سیستم “Plug & Work”: ترمینال‌های Bus برای برد مدارات

آرین کنترل - مرکز تخصصی آموزش پی‌ال‌سی بکهوف (Beckhoff PLC) و اتوماسیون صنعتی (Industrial Automation) توین‌کت ۳ (TwinCAT 3)

ماژول‌های EtherCAT Plug-in جدید: راهکار I/O یکپارچه برای کاهش هزینه‌های مونتاژ و سیم‌کشی

مقدمه: نسل جدید ماژول‌های EtherCAT

سری جدید EJ ماژول‌های EtherCAT plug-in از بکهوف بر پایه خط موفق ترمینال‌های EtherCAT طراحی شده‌اند و امکان دسترسی به انواع مختلف سیگنال‌ها را فراهم می‌کنند. طراحی الکترومکانیکی هوشمندانه قابلیت اتصال مستقیم ماژول‌ها به برد توزیع سیگنال اختصاصی کاربرد را می‌دهد.

برد Routing سیگنال‌ها و تغذیه را از طریق کابل‌های از پیش ساخته با کانکتورهای plug اختصاصی کاربرد به ماژول‌های ماشین توزیع می‌کند. این حذف سیم‌کشی دستی پیچیده که در ساخت کابینت‌های کنترل سنتی رایج است، زمان مونتاژ و خطر خرابی‌های ناشی از سیم‌کشی دستی را کاهش می‌دهد.

تکامل فناوری Bus Terminal بکهوف

فناوری Bus Terminal بکهوف از سال 1995 معیار تنوع سیگنال، طراحی فشرده و مقاومت در سیستم‌های I/O ریز دانه بوده است. ترمینال‌های EtherCAT از سال 2003 گزینه‌های استفاده را گسترش و بهینه کرده‌اند و حداکثر عملکرد انتقال و طیف وسیع‌تری از گزینه‌های سیگنال ارائه می‌دهند.

ماژول‌های EtherCAT plug-in نیز بر استاندارد ارتباطی معروف EtherCAT استوار هستند. در زمینه ساخت، مونتاژ و سیم‌کشی کامپوننت‌ها، راهکار بهینه‌شده‌ای برای تولید در مقیاس بزرگ ارائه می‌دهند.

---

مقایسه روش‌های سیم‌کشی: سنتی در مقابل نوآورانه

روش سنتی: توزیع سیگنال از طریق سیم‌کشی تک‌هسته

اتصالات سنتی بین سیستم I/O و سطح سنسور/عملگر از سیم‌کشی معمولی ماشین استفاده می‌کنند؛ توزیع سیگنال از طریق سیم‌کشی تک‌هسته انجام می‌شود.

مزایای روش سنتی:

• انعطاف‌پذیری بالا در تغییر و گسترش توپولوژی سنسور و عملگر
• تغییرات سریع و انعطاف‌پذیر در پیکربندی سیستم I/O
• مناسب برای تولید کم و متوسط به دلیل انعطاف‌پذیری و کامپوننت‌های استاندارد

معایب روش سنتی:

• سرمایه‌گذاری زمان‌بر و نیاز به پرسنل ماهر
• خطر خرابی‌های سیم‌کشی همیشه وجود دارد
• بررسی اضافی layout سیم‌کشی خطر را کاهش می‌دهد اما نیاز به پرسنل ماهر و زمان بیشتر می‌شود
• راهکار “جعبه سیاه” اختصاصی مشتری برای تولید پرحجم ذاتاً غیرانعطاف‌پذیر است

روش نوآورانه: توزیع سیگنال از طریق کانکتورهای plug اختصاصی کاربرد

ماژول‌های EtherCAT plug-in به عنوان جایگزین مفاهیم قدیمی، امکان بهینه‌سازی تلاش‌های سیم‌کشی، زمان نصب سیستم و هزینه‌های تست را در جایی که ماشین‌ها در تعداد زیاد تولید می‌شوند فراهم می‌کنند.

