當您聽說工業 4.0 時，您是否想象機器人在工廠內忙碌工作、在倉庫中揀選和包裝產品或制造汽車？事實上，工業 4.0 定義了現代工廠環境。它由數十個聯網控制器組成，持續監控來自數百甚至數千個傳感器（如開關和液位檢測器）的輸入。同時，信號被發送到類似數量的輸出設備，例如閥門、螺線管或電機驅動器。電子編組簡化了將這組擴展的現場接線連接回控制器的過程。但是，問題仍然可能發生。讓我們看看這些是如何發生的，并向您展示一種快速簡便的方法來解決問題（如果發生）。

有線編組造成布線復雜性

直到最近，將現場 I/O 設備連接到可編程邏輯控制器 （PLC） 的標準方式一直是通過傳統的有線編組，如圖 2 所示。多芯電纜將電線從位于工廠車間的現場設備連接到通常位于 I/O 室的編組面板的接線端子。在這里，布線是交叉編組的，因此每個現場設備都連接到相應控制器通道的 I/O 卡。

圖 2. 有線編組

這種方法有可能導致問題。例如，在交叉編組期間，很難跟蹤電線的來源和去向，如果電線連接不正確甚至完全未連接，就會導致錯誤。對于技術人員和工程師來說，調試和測試每個連接可能既費時又費力，可能會給新流程的調試帶來代價高昂的延遲。理論上，一旦調試完成，系統應該可以正常運行，但如果項目后期需要進行不可預見的更改，可能會出現其他問題。有時可能需要添加新的現場設備。例如，如果將溫度開關更改為溫度變送器，則需要將數字輸入更改為模擬輸入。如果將新的現場設備添加到系統中，但編組面板沒有足夠的所需類型的備用連接來容納它們，則會出現更糟糕的情況。在這種情況下，需要更換控制器，這可能會增加項目的額外成本和延遲。

電子編組：一種新的信號路由方法

有線編組逐漸被電子編組取代，這是一種在過程自動化中進行信號路由的新方法（圖 3）。

圖 3. 電子編組。

電子編組技術的開發是為了防止與有線編組的手動元素相關的人為錯誤，即編組面板上 I/O 設備的交叉連接。與有線編組一樣，來自現場的多芯電纜由工廠車間的技術人員布線到編組柜中接線盒的右側。但是，在 I/O 室中，不再需要手動將每個端子塊連接到適當的控制器 I/O 通道，因為這是在系統本身內以電子方式處理的。電子編組的明顯優勢是 I/O 設備可以在必要時連接到特定控制器，而無需更改物理接線。如果在項目的后期階段，對 I/O 類型進行了更改，或者需要額外的設備，則無需對現有布線或機柜進行任何更改。此外，可以將額外的 I/O 容量添加到編組機柜，然后根據需要以電子方式編組到控制器。電子編組方法的核心是便攜式和可更換模塊或卡的機架。將合適的卡類型插入到連接 I/O 現場設備接線的插槽中。例如，數字輸入 （DI） 卡將放置在溫度開關的插槽中。然后該卡將連接到控制器的適當通道。每個控制器通道的功能由放置在每個插槽中的卡類型（例如，DI 或數字輸出 （DO））定義。額外的 I/O 容量可以添加到編組機柜，然后根據需要以電子方式編組到控制器。電子編組方法的核心是便攜式和可更換模塊或卡的機架。將合適的卡類型插入到連接 I/O 現場設備接線的插槽中。例如，數字輸入 （DI） 卡將放置在溫度開關的插槽中。然后該卡將連接到控制器的適當通道。每個控制器通道的功能由放置在每個插槽中的卡類型（例如，DI 或數字輸出 （DO））定義。額外的 I/O 容量可以添加到編組機柜，然后根據需要以電子方式編組到控制器。電子編組方法的核心是便攜式和可更換模塊或卡的機架。將合適的卡類型插入到連接 I/O 現場設備接線的插槽中。例如，數字輸入 （DI） 卡將放置在溫度開關的插槽中。然后該卡將連接到控制器的適當通道。每個控制器通道的功能由放置在每個插槽中的卡類型（例如，DI 或數字輸出 （DO））定義。將合適的卡類型插入到連接 I/O 現場設備接線的插槽中。例如，數字輸入 （DI） 卡將放置在溫度開關的插槽中。然后該卡將連接到控制器的適當通道。每個控制器通道的功能由放置在每個插槽中的卡類型（例如，DI 或數字輸出 （DO））定義。將合適的卡類型插入到連接 I/O 現場設備接線的插槽中。例如，數字輸入 （DI） 卡將放置在溫度開關的插槽中。然后該卡將連接到控制器的適當通道。每個控制器通道的功能由放置在每個插槽中的卡類型（例如，DI 或數字輸出 （DO））定義。

電子編組的靈活性限制

雖然電子編組提供的靈活性是顯而易見的，但存在一種不那么明顯的固有不靈活性。傳統上，工業和過程控制工程師使用術語“數字 IO”來指代 PLC 傳輸和接收的數字信號。然而，這個詞本身就有點用詞不當。PLC 上沒有“數字 IO”通道這樣的東西。存在“數字輸入”通道或“數字輸出”通道。因此，如果需要將控制器通道的功能從 DI 更改為 DO，反之亦然，則必須更改該通道的物理卡。此外，DI 和 DO 通道的總數由機架中每種類型的卡的數量定義。

通道配置靈活性

圖 4. 具有可設置電流限制、推挽驅動器選項和數字輸入配置的高側開關。

顯然，更理想的方案是根據需要將每個通道配置為 DI 或 DO。好消息是現在可以使用帶數字輸入的MAX14914高邊開關實現這一點（圖 4）。借助 MAX14914，PLC 可