – 帶CODESYS 3 PLC的HMI

用戶獲益:分布式智能,簡單地集成在機器或工廠上的控制任務


TBEN-PLC –Block I/Os 模塊的PLC功能

用戶獲益:采用簡單集成的分布式智能,直接用于機器或者工廠的控制任務


TBEN – IP67等級的多協議以太網I/O解決方案

用戶獲益:通過智能手機上的集成網絡服務器,輕松集成到系統和診斷功能中


TBPN和TBIP – 安全I/O模塊

用戶獲益:安全模塊TBPN和TBIP可以直接從現場控制安全應用,也可以作為混合型安全模塊。


BL67 – IP67的模塊化I/O系統

用戶獲益:BL67可直接安裝在現場,以優化方式響應特定的信號要求,從而減少布線工作量。


BL20 – IP20中的模塊化I/O系統

用戶獲益:BL20可以適應特定的信號要求,并作為可編程版本,獨立控制應用程序。


FEN20 – IP20中的 Block I/O模塊

用戶獲益:FEN20模塊可實現緊湊型控制箱中信號的理想連接,并作為現場邏輯控制器控制小型應用。


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圖爾克全球

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