مزایای کلیدی:

• ترکیب استانداردسازی و انعطاف‌پذیری
• افزایش مقرون‌به‌صرفه بودن
• ارزش بیشتر برای پیاده‌کنندگان سیستم

معماری سیستم EJ: برد توزیع و ماژول‌های Plug-in

ساختار سیستم EJ

سیستم EJ متشکل از ماژول‌های EtherCAT plug-in و برد توزیع است. این برد مدار اختصاصی کاربرد - که “برد routing” نیز نامیده می‌شود - اتصال بین سنسورها، عملگرها یا کانکتورهای plug اختصاصی ماژول ماشین و ماژول‌های EtherCAT plug-in را برقرار می‌کند.

ویژگی‌های برد توزیع

علاوه بر شکاف‌هایی برای ماژول‌های EtherCAT plug-in، برد توزیع موارد زیر را فراهم می‌کند:

• اتصالات به شکل مسیرهای PCB بین ماژول I/O و پلاگ‌ها
• کامپوننت‌های اضافی مانند رله‌ها
• جایگزینی routing دستی با سیم‌های منفرد

در تولید ماشین‌ها یا کارخانه‌های استاندارد، این امر خطر خرابی را کمینه و ساخت سریع‌تر سیستم کنترل را امکان‌پذیر می‌کند، حتی بدون دخالت کارگران ماهرتر.

انعطاف‌پذیری طراحی

ماژول‌های EtherCAT plug-in و سطح plug برای سنسورها و عملگرها می‌توانند بر اساس کاربرد به‌طور انعطاف‌پذیر روی برد توزیع قرار گیرند. برد توزیع یا توسط خود کاربران یا به عنوان راهکار اختصاصی مشتری توسط بکهوف توسعه می‌یابد.

طراحی فشرده ماژول‌های EtherCAT

ابعاد فوق‌العاده کامپکت

ماژول‌های EJ با ابعاد فقط 12 x 55 x 66 میلی‌متر فوق‌العاده فشرده هستند. در مقایسه با ترمینال‌های EtherCAT، تقریباً 50 درصد کوچک‌تر در حجم هستند.

تفاوت‌های کلیدی با ترمینال‌های EtherCAT

مهم‌ترین تفاوت حذف کنتاکت‌های فنر کششی روی ماژول‌های EtherCAT plug-in است، زیرا ارتباطات، توزیع سیگنال و تأمین برق ماژول‌ها از طریق پلاگ‌های پشت ماژول‌ها و مسیرهای PCB برد توزیع انجام می‌شود.

سیستم کدگذاری مکانیکی

سوراخ‌های کدگذاری در برد توزیع با پین‌های کدگذاری در زیر ماژول‌های EJ مطابقت دارند و امکان پیاده‌سازی محافظت در برابر اتصال نادرست را فراهم می‌کنند. در نتیجه، خطر خرابی به‌طور قابل توجهی در طول مونتاژ و سرویس کاهش می‌یابد.

---

زمینه‌های کاربرد سیستم EJ

کاربردهای اصلی

در اصل، سیستم EJ پرتفوی I/O ماژولار بکهوف را برای کنترلرهای ماشین با تیراژ متوسط و بالا تکمیل می‌کند. همچنین برای کاربردهایی که کاهش احتمال خرابی اهمیت زیادی دارد مناسب است، مانند تکرار “copy exactly” ماشین که مثلاً در صنعت نیمه‌هادی ضروری است.

ملاحظات اقتصادی

بررسی فردی تیراژها و همچنین زمان و هزینه اضافه یافت شده در توسعه برد توزیع باید انجام شود. توجه کنید که این بازه زمانی با صرفه‌جویی‌های انجام شده در مونتاژ، سیم‌کشی و بررسی مکرر سیم‌کشی استهلاک می‌شود.

