効率性、保守性、適応性のためのリモートI/Oの最適化

リモート入出力（I/O）システムでは、効率が最も重要です。リモートI/Oの概念が最初に生まれたのは、生産工程において、プログラマブルロジックコントローラ（PLC）を設備に接続する、より効率的な方法を必要としていたからです。リモートI/Oキャビネットは、すべてのセンサやアクチュエータに長い配線を引くのではなく、これらの接続を機器の近くに集約し、すべてのデータを工場全体の共有ネットワーク経由でPLCに送信します。

今日、より高い効率性への要求は拡大しています。設計者が効果的に競争するためには、より小さな設置面積に多くのI/Oを詰め込む必要があります。設計者は、I/Oシステムの設計、設置、メンテナンスを合理化する方法を探しており、ニーズが変化しても適応できるソリューションを求めています。

Weidmüller の I/OシステムIP20 u-remote システムの歴史の中で、これらの要件の変遷をたどることができます（図1）。2013年に初めて発表されたu-remoteは、幅わずか11.5ミリメートル（mm）のI/Oモジュールをはじめ、あらゆる意味で効率を優先しています。これらの非常に幅が薄いモジュールは、リモートI/Oシステムに必要なキャビネットのスペースを最小限に抑えます。

図1：I/OシステムIP20 u-remoteモジュールは非常に幅が薄いため、設置面積を最小限に抑えることができます。（画像提供：Weidmüller）

導入と保守が容易なモジュール

このモジュールは、作業員の生産性の面でも効率的です。各プラグ式モジュールは、所定の位置にスナップ接続するだけでI/Oシステムの残りの部分に接続されます。バックプレーンや外部配線は不要です。その代わり、すべての電源とデータはモジュールに内蔵されたコネクタを経由します（図2）。

図2：I/OシステムIP20 u-remoteモジュールは、バックプレーンなしで直接接続できるプラグ式設計を採用しています。（画像提供：Weidmüller）

また、プラグ式設計は、メンテナンスおよびアップグレードを簡素化します。モジュールは、修理やシステム機能の変更のために、容易に追加したり取り外したりすることができます。実際、多くのメンテナンス作業は、3つの部分の設計のおかげでモジュールを取り外すことなく完了することができます。その構成内容には以下のものがあります。

• 接続ストリップ：センサとアクチュエータからのワイヤを物理的に接続できるようにする
• エレクトロニクスセクション：接続されたデバイスからの信号を確実に処理する回路を内蔵
• ベース：DINレールへの取り付けを可能にし、モジュール間の電気的接続を可能にする

このモジュール性により、メンテナンス中に他のモジュールの機能を中断したり、モジュールの配線を乱したりすることなく、エレクトロニクスのホットスワップ交換が可能になります。エレクトロニクスセクションに組み込まれた取り外しレバーにより、工具なしですべての作業が可能です（図3）。

図3：I/Oモジュールは、接続ストリップ、エレクトロニクス、およびベースモジュールで構成されます。（画像提供：Weidmüller）

2014年、Weidmüllerはモジュールあたりの導体数を32本に倍増させた高密度モジュールを発表しました。たとえば、コンパクトな UR20-PG0.35 接続プラグは、各モジュールに最大8個の4線式センサ入力を接続できます。

その後、同社はさまざまなモジュールを発表してきました。2015年に発表されたセーフティモジュール UR20-PF-O-2DI-DELAY-SILも有名な例の1つです。このSIL 3準拠モジュールは、非常停止回路と短絡検出機能を備えています。その他のモジュールには以下のようなものがあります。

• UR20-4AI-UI-12、4つのアナログセンサ入力、精度0.1%フルスケールレンジ（FSR）
• UR20-4AO-UI-16、4つのアナログ出力で最大4つのアクチュエータを制御可能、測定範囲の最終値として0.05%の精度
• UR20-16DI-P、最大16デジタル入力、最大周波数1キロヘルツ（kHz）
• UR20-8DO-P、最大8つのデジタル出力チャンネルをそれぞれ最大500ミリアンペア（mA）で駆動可能

特殊なI/Oオプションには、独立した32ビット、100kHzカウンタを2つ搭載した UR20-2CNT-100や、最大40kHzで2つのパルス幅変調（PWM）出力を駆動する UR20-2PWM-PN-0.5Aなどがあります。

フィールドバス接続およびソフトウェアインテリジェンス

I/O統合だけでなく、リモートI/Oシステムの本質的な機能は、工場ネットワークに接続することです。u-remoteでは、フィールドバスカプラを使用します。これらのカプラは一般的なフィールドバスプロトコルに対応しています。たとえば、 UR20-FBC-PN-ECO はPROFINET RTをサポートし、 UR20-FBC-EC はEthernetとEtherCATネットワークを提供します。

各フィールドバスカプラはウェブサーバも内蔵しています。この統合されたサーバは、プレーンテキスト診断による迅速なエラー特定を可能にし、迅速なスタートアップとダウンタイムの短縮を可能にします。また、このサーバを使うことで、オペレータはシステムの寿命が尽きるまで監視と保守を行うことができます。たとえば、ウェブサーバは入力と出力をシミュレートすることができます。この機能はテストに便利で、ユーザーは接続された機器と物理的にやり取りすることなく、ステーションの動作を確認することができます。

モジュール同様、Weidmüllerはフィールドバスカプラのラインナップを長年にわたって拡大し続けています。現在、最も一般的な11のプロトコルをサポートしています。

まとめ

生産工程がより高い効率を要求し続ける中、リモートI/Oシステムは適応しなければなりません。Weidmüllerのu-remote IP20システムは、この進化を具体的に示しています。超薄型I/Oモジュールをベースにスタートしたこのシステムは、新しいI/Oやフィールドバスオプションのサポートを追加しながら、年々その機能を拡張してきました。そのモジュラー設計により、工具をほとんど必要せず、リモートI/Oシステムの設計、導入、メンテナンス、アップグレードを効率的に行うことができます。