迈向下一代工厂控制：基于坚固远程I/O的简化布线解决方案下篇

2026/02/26日本

在传统的工厂布线中，负责控制设计和设备调试的工程师通常将工业PC或PLC直接连接到控制柜的I/O端子上。
然而，随着设备的增加，控制柜布线变得越来越复杂，而且随着设备安装距离越来越远，需要更长的电缆和实施时间。当出现诸如电气噪声或电缆故障等问题时，故障排除和恢复也变得非常耗时。
由于减少布线、缩短调试工作和提高维护效率的需求，作为一种解决方案，日本对远程I/O的需求一直在增长。
本文下篇概述了远程I/O的基本原理，并介绍了使用康泰克可靠耐用的CONPROSYS Robust I/O系列减少布线的实用方法，以及集成基于PLC的控制系统的要点。

相关文章:迈向下一代工厂控制：基于坚固远程I/O的简化布线解决方案上篇

工业PC和PLC在远程I/O系统中的作用和挑战

在设备控制系统中，设备需要执行控制逻辑，根据输入信号确定处理步骤并相应地控制输出。工业PC和PLC是执行此角色的典型控制器。
PLC一直是标准，但近年来，成本、可扩展性和IT集成等因素使其不太适合某些应用。
因此，在工业PC上实现PLC功能的软PLC(基于PC的PLC) 越来越受到关注。

PLC与软PLC:机器控制的核心“大脑”

PLC (可编程逻辑控制器) 是专为工厂和生产环境中的机器控制而设计的工业控制器。
PLC主要用于顺序控制，根据基于传感器输入条件的预定程序，通过开关输出 (如电机和阀门) 来操作设备。
例如，洗衣机通过填充→洗涤→冲洗→旋转等步骤进行。PLC以相同的方式工作，根据输入条件执行预定义序列。
在生产设备中使用的PLC通常被期望连续运行，24/7,并且必须满足严格的性能要求，以避免意外停机。因此，PLC专为工业环境而设计，与现场I/O设备具有很强的兼容性。
另一方面，软PLC能够实现PLC控制功能，作为在工业PC等通用平台上运行的软件，而不是专用硬件。
软PLC与PLC具有相同的控制逻辑概念，即根据输入条件切换输出。
关键区别在于控制系统的实现方式。虽然PLC是作为专用硬件提供的，但软PLC运行在灵活的平台上，因此随着需求的发展更容易修改配置或添加功能。

传统PLC的挑战:成本、规模和有限的IT集成

尽管PLC在生产控制中仍被广泛使用，但它们也带来了一些挑战，例如成本上升、系统配置变大以及难以与更高级别的IT系统集成。
从成本角度来看，总开支可能会大幅增加——不仅是PLC本身，还包括所需的I/O容量、功能和开发工具。通常推动成本上升的关键因素包括:

项目	成本驱动
I/O点数	随着输入和输出数量的增加，需要额外的模块和外围设备。
CPU性能	更高的处理速度和内存需求可能需要更高级的CPU模型。
函数和可伸缩性	增加运动控制或通信功能会增加系统的复杂性和成本。
供应商	根据供应商和销售结构，定价可能会有很大差异。
软件许可	在某些情况下，除了PLC硬件外，还需要开发工具许可证。

在传统系统中，扩大I/O容量意味着直接在PLC中添加模块。这增加了控制柜布线和硬件，通常增加了大量的安装和维护工作量。此外，将基于PLC的系统与更高级别的IT平台集成通常需要额外的数据交换机制。在以PLC为中心的体系结构中，可能需要额外的网关设备或定制集成处理来将数据转换为上层系统所期望的格式并调整连接方法。这会增加系统扩展和运行所需的工作量。
然而，通过远程I/O和网络连接整合现场I/O,可以更轻松地应对与配线量和电缆距离相关的挑战。

因此，越来越有效的设计方法是通过远程I/O优化布线，同时通过更开放、更灵活的架构扩展控制和数据集成。

工业Raspberry Pi+CODESYS国际标准软PLC:一种适合远程I/O的紧凑型PLC

在采用Robust I/O系列等远程I/O系统时，必须选择合适的控制器来管理和处理I/O信号。
康泰克提供紧凑的PLC解决方案，结合工业级的Raspberry Pi和CODESYS国际标准化软PLC平台。它为工业控制器提供关键功能——包括RAS/RTC功能、看门狗计时器和硬件监控——确保高可靠性和坚固耐用的性能。
本节介绍如何使用Raspberry Pi和CODESYS实现PLC功能，并强调采用CPI系列的优点。

