سیستم B&R X20 یک پلتفرم کنترل و ورودی/خروجی (I/O) ماژولار برای اتوماسیون صنعتی است که هر ماژول بهصورت مستقل قابل انتخاب، نصب و تعویض است. این ساختار باعث میشود سیستم بهراحتی متناسب با نیاز پروژه توسعه یابد و در آینده نیز بدون تغییرات اساسی قابل ارتقا باشد.
هر ماژول X20 از سه بخش شامل ماژول الکترونیکی، ترمینال سیمبندی و ماژول باس تشکیل شده است. این طراحی امکان سیمبندی ترمینالها پیش از نصب ماژول را فراهم میکند و زمان نصب، راهاندازی و تعمیرات را کاهش میدهد. همچنین، تعویض ماژولها بدون نیاز به سیمکشی مجدد انجام میشود.
کنترلرهای X20 با عرض تنها ۳۷.۵ میلیمتر، طراحی فشرده و بدون فن دارند و بهصورت استاندارد از رابطهایی مانند Ethernet، USB، RS232 و POWERLINK پشتیبانی میکنند. علاوه بر این، با استفاده از ماژولهای توسعه، امکان ارتباط با پروتکلهای صنعتی مختلف از جمله EtherCAT، PROFINET، CANopen، Profibus DP، Modbus TCP، EtherNet/IP و OPC UA فراهم است.
به لطف باس داخلی X2X، هر کنترلر X20 میتواند تا حدود ۲۵۰ ماژول I/O را مدیریت کند و در صورت نیاز، تنها با افزودن ماژولهای جدید روی ریلDIN، سیستم بهسادگی گسترش یابد. ابعاد کوچک، چگالی بالای I/O، انعطافپذیری زیاد و پشتیبانی از طیف گستردهای از شبکههای صنعتی، B&R X20 را به گزینهای مناسب برای انواع ماشینآلات و سیستمهای اتوماسیون صنعتی تبدیل کرده است.
دستهبندی ماژولهای B&R
سیستم X20 برند B&R ماژولهای متنوعی را شامل میشود که در ادامه، توضیحات مختصری درباره هر یک از این ماژولها ارائه میکنیم:
ورودی آنالوگ (Analog Input یا به اختصار AI)
ماژولهایی همانند ماژول X20AI4636 کانالهای متفاوتی را برای سیگنال ناشی از سنسورهای آنالوگ پشتیبانی میکند. سیگنالهای ورودی آنالوگ شامل 0 تا 10 ولت DC و 0.4 تا 20 میلی آمپر همراه با رزولوشنهای 12 تا 16 بیت میباشد. به عنوان مثال، ماژول X20AI4636 دارای 4 ورودی (جریان یا ولتاژ) میباشد. وظیفه اصلی ماژولهای AI (ورودی آنالوگ) دریافت و خواندن مقادیر فرآیندی مانند دما (از طریق ترانسمیتر)، دبی (فلومترها) و سطح (سنسورهای سطح) است.
خروجی آنالوگ (Analog Output یا به اختصار AO)
این ماژولها سیگنالهای کنترلی آنالوگ را خروجی میدهند. ماژولهای X20 AO (که در برخی مواقع X20AQ نیز نامگذاری میگردند) دارای 1 تا 4 عدد کانال هستند که میتوانند به تجهیزاتی که از سیگنالهای آنالوگ (0 تا 10 ولت و 0.4 تا 20 میلی آمپر) پشتیبانی میکنند دستور ارسال کند.
به عنوان نمونه، ماژول X20AO4622 تعداد 4 خروجی را برای مهندسین فراهم میآورد که بصورت سیگنالهای 0 تا 10 ولت و 0.4 تا 20 میلی آمپر میتوانند تنظیم گردند. این ماژولها معمولاً جریان یا ولتاژ آنالوگ موردنیاز تجهیزاتی مانند درایو و دیگر تجهیزات کنترلی را فراهم میآورند.
ورودی دیجیتال (Digital Input یا به اختصار DI)
شرکت B&R ماژولهای ورودی دیجیتال سری X20 را جهت دریافت سیگنالهای گسسته (معمولاً 24 ولت DC با پیکربندی Sink یا Source) طراحی کرده است. بهعنوان مثال، ماژول X20DI0471 دارای 10 کانال ورودی 5 تا 48 ولت DC از نوع Sink با قابلیت تنظیم فیلتر ورودی است. همچنین نسخههای با تراکم بالاتر (مانند 16 کانال یا بیشتر) و ماژولهای ورودی 100 تا 240 ولت AC نیز در دسترس هستند. این ماژولها برای دریافت سیگنال از تجهیزاتی مانند کلیدها، سنسورها و کنتاکتها در ماشینآلات صنعتی کاربرد دارند.
خروجی دیجیتال (Digital Output یا به اختصار DO)
ماژولهای خروجی دیجیتال (Digital Output) برای ارسال سیگنالهای 24 ولت DC یا 230 ولت AC به تجهیزاتی مانند بوبین رله، شیرهای برقی، چراغهای سیگنال و سایر عملگرها استفاده میشوند. یکی از ماژولهای پرکاربرد، X20DO9322 است که دارای 12 کانال خروجی 24 ولت DC با جریان 0.5 آمپر برای هر کانال و ترمینالهای تکسیم است.
همچنین ماژولهای خروجی دیجیتال ایمنی (X20SO) با قابلیت مانیتورینگ داخلی و جریان خروجی 0.5 تا 2 آمپر نیز ارائه میشوند. ماژولهای خروجی دیجیتال استاندارد در انواع Sink و Source موجود بوده و معمولاً به حفاظت در برابر اتصال کوتاه و نشانگرهای LED وضعیت خروجی مجهز هستند. علاوه بر این، برخی مدلها از خروجی تریاک برای کنترل بارهای AC بهره میبرند.
