【成功案例】魏德米勒远程I/O系统应用在数据采集与控制中，直插式快速接线，配置简单

一、应用背景说明

笔者负责的某厂的生产线项目，电气系统以PLC为核心控制器，PLC型号为客户指定，即OM公司的CJ2M系列，该型PLC具有内置EtherNET/IP协议的网口。系统中还包括变频器、人机界面、传感器与执行器件等，其中变频器控制线体的启停，现场分布了很多接近传感器及气缸（电磁阀），主要作用是采集物料的有无信息与控制物料的放行，经统计输入输出点各有25个左右。

由于现场空间受限，PLC控制柜体离线体较远，加之传感器与电磁阀数量较多，如果传感器与电磁阀直接与控制柜相连，将会存在几个不便之处。首先，费时费力，布线时需要将传感器和电磁阀的出线端长距离的联接到控制柜，增加布线时间及出错几率；再次，导致现场走线混乱，不利于布线美观；最后，缺乏灵活性，如若增加IO点或者移动位置，走线或者拆装将更加麻烦。鉴于上述因素，远程IO产品将是首选的解决方案，灵活的设计与布线、高效性和简便性等特点越来越受到广大用户的青睐，可有效而快速的实现信号和数据的传输。

针对本项目，需要在现场放置操作柜，用于安装远程IO产品，现场所有的传感器和电磁阀线缆均进入操作柜，与远程IO系统的输入输出模块相连。远程IO系统一般包括有总线接口模块和IO模块，针对本项目，总线接口模块必须具有EtherNET/IP协议，才能完成PLC与接口模块的硬件组态，为了使IO点有一点的余量，也为了紧凑一点，故各选择16点的输入输出模块各需要2个，此外还要求整套远程IO系统价格便宜，IO模块具有接线简单快速的特点。由于远程IO系统放置在操作柜，对其的IP等级或者外形尺寸不做严格要求。

二、产品选型及实际应用

远程IO产品的市场份额基本上被国外品牌所占有，常见的品牌主要有P公司、W公司，Weidmuller公司，三家均有各种总线协议的远程IO产品，本项中在操作柜内需要加装传感器与执行器接线端子，为现场传感器与电磁阀提供供电和IO点转接功能，本项目中使用的传感器和电磁阀均为24VDC高电平有效。首先对总线模块进行选型，其选型要点就是选择带有EtherNET/IP协议网口，并且可用于控制柜。

AXL F BK EIP是P公司EtherNET/IP协议的总线模块，宽高深尺寸为45/125.9/74 mm, AXL F DI16/1 1H为16点高电平输入有效输入模块，AXL F DO16/1 1H为16点高电平输出模块，两种IO模块宽高深尺均为35/126.1/54mm。

750-352是W公司EtherNET/IP协议的总线模块，宽高深尺寸50/97/65mm，750-1405是16点的输入模块，750-1504是16点的输出模块，两种IO模块宽高深尺寸均为12/100/65mm，此外还需另选一个电源模块，如较为经济的供电模块750-602，并且有时在通讯配置时为了能够建立连接必须保证通讯字节为偶数，硬件选型时还需额外再选择带有一个字节的模块。

UR20-FBC-EIP是Weidmuller公司EtherNET/IP协议的总线模块，宽高深尺寸52/120/76mm，UR20-16DI-P是16点的输入模块，UR20-16DO-P是16点的输出模块，两种IO模块宽高深尺寸均为11.5/120/76mm。 

本项目中由于需要一个接口模块、两个输出模块、两个输入模块，三家的产品总体宽高深尺寸相差很小，由于操作柜内空间相对充足，故外形尺寸不作为选型的关键因素；从外形结构上看，P公司和W公司IO模块的连接器呈两排以上的分布结构，Weidmuller采用的是单排分布结构，连接器的多排结构对现场接线以及以后的查线维护等均存在不方便，容易混乱，而结构清晰的单排连接器，清晰容易识别，有效防止误接线，并能在维护时快速查找故障点；从接线方便程度上来比较，W公司接线需要一字螺丝刀进行接线，P公司与Weidmuller公司的产品采用的是直插式接线技术，无需工具，接线操作简单且节约时间；从IO系统硬件配置方面考虑，在外接多个传感器与执行器时，P公司和W公司均需要另选电源模块，而Weidmuller总线模块的最大馈电输入和输出电流高达10A，除传感器与执行器数量十分巨大的情况下，其他情况均能满足实际需求，本项目无需另外选择供电模块，进而无需增加额外成本；通过与相应的代理商询价可知，整套的IO系统的价格情况：由于P公司和W公司的IO系统由于另外选择了一个供电模块，W公司要求的附件较多，整体的价格略高于Weidmuller。综合以上的几个关键因素，本项目最终选择了Weidmuller的IP20远程I/O产品。

                       图1 接口模块的外观图                                                     图2 输入输出模块外观示意图

总线接口模块UR20-FBC-EIP输入输出供电及系统供电均为24VDC，采用EtherNet/IP现场总线协议，带有两个RJ45网口，可实现多个模块的级联，配置接口为Micro USB 2.0，最多可带64个IO模块，具有2×10A的馈电电路，一般情况下无需额外增加供电模块，这也是Weidmuller远程IO产品的一大亮点。此外该模块的具有web服务器，可通过USB服务端口登录接口模块，读取模块的所有信息。UR20-16DI-P与UR20-16DO-P分别是带有16通道的数字量输入模块与输出模块，两者有效信号均为24V高电平，均为1线制连接方式，UR20-16DI-P具有反极性保护功能，UR20-16DO-P具有短路保护功能。

本项目中，PLC控制柜到操作柜只需两根线缆即可，一种是网线用于通讯，一根是24VDC供电线，走线非常的方便。由于模块采用的是“PUSH IN”直插式接线技术，在项目现场接线操作时，配线人员根本不用工具即可完成配线工作，方便快捷，现场所有的传感器与电磁阀线缆均联接到操作柜内，为了实现与CJ2M型PLC的通讯，首先使用USB线缆将电脑连接，主要设置总线接口模块的IP地址，接下来需要在OM公司的网络配置软件内进行通讯配置，主要步骤有：在配置软件内安装总线接口模块的EDS文件，再将两者的IP地址设为同一网段，最后进行通讯的字节匹配，完成配置进行下载。当两个器件上的通讯指示灯亮时，表示通讯建立完成。通讯配置过程非常简单，当两者成功建立连接后，PLC即可采集传感器的信号状态以及控制气缸（电磁阀）动作。

图3 通讯配置页面

Weidmuller的远程IO系统为提供了高效、可靠、简便的解决方案，模块化和超薄的设计不仅可缩小控制柜尺寸，更重要的是有助于设计人员直观且灵活的设计。此外针对远程IO系统，Weidmuller推出了申请样品服务，方便进行测试。