Aggiungere I/O a un PLC esistente senza modificare il programma

Una macchina che funziona da anni spesso richiede qualche segnale in più: temperature dei motori per la manutenzione, un contatore di cicli per l'OEE, o un sensore per una nuova fase di processo. Modificare il programma del PLC richiede il progetto originale, qualcuno che conosca il codice, un arresto della produzione e talvolta un nuovo collaudo di accettazione. Questo articolo spiega come aggiungere I/O a un sistema PLC esistente, quando il programma può restare invariato e quando un cambiamento non può essere evitato.

Partire da chi usa il segnale

La domanda decisiva è chi ha bisogno del valore. Se lo usano solo persone e sistemi IT, per dashboard, log o allarmi di manutenzione, il PLC non deve vederlo, e il nuovo I/O può essere letto da SCADA o da un dispositivo edge.

Se il valore deve influire sulla macchina, come un interblocco, un consenso di avvio o un setpoint, la logica del PLC deve usarlo, e l'obiettivo è mantenere la modifica contenuta. Le funzioni di sicurezza appartengono al circuito di sicurezza della macchina e non rientrano nell'ambito di questo articolo.

Quattro modi per aggiungere I/O a un PLC esistente

1. I/O Ethernet in parallelo letti da SCADA o da un dispositivo edge

Un modulo I/O Ethernet viene cablato ai nuovi sensori e collegato alla rete di impianto anziché al PLC. SCADA lo legge tramite Modbus TCP. La serie ET-2200 può anche pubblicare valori via MQTT, e i moduli I/O OPC UA come l'U-7560M integrano OPC UA, MQTT e un'API RESTful. Il programma del PLC e la configurazione hardware restano invariati.

Se i dati devono raggiungere un MES o una piattaforma cloud, un server di comunicazione UA-5231M legge dispositivi Modbus TCP e RTU e converte i valori in OPC UA, MQTT o SNMP. Per una logica locale semplice, un edge controller WISE-5231M esegue regole IF-THEN-ELSE impostate da un browser web e si collega fino a 16 moduli Modbus TCP e fino a 32 moduli DCON o Modbus RTU.

2. I/O slave per bus di campo sulla rete propria del PLC

Se il PLC ha bisogno del segnale, la via diretta è un modulo I/O sul bus di campo del PLC. ICP DAS offre I/O slave per PROFINET (PFN-2000, con file GSDML), PROFIBUS DP (PROFI-5000, con file GSD), EtherNet/IP (EIP-2000, con due porte per il collegamento in daisy-chain) e CANopen (CAN-2000C, con file EDS). Il modulo viene aggiunto alla configurazione hardware del PLC con il suo file di dispositivo.

Si tratta di una modifica di configurazione, che sulla maggior parte dei PLC significa un nuovo download. La logica cambia solo se i nuovi valori vengono utilizzati al suo interno.

3. Un gateway verso I/O Modbus

Quando l'I/O Modbus è già installato, o si adatta meglio ai segnali o alle distanze, un gateway mappa i dati Modbus nel bus di campo del PLC. Il GW-7662 permette a un controllore PROFINET di accedere a dispositivi Modbus RTU/ASCII come i moduli M-7000, e il GW-7663 fa lo stesso per dispositivi Modbus TCP come i moduli ET-7000. Il GW-7553 dà a un master PROFIBUS l'accesso a dispositivi Modbus TCP, il GW-7472 collega uno scanner EtherNet/IP a dispositivi Modbus RTU e TCP, e l'I-7232D collega fino a 10 moduli I/O Modbus RTU a un master CANopen.

Per il PLC il gateway è un unico dispositivo del bus di campo, quindi vale la stessa regola.

4. I/O Modbus TCP interrogati dal PLC

Molti PLC possono operare come client Modbus TCP e leggere direttamente qualsiasi modulo Modbus TCP. Il polling va configurato nel PLC, quindi questa via coinvolge sempre il progetto del PLC.

Quando il programma del PLC deve cambiare

Esempio svolto: due requisiti, due vie

Una macchina di riempimento è controllata da un PLC PROFINET. La manutenzione vuole otto temperature di cuscinetti e motori con trend, e la produzione vuole che la macchina resti ferma finché un refrigeratore appena installato non segnala pronto.

• Le temperature servono alle persone, non alla logica di controllo. Un ET-2215H con otto ingressi RTD, compensazione della resistenza dei cavi a 3 fili e rilevamento di filo aperto viene collegato alla rete di impianto. SCADA lo interroga via Modbus TCP, e il PLC non viene toccato.
• Il segnale del refrigeratore è un consenso di avvio, quindi il PLC deve vederlo. Un PFN-2051 con 16 ingressi digitali isolati viene aggiunto alla rete PROFINET con il suo file GSDML, e una condizione viene aggiunta alla logica di avvio.

Il risultato è una modifica piccola del programma con un collaudo chiaro.

Verifiche pratiche prima dell'installazione

• Tenere l'I/O Ethernet in parallelo sulla rete di impianto o SCADA, lontano dal traffico in tempo reale del bus di campo del PLC, quando possibile.
• Pianificare gli indirizzi IP e limitare gli accessi. La serie ET-2200 supporta password e filtro IP.
• Definire i valori di accensione e di sicurezza delle uscite, in modo che vadano a uno stato noto in caso di perdita della comunicazione. Il ET-2242, per esempio, supporta entrambi, oltre a un doppio watchdog.
• Verificare l'isolamento tra cablaggio di campo e rete. I moduli ET-2200 citati hanno un isolamento I/O di 3000 VDC.
• Proteggere l'alimentazione del modulo con fusibili dedicati e aggiornare gli schemi di cablaggio.

Quali famiglie di prodotti ICP DAS si adattano

• Moduli I/O Ethernet (ET-2200, ET-7200, I/O OPC UA) per il monitoraggio in parallelo senza modifiche al PLC.
• Moduli I/O per bus di campo (PFN-2000, PROFI-5000, EIP-2000, CAN-2000C) quando il PLC deve leggere il segnale.
• Gateway per bus di campo (GW-7662, GW-7663, GW-7553, GW-7472, I-7232D) per portare l'I/O Modbus nella rete del PLC.
• Server di comunicazione IIoT ed edge controller (UA-5231M, WISE-5231M) per trasferire i dati a MES o piattaforme cloud.

Invia al supporto vendite tecnico il tipo di PLC, il suo bus di campo e la tua lista di segnali, e suggeriremo la via e i moduli più adatti.