2023/06/26
近年来，IoT设备市场快速增长。根据日本总务省的《2021年版 信息通信白皮书》，2016年时全球IoT设备数量为173.2亿台，而到2020年增至253亿台，增加了约80亿台。
出处：日本总务省《2021年版 信息通信白皮书》
占据设备数量较大比率的是通信领域（智能手机和通信终端），但由于市场饱和的原因，相较于其他领域，预计其增长较慢。
出处：根据日本总务省《2021年版 信息通信白皮书》计算
有望取得高增长的领域包括医疗、消费品、工业用途以及汽车/航空航天4个领域。在工业用途方面，人们对通过IoT实现智能工厂化充满期待，预计今后将引入更多设备。
然而，随着工厂中IoT设备的增加，可能会面临确保安装场所、增加输入输出信号配线以及引进后复杂的维护等课题。在本专栏中，将以“通过远程I/O实现节省配线和分散控制”为主题介绍解决这些问题的一种方法。
在使用PLC或工业用计算机的控制和测量系统中，与远距离场所传感器和执行器之间的信号输入输出存在许多课题。
与远距离场所的输入输出信号配线示意图
当需要连接控制器与远距离场所传感器之间的输入输出信号时，每个传感器都需要进行信号线布线，随着输入输出点数量的增加和配线距离的增加，将会需要大量的电线。此外，控制柜上的端子台也会增加，而且在长距离的配线工程中，中继盒等设备也会增加，因此配线工程的成本会不断增加。
从系统可靠性的角度考虑，当在长距离传输数字信号时，电压下降可能导致误动作，而在长距离传输模拟信号时，可能会受到噪声对信号的影响。
在这种情况下，如果能够利用网络而不是物理配线来进行传感器和执行器等的输入输出处理，许多课题将会迎刃而解。
远程I/O是一种通过网络在工厂等场所进行测量装置、输入装置和控制设备的输入和输出操作的机制。
使用远程I/O的输入输出信号配线示意图
由于使用网络进行输入和输出，因此无需繁琐的配线，实现节省配线，并能减少因长距离数据传输引起的噪声。此外，它还带来了系统设计简化和维护性提升等多个优点，因此在推进工厂自动化和IoT等举措的工厂中得到广泛应用。但它的缺点在于，根据通信方式不同，可能会面临对高速输入输出的处理能力有限或在发生通信故障时需要考虑安全对策等。
目前，通常使用的远程I/O配线种类可以大致分为3类。
串行通信是基于RS-485或CAN等通信标准的通信方式。有许多产品可以使用通用电缆，而且不需要特殊工具或高水平安装技能，因此这种方式从很早以前就被广泛使用。代表性的通信方式包括CC-Link、DeviceNet、Modbus-RTU等，但为确保通信质量，通信电缆有时需要使用制造商指定的专用电缆。
以太网通信基于广泛应用于互联网和办公网络的通信技术。它可以使用普通网络工程中使用的LAN电缆、光纤电缆和交换机等通用电缆和网络设备，具有可简单实现较高速通信的优点。代表性的通信方式包括Ethernet/IP、EtherCAT、Modbus TCP等。
康泰克也发布了支持Modbus通信的远程I/O产品“CONPROSYS™ nano系列”。
公司还推出了具有8通道IO-Link端口（Class A）的IO-Link主站“CPSL-08P1EN”。它可以作为符合IP67等级防尘防水的远程I/O使用。
采用无线通信方式的远程I/O基于Wi-Fi和Sub-GHz频段无线通信技术。通过无线通信，无需进行终端之间的通信电缆工程，因此具备可削减工程费用、可实现与移动装置的通信等多种优点。
康泰克也推出了可简单使用868MHz频带无线通信的“无线I/O系列”产品。
在上述远程I/O说明中提到的一些缺点，如对于高速输入输出的支持能力较弱或在发生通信故障时需要考虑安全对策等。然而，如果在远程I/O中能够进行本地终端内的信号处理，则能够实现高速响应和作为安全措施的处理控制。此外，通过在大型设备中使用分散控制来构建装置，可以实现将装置分成单元等的模块化。这样可以减少设计工时，削减安装工程的成本等。
CONPROSYS™ nano系列还发售了配备软件PLC功能的“可编程远程I/O耦合器单元”。该产品是一种内置了符合国际标准IEC 61131-3的软件PLC功能的I/O耦合器单元，可以在远程I/O的本地内进行信号处理，支持考虑信号处理的高速化和分散控制的系统构建。
为了控制在工厂等处使用的设备，主要使用的是称为PLC的控制装置。PLC是一种用于控制的控制器，很早以前便被广泛使用，并且现在仍在不断发展，其被用于工厂的IoT化和机器人控制等领域。
许多控制设备制造商的PLC由制造商独有的硬件和独有的PLC软件组成。换言之，硬件和软件作为一个整体进行销售。因此，将在制造商独有的PLC上运行的软件移植到其他制造商的PLC上是一项需要非常高技能的工作。
另一方面，软件PLC与硬件分离，并且以单独的软件形式进行许可。因此，可以将其安装在任意的硬件上，例如安装在工业用计算机或Raspberry Pi等中进行使用。即还可以将合适的硬件用作PLC。
CODESYS是由德国CODESYS公司开发的软件PLC，随着智能工厂和IoT的普及而受到全球关注，全球有400多家公司采用了CODESYS。
康泰克除了搭载CODESYS的nano系列之外，还推出了搭载HMI的Web监控功能和现场总线主站功能的“CONPROSYS™ PAC系列”产品。
CODESYS作为软件PLC，由用于开发程序的开发环境（IDE）和程序运行的运行环境（Runtime）组成。
用于开发程序的CODESYS集成开发环境为免费提供，降低了引进时的成本和学习门槛。
CODESYS实时运行系统可以在各种不同的CPU和OS上运行，因此各个制造商推出了各种类型的控制器。同时还提供在Raspberry Pi上运行的实时运行系统版本，免费版可以在启动后的两个小时内运行，可方便进行编程试验。
以下是一个关于利用远程I/O监控未导入IoT的工厂设备的事例。
最新设备中也有考虑连接到IoT系统的网络支持设备，因此可以简单实现IoT功能。然而，想要兼容使用年数已久的现有设备较为困难，自主开发使现有设备实现网络连接可能会增加成本。
未导入IoT的工厂设备的设备监控
在该事例中，通过向没有PLC的设备添加传感器并利用CONPROSYS™ nano系列进行信号输入，在控制引进成本的同时，成功地将更多设备实现IoT化。
除了CONPROSYS™ nano系列之外，还使用有与现有PLC连接并简单实现IoT功能的“CONPROSYS™ M2M Gateway”。
本专栏中介绍了通过远程I/O实现节省配线和分散控制。
在工业领域的数字化转型推进过程中，随着工厂中IoT设备的增加，各种课题逐渐凸显。
这些都是当前面临的课题。
通过适当地利用远程I/O和分散控制，
这些都是其中的优势。
对于企业的成长来说，IoT、数字化转型等举措非常关键。CONPROSYS™ nano系列即使在预算有限的IoT化尝试中，也能够以实惠的成本提供实现IoT所需的功能。在业务中运用数字技术的过程中，可以考虑运用远程I/O。
康泰克通过多年积累的电子设备制造专业知识和最新云技术的应用等，致力于为客户提供可放心引进的产品。
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