IO模块更换:检查文档，控制器编程，接地

控制工程:当更换输入/输出(I/O)连接时，有哪些关键的考虑因素?

Kurt Wadowick，倍福自动化I/O系统产品专家:工程师应该仔细评估当前的文档，并确定它是否处于适当的状态，电气图纸是否准确。它们绝对必须是正确的;否则，任何升级项目都会自动处于危险之中。过去，查找信息是一个巨大的问题，但自从互联网兴起以来，所有设备的制造商都扫描旧的纸质文档或将所有所需的文档以pdf格式发布。今天，这个问题真的归结为知道如何做一个正确的谷歌搜索。在大多数情况下，互联网上都有。

负责的工程师应收集传感器和执行器的制造商和型号部件号。如果待更换的I/O设备与新设备的规格完全一致，可以跳过此步骤。

在任何升级过程中，工程师都应该收集控制器I/O卡的制造商和型号零件号。问问自己，新的I/O系统是否能和旧的系统安装在相同的位置。如果I/O模块的位置必须调整，现场接线还能到达吗?新的I/O系统是否运行在与之前被替换的系统相同的电源上?如果它不同，那么直流电源可能必须与保险丝一起添加电路保护。新的直流电源的附加布线必须仔细考虑。请勿混接信号，120v交流接线与24v直流I/O接线应保持距离。

其他可能更微妙的问题也会造成麻烦。输入的滤波时间必须考虑在内。如果旧输入的滤波时间为0.3 ms，而新输入的滤波时间为1.0 ms，那么新的输入可能会错过一个事件，因为新输入需要超过三倍的时间才能注意到输入信号的变化。即使新的输入明显更快，这仍然会产生问题。新的、更快的输入可以捕捉传感器的“故障”，但旧的输入可能有太多的过滤时间，以至于它永远不会发现“故障”，即使它一直都在那里。如果新的更快的输入现在可以检测到“故障”，以前工作正常的程序现在可能开始做出错误的决定。

问:附加的应用程序需要包含哪些功能?

Wadowick:电气图纸和面板布局通常是通过AutoCAD等程序以电子形式完成的，或者在现代，Solidworks。如果你不小心，这可能会带来一些挑战。你有电子版的版式原件吗(磁盘，CD, u盘)?最初是在哪个版本的软件中完成的?实际上，它通常是一个较老的版本，因为它通常是几年以后，重新工作的电气面板被考虑。那么旧文件能在新版本的软件中正常打开吗?从头重新绘制所有内容非常耗时，但不幸的是，这通常是必要的。

另外一定要考虑PLC程序。你有源代码和所有的注释和文档，可以在编程软件中打开?您使用的是软件的最新版本吗?重要的是要从机器上实际运行的软件开始。程序文件会在当前版本的编程软件中打开吗?编程软件的新版本是否允许您从旧版本导入所有注释和文档?

问:什么类型的信号(模拟、数字、串行、混合…)?

Wadowick:传感曾经是数字或模拟的简单选择(或者最坏的是串行)。然而，近年来，诸如ASi、DeviceNet、IO-Link、HART和许多其他传感器网络现在更加普遍，并且可能提供抵消这些设备有时更高价格的好处。甚至无线技术也开始出现。当然，这些也代表着新的挑战。无线是一个伟大的流行语，但问题会出现在FCC的许可，拐角处和通过机械的接收，或必须处理电池。

问:需要多少通道?模块应该是什么样的设计以及粒度如何?

Wadowick:要了解需要多少I/O通道，需要对这个过程有一个感觉。一些公司为I/O提供了一种精细的、细粒度的方法。单个I/O终端上的单个模拟点或低至两个数字点(例如，倍福自动化)以及单个12毫米宽终端上的多达16个数字点都是可用的。如今，大多数I/O设备制造商都在推动每个终端的I/O计数大大提高。倍福甚至提供更大的I/O块，可提供多达64个数字点，并为需要非常精确的I/O计数的原始设备制造商和最终用户提供了选项。

问:需要什么样的网络协议，它们是有线、无线、串行、数字还是组合?

Wadowick:在改造的情况下，通常会花费大量的精力来保持已经在使用的传感器和I/O网络协议。如果ASi已经在使用或IO-Link，那么有时保留这些协议而不切换到DeviceNet、HART或其他协议是有意义的。

问:传感、信号调理、分布式控制、隔离和其他要求是什么?

Wadowick:信号调节可以像为模拟传感器提供适当接地的屏蔽电缆一样简单。类似地，隔离可以简单到使敏感的模拟输入电路远离驱动器或交流电机接触器等高EMI源。一般情况下，不要购买一个16位或24位模拟输入终端，然后提供一个有噪声的现场接线连接到该输入终端。这样做是浪费金钱。对信号进行滤波后，无法得到因噪声而失去的信号分辨率。

分布式I/O可以减少从一个位置到另一个位置的现场接线，只需要直流电源和现场总线电缆。从信号电平耦合到现场总线(耦合器)的设备成本应该通过现场布线的减少来抵消。

问:I/O连接是封闭的还是暴露的?

Wadowick: I/O连接是封闭的还是暴露的取决于ip20(面板安装的I/O)等级和IP67(机器安装的)模块。使用分布式I/O产生的许多相同问题也适用于机器安装的I/O。有利的一面是，传感器和驱动布线大大减少了机器安装的I/O。机器安装盒、连接电缆的成本，以及将直流电源输出到现场安装模块的成本，都与消除电气面板所节省的成本相抵消，因为无需打开电气面板门，就可以减少对导管的需求，并能够排除I/O故障。

问:最容易被忽视的因素有哪些?

Wadowick:经常被忽视的考虑因素包括噪音和接地，电缆布线，以及保持信号类型彼此分离的需要。不要将关键的现场总线网线(如EtherCAT、Profibus或DeviceNet)直接穿过或沿着变速驱动电机布线、三相电源布线或其他高能和开关电路布线。使用标准万用表，在直流欧姆下接地可能很好，但在变速电机引线或任何其他开关交流或直流电路中的信号不是直流的。随着频率的增加，交流电抗也会增加。一个电路在直流电压下读数几乎为零欧姆，在实际交流频率下读数可能更接近10到100欧姆，在这种情况下，低直流电阻接地没有照顾到接地，因此将出现高频噪声。

将实际的I/O模块安装在开关模式直流电源、变速驱动器或任何其他使用高速开关电路的电气齿轮旁边是一个坏主意。仅仅因为它“适合”并不意味着将它挂载到I/O可以挂载的任何地方是一个好主意。必须始终考虑到与EMI源的近似。

——Mark T. Hoske, CFE Media控制工程，www.globalelove.com以及倍福自动化I/O系统产品专家Kurt Wadowick。

www.beckhoffautomation.com

参见频道

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