کاربردها و تجزیه‌وتحلیل‌های قبلی نشان می‌دهند که، بر اساس برد routing، این امر معمولاً در تیراژهای بیشتر از 100 عدد معمول است.

حوزه‌های کاربردی احتمالی

• ماشین‌های تولید انبوه کم‌هزینه برای بازار جهانی
• استفاده از کنترلرهای ماژولار “ابزارهای” مختلف در صنعت نیمه‌هادی
• تولیدکنندگان نیمه‌هادی به‌ویژه فشردگی ماژول‌ها را برای پیاده‌سازی‌های اتاق تمیز ارزش‌مند می‌دانند
• تولیدکنندگان ماشین که می‌خواهند تعداد قطعات مشترک در پرتفوی محصولاتشان افزایش دهند

مزایای سیستم EJ برای کمبود نیروی ماهر

پاسخ به چالش‌های نیروی کار

سیستم EJ مستقیماً پروژه‌هایی با کمبود کارگران ماهر را هدف قرار می‌دهد. در کاربردهایی که ماشین‌ها در مکان‌های مختلف با کارمندان با سطوح مهارت متفاوت تولید می‌شوند، خطر خرابی مستقیماً متناسب با درجه پیچیدگی است.

با برد توزیع و کابل‌های از پیش ساخته، ماژول‌های EJ راهکارهای “Plug & Work” برای کنترلرهای ماشین ارائه می‌دهند و پیچیدگی تولید را کاهش می‌دهند.

الهام از صنعت خودرو

مفاهیم مشابه مدت‌هاست در حوزه‌هایی مانند صنعت خودرو اثبات شده‌اند که اکنون خانه‌ای در فناوری اتوماسیون نیز پیدا می‌کنند.

استراتژی پلتفرم مقیاس‌پذیر و ماژولار

انتقال مفاهیم صنعت خودرو

استراتژی‌های مختلف ماژولارسازی در صنعت خودرو استفاده می‌شوند. سیستم EJ در انتقال این مفاهیم به فناوری اتوماسیون کمک می‌کند.

استراتژی پلتفرم:

• پلتفرم‌ها ساختار فنی اساسی محصول را تشکیل می‌دهند
• استانداردسازی بیشترین تعداد ممکن قطعات استفاده شده به عنوان مبنای محصول
• بهبود قابلیت استفاده مجدد
• منجر به تیراژهای بالا و توجیه هزینه توسعه اولیه بالاتر با هدف نهایی کاهش هزینه‌های تولید سری

استراتژی ماژولار:

• عملکردهای اساسی به واحدهای فردی مستقل تقسیم می‌شوند
• تمایز واضح بین ماژول‌ها که ترکیب ماژول‌ها را در این پیاده‌سازی‌ها تسهیل می‌کند
• گسترش استراتژی پلتفرم با ماژول‌های استانداردشده قابل استفاده جهانی

پیاده‌سازی در سیستم EJ

این استراتژی‌ها تا حدی به سیستم EJ و صنعت اتوماسیون قابل انتقال هستند و از ترکیب استانداردسازی و انعطاف‌پذیری سیستم EJ بهره می‌برند.

سه سطح پیچیدگی:

1. نسخه پایه (Basic):

• پوشش عملکردهای اساسی
• ماژول‌های placeholder برای عملکردهایی که در این نسخه استفاده نمی‌شوند

2. نسخه گسترده (Extended):

• placeholder ها با مجموعه‌های عملکردی به شکل ماژول‌های EtherCAT plug-in جایگزین می‌شوند
• تفاوت بسته به ماشین، مانند ماژول‌های فیدبک مختلف برای انواع موتور مختلف

3. نسخه High-end:

• طیف کامل عملکردها که برد توزیع کامل قابل استفاده است
• EtherCAT امکان گسترش اختیاری از طریق ترمینال‌های EtherCAT یا ماژول‌های EtherCAT Box را فراهم می‌کند
• پیاده‌سازی عناصر اختصاصی کاربرد سیستم کنترل که فقط در مواقع نادر ممکن است مورد نیاز باشند

---

آموزش و تامین تخصصی آرین کنترل

مرکز آموزش و تامین کالا

آرین کنترل به عنوان نماینده معتبر بکهوف در ایران، خدمات جامع آموزش، تامین کالا و پشتیبانی فنی در زمینه ماژول‌های EtherCAT و سیستم‌های اتوماسیون صنعتی ارائه می‌دهد.