Raspberry Pi和CODESYS如何充当PLC

Raspberry Pi是一款紧凑且高度通用的单板计算机。通过广泛的硬件和软件选择，它还可以应用于工业控制使用场景。
CODESYS是一个符合国际标准IEC61131-3的软PLC平台。控制程序可以使用诸如梯形图逻辑 (PLC语言，用于组装像继电器电路这样的操作) 等语言开发，并在CODESYS运行时执行，以提供完整的PLC功能。
Contec的CPI系列是专为工业应用设计的紧凑型PLC,通过Compute4 (CM4) 与集成的RAS扩展硬件实现，具有CODESYS运行环境和Raspberry Pi 4兼容性。
在CPI上执行控制程序和通过网络读写远程I/O信号使得控制现场传感器和执行器成为可能。

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采用CPI序列的优点

在控制柜中实现控制系统并与现有设备集成时，不仅要考虑布线的最小化和可操作性，还要考虑开发效率和与更高级别系统的连接。
本节总结了五个关键优势，以帮助说明采用CPI系列的影响。

1. 节省空间的最小布线设计
2. 只关注必要功能的成本优化
3. 通过国际标准化控制开发提高生产率
4. 支持IT和物联网利用的系统连接
5. 分布式I/O架构，与强大的I/O很好地结合

1.最小配线和节省空间的设计易于平衡

CPI系列支持紧凑的配置，使优化控制面板空间和简化电缆布线更容易。
它还提供了更大的安装和布局灵活性，有助于减少安装和维护工作量。当与远程I/O相结合时，在减少控制面板布线的同时，更容易整合现场I/O。

2.轻松采用增量，控制成本

在传统的控制架构中，增加I/O容量或增加功能通常会导致更多的模块和外设，从而提高成本。
CPI系列允许根据应用需求构建系统，使系统更容易从需要的内容开始，并逐步扩展。这有助于防止系统过度构建，非常适合初始投资和扩展工作量必须保持较低的情况。

3.通过使用CODESYS进行标准化开发来提高生产率

CODESYS不仅支持PLC编程，还支持HMI画面创建、设备通信设置以及向上层系统传输数据的接口配置——所有这些都在统一的开发环境中进行。
这减少了在多个工具之间切换的需要，并最大限度地减少了工程师之间的差异，从而实现了从设计到调试到维护的更一致的工作流程。
这使得移交和变更管理更加顺畅，提高了开发和运营的生产力。

4.易于扩展IT/IOT现存系统集成

CPI系列的基于PC的架构使得从设计阶段就可以更容易地构建数据可视化和分析的机制。
例如，可以设计系统将现场数据通过网络传输到主机平台，然后通过逐步扩展增加监视或记录目标。

5.与Robust I/O的无缝兼容性

远程I/O架构中，现场I/O在本地集成，而控制逻辑和系统协调则由控制器执行。
CPI系列平滑地集成到该架构中，实现了高效的控制器实现，同时最大限度地发挥了分布式部署和最小化布线的优势。
当与Robust I/O系列相结合时，更容易平衡坚固的现场I/O操作和灵活、可扩展的控制端系统设计。

结论

在使用I/O卡的传统工厂布线架构中，I/O集中在控制柜中。随着点数的增加，布线和硬件扩展，通常会增加改造和故障排除所需的工作量。
减少这种工作量的一个有效方法是使用远程I/O,将I/O设备分配到设备附近，并通过网络通信将它们连接起来。
然而，工厂和室外设施更容易受到温度变化、电气噪声和布线错误的影响，因此必须选择能够处理安装条件的环境稳健性设备。
CONPROSYS™ Robust I/O系列提供了宽温运行、高噪声抗扰性和过电压/过电流保护，是在恶劣环境中部署远程I/O的实用选择。
此外，有效利用远程I/O还需要选择适当的控制控制器。除了传统的PLC,紧凑的解决方案，如康泰克的CPI系列-结合Raspberry Pi和符合IEC61131-3的CODESYS软PLC-也是可行的选择。
对于任何希望优化现场布线和控制柜空间，同时为未来的数据利用和系统集成做准备的用户来说，结合坚固的远程I/O和紧凑的PLC的配置绝对值得考虑。