ماژولهای I/O ترکیبی (Mixed I/O)
برخی از ماژولها ورودی و خروجی دیجیتال و حتی ورودی و خروجی آنالوگ را در خودشان جای میدهند. ماژول X20CM8281 یک نمونه از این دسته ماژولهاست که دارای 4 ورودی دیجیتال، 2 خروجی دیجیتال، 1 ورودی آنالوگ، 1 خروجی آنالوگ و دو ورودی HSC (برای دریافت سیگنالهای فرکانس بالا) میباشد. این نوع ماژول برای کاربردهای ساده مناسب است.
ماژول پاور یا رک (Power/Rack Module)
سری X20PS منبع تغذیه 24 ولت میباشد. ماژول X20PS وظیفهی تغذیهی CPU و تمام ماژولهای I/O را به عهده دارد. از طرف دیگر، ماژول رک یا باس (X20BM11 و X20BM15) اسلات یا شیار برای سوار کردن ماژولهای I/O را فراهم میکند. در واقع، ماژول باس (Bus Module) در ابتدای ریل DIN نصب میشود و وظیفه دارد ولتاژ مشترک 24+ ولت و 0 ولت (GND) را از طریق باس داخلی به تمامی ماژولهای I/O متصل روی ریل توزیع کند.
ماژول CPU
این ماژولها به پردازنده اصلی مانند Intel Atom، Intel Celeron یا ARM و رابطهای ارتباطی داخلی مجهز هستند. بهطور معمول، کنترلرهای X20 دارای پورتهای Ethernet، POWERLINK، USB، RS-232/RS-485 و در برخی مدلها CAN هستند. برای مثال، کنترلرهای X20 با وجود عرض تنها 37.5 میلیمتر، بهصورت استاندارد دارای دو پورت USB، حافظه فلش داخلی، POWERLINK، RS-485 و دو پورت Ethernet هستند. این کنترلرها به دلیل عدم نیاز به باتری و فن، به نگهداری بسیار کمی نیاز دارند. همچنین در صورت نیاز به پروتکلهای ارتباطی دیگر مانند Profibus DP یا CANopen، میتوان از ماژولهای رابط قابل نصب استفاده کرد.
ماژولهای ارتباطاتی (Communication Modules)
جهت اتصال رک X20 به شبکه، شرکت B&R ماژولهای bus controller را فراهم آورده است. این ماژول های در انتهای رک نصب میگردند. از جمله این ماژولها میتوان به CANopen، Profibus DP، POWERLINK، Modbus TCP/UDP، EtherNet/IP، OPC UA، PROFINET IO و EtherCAT اشاره کرد. این ماژولها معمولاً دارای دو پورت RJ45 هستند و ماژولهای I/O سری X20 را بهعنوان Slave در شبکه صنعتی در اختیار کنترلر یا سیستم بالادستی قرار میدهند.
ماژولهای اختصاصی
علاوه بر ماژولهای استاندارد، سری B&R X20 شامل ماژولهای تخصصی نیز میشود. ماژولهای Safety I/O برای کاربردهای ایمنی و دارای تأییدیه SIL طراحی شدهاند. همچنین ماژولهای ورودی جریان ایمن با ورودیهای آنالوگ دوکاناله و ایزوله، ماژولهای ورودی دمای ایمن برای اتصال ترموکوپل و RTD، و ماژولهای انکودر و شمارنده برای دریافت سیگنالهای انکودر افزایشی و کنترل حرکت در این سری وجود دارند. علاوه بر این، ماژولهای کنترل موقعیت، کنترل موتور، کنترل دما و مستر IO-Link نیز در قالب X20 ارائه میشوند. تمامی این ماژولهای تخصصی روی همان باس داخلی X20 نصب شده و مانند سایر ماژولهای این سیستم عمل میکنند.
کاربردهای ماژول B&R X20
B&R X20 در کاربردهایی که به ورودی/خروجی توزیعشده و انعطافپذیر نیاز دارند، بهطور گسترده استفاده میشود. از مهمترین کاربردهای آن میتوان به ماشینابزارها، ماشینآلات بستهبندی، سیستمهای نوار نقاله، رباتیک، ماشینهای چاپ، ماشینآلات نساجی، خطوط مونتاژ، تجهیزات جابهجایی مواد، سیستمهای اختلاط بچ و تصفیه آب اشاره کرد. همچنین به دلیل ابعاد کوچک، تراکم بالای کانالهای I/O و قابلیت توسعه آسان، گزینهای مناسب برای ماشینآلات OEM و اسکیدهای صنعتی محسوب میشود.
این سیستم میتواند هم بهعنوان رک I/O محلی متصل به یک PLC مرکزی از طریق شبکه صنعتی و هم بهعنوان یک PLC مستقل با ورودی/خروجیهای اختصاصی مورد استفاده قرار گیرد. طراحی ماژولار امکان توسعه یا تغییر آسان سیستم را فراهم میکند؛ بهطوریکه برای افزودن قابلیتهای جدید، تنها کافی است ماژولهای I/O جدید روی ریل DIN نصب شوند. از کاربردهای رایج این سیستم میتوان به ایستگاههای I/O توزیعشده در کارخانهها و همچنین تابلوهای کنترل متمرکز که تمامی سنسورها و عملگرهای یک ماشین به یک رک X20 متصل میشوند، اشاره کرد.
