Optimización de E/S remotas para aumentar la eficacia, el mantenimiento y la adaptabilidad

En los sistemas de entrada/salida (E/S) remotas, la eficiencia lo es todo. La noción de E/S remotas surgió por primera vez porque las operaciones industriales necesitaban una forma más eficiente de conectar los controladores lógicos programables (PLC) a sus equipos. En lugar de tender cables largos a cada sensor y actuador, los gabinetes de E/S remotas consolidaron estas conexiones cerca del equipo, y todos los datos se enviaron a los PLC a través de una red compartida en toda la planta.

Hoy en día, la demanda de mayor eficiencia se ha ampliado. Los diseñadores necesitan más E/S en un espacio más pequeño para competir de manera efectiva. Buscan formas de optimizar el diseño, la instalación y el mantenimiento de los sistemas de E/S, así como soluciones con adaptabilidad a medida que cambian sus necesidades.

Puede seguir la evolución de estos requisitos en la historia del Sistema de E/S IP20 u-remote, de Weidmüller (Figura 1). Presentado por primera vez en 2013, u-remote prioriza la eficiencia en todos los sentidos de la palabra y comienza con módulos de E/S que tienen solo 11.5 milímetros (mm) de ancho. Estos módulos notablemente estrechos reducen el espacio del gabinete requerido para un sistema de E/S remotas.

Figura 1: Los módulos u-remote del sistema de E/S IP20 son extraordinariamente estrechos y ocupan un espacio mínimo. (Fuente de la imagen: Weidmüller)

Módulos fáciles de implementar y mantener

Los módulos también son eficientes en términos de productividad de los trabajadores. Cada módulo enchufable se conecta al resto del sistema de E/S simplemente colocándolo en su lugar. No se requiere panel de fondo ni cableado externo. En cambio, toda la energía y los datos se enrutan a través de conectores integrados en los módulos (Figura 2).

Figura 2: Los módulos u-remote del sistema de E/S IP20 utilizan un diseño enchufable que se conecta directamente sin una placa de fondo. (Fuente de la imagen: Weidmüller)

El diseño enchufable también agiliza el mantenimiento y simplifica las actualizaciones. Los módulos se pueden agregar o quitar fácilmente para realizar reparaciones o cambiar la funcionalidad del sistema. De hecho, muchas tareas de mantenimiento se pueden completar sin retirar un módulo gracias a su diseño de tres partes, que consta de:

• Cables de conexión: permiten la conexión física de los cables de sensores y actuadores
• Sección de electrónica: alberga los circuitos responsables de procesar las señales de los dispositivos conectados
• Base: permite el montaje en riel DIN y proporciona conectividad eléctrica entre los módulos

Esta modularidad permite el intercambio en caliente de la electrónica sin interrumpir las funciones de los demás módulos ni alterar el cableado del módulo en mantenimiento. Una palanca de extracción integrada en la sección electrónica hace que todo esto sea posible sin necesidad de herramientas (Figura 3).

Figura 3: Los módulos de E/S se componen de cables de conexión, electrónica y un módulo básico. (Fuente de la imagen: Weidmüller)

En 2014, Weidmüller introdujo módulos de alta densidad que duplicaron el número de conductores por módulo hasta 32. Por ejemplo, la clavija de conexión compacta UR20-PG0.35 permite conectar hasta ocho entradas de sensor de cuatro cables a cada módulo.

Desde entonces, la empresa ha introducido una amplia variedad de módulos. Un ejemplo notable es el UR20-PF-O-2DI-DELAY-SIL, un módulo de seguridad introducido en 2015. Este módulo compatible con SIL 3 proporciona circuitos de parada de emergencia y funciones de detección de cortocircuitos. Otros tipos de módulos incluyen:

• UR20-4AI-UI-12, con cuatro entradas de sensores analógicas y una precisión del 0.1% del rango de escala completa (FSR)
• UR20-4AO-UI-16, con cuatro salidas analógicas para controlar hasta cuatro actuadores con una precisión del 0.05% del valor final del rango de medición
• UR20-16DI-P, con hasta 16 entradas digitales con una frecuencia máxima de 1 kilohercio (kHz)
• UR20-8DO-P, que puede controlar hasta ocho canales de salida digital de hasta 500 miliamperios (mA) cada uno

Las opciones de E/S especializadas incluyen UR20-2CNT-100, que tiene dos contadores independientes de 32 bits y 100 kHz, y UR20-2PWM-PN-0.5A, que controla dos salidas de modulación por ancho de pulsos (PWM) de hasta 40 kHz.

Conectividad de bus de campo e inteligencia de software

Más allá de la consolidación de E/S, una función esencial de los sistemas de E/S remotas es conectarse a la red de la planta. Con u-remote, esto se hace con un acoplador de bus de campo. Estos acopladores están disponibles para los protocolos de bus de campo más populares. Por ejemplo, UR20-FBC-PN-ECO admite PROFINET RT, mientras que UR20-FBC-EC ofrece redes Ethernet y EtherCAT.

Cada acoplador de bus de campo también proporciona un servidor web integrado. Este servidor integrado permite una rápida identificación de errores con diagnósticos de texto sin formato, lo que posibilita un inicio más rápido y un tiempo de inactividad más corto. Los servidores también permiten a los operadores monitorear y mantener el sistema durante toda su vida útil. Por ejemplo, los servidores web pueden simular entradas y salidas. Esta característica es útil para realizar pruebas, ya que permite a los usuarios verificar el comportamiento de la estación sin interactuar físicamente con los dispositivos conectados.

Al igual que con los módulos, Weidmüller ha seguido ampliando a lo largo de los años su gama de acopladores de bus de campo. Hoy en día, se admiten once de los protocolos más populares.

Conclusión

A medida que las operaciones industriales continúan requiriendo mayor eficiencia, los sistemas de E/S remotas deben adaptarse. El sistema u-remote IP20 de Weidmüller es un ejemplo de esta evolución. Con una base de módulos de E/S ultradelgados, el sistema ha ampliado sus capacidades a lo largo de los años mediante el agregado de soporte para nuevas opciones de E/S y bus de campo. Su diseño modular requiere pocas herramientas y aporta eficiencia al diseño, implementación, mantenimiento y actualizaciones de sistemas de E/S remotas.