خدمات آموزشی تخصصی

آموزش فناوری EtherCAT و ماژول‌های EJ:

• کارگاه‌های عملی طراحی و پیاده‌سازی سیستم‌های Plug & Work
• آموزش طراحی برد توزیع برای کاربردهای مختلف صنعتی
• تکنیک‌های بهینه‌سازی سیم‌کشی و کاهش هزینه‌های مونتاژ

دوره‌های تخصصی TwinCAT:

• برنامه‌نویسی پیشرفته با ماژول‌های EtherCAT plug-in
• یکپارچه‌سازی سیستم‌های I/O در محیط TwinCAT 3
• عیب‌یابی و نگهداری سیستم‌های EtherCAT

تامین کالا و قطعات اصل

ماژول‌های EtherCAT plug-in سری EJ:

• EJ6910 - کاپلر ایمنی EtherCAT
• EL1816 - ترمینال ورودی دیجیتال 16 کانال
• EL2911 - ترمینال خروجی ایمنی
• تمامی محصولات سری EJ با گارانتی اصل بودن

برد‌های توزیع سفارشی:

• طراحی و تولید برد routing اختصاصی مشتریان
• مشاوره فنی برای بهینه‌سازی layout PCB
• تست و کنترل کیفیت قطعات تولیدی

خدمات مهندسی و مشاوره

طراحی سیستم‌های یکپارچه:

• تحلیل نیازهای پروژه و انتخاب بهترین راهکار
• محاسبه هزینه-فایده سیستم‌های Plug & Work
• پیاده‌سازی پایلوت قبل از تولید انبوه

پشتیبانی فنی مستمر:

• خدمات پس از فروش و نگهداری سیستم‌ها
• به‌روزرسانی نرم‌افزار و firmware قطعات
• آموزش کارکنان مشتریان در محل کار

مزایای همکاری با آرین کنترل

کیفیت تضمین شده:

• واردات مستقیم از کارخانه بکهوف آلمان
• گواهینامه‌های بین‌المللی کیفیت محصولات
• پشتیبانی فنی مستقیم از متخصصان بکهوف

قیمت‌گذاری شفاف:

• عدم واسطه در تامین کالا
• تخفیفات ویژه برای خریدهای عمده
• شرایط پرداخت انعطاف‌پذیر برای پروژه‌های بزرگ

تحویل سریع:

• انبار دائمی محصولات پرکاربرد
• تحویل سریع کالاهای سفارشی از آلمان
• ردیابی آنلاین وضعیت سفارشات

نتیجه‌گیری: آینده سیستم‌های Plug & Work

ماژول‌های EtherCAT plug-in سری EJ راهکار پیشرفته‌ای برای چالش‌های تولید مدرن در صنایع مختلف ارائه می‌دهند. ترکیب استانداردسازی و انعطاف‌پذیری این سیستم‌ها امکان کاهش قابل توجه هزینه‌ها و افزایش کیفیت در تولید انبوه را فراهم می‌کند.

آرین کنترل با ارائه خدمات جامع آموزش، تامین کالا و پشتیبانی فنی، شریک قابل اعتمادی برای پیاده‌سازی موفق این فناوری‌های نوین در صنایع ایران محسوب می‌شود.

انتخاب سیستم‌های Plug & Work - گامی هوشمندانه به سوی تولید بهینه و مقرون‌به‌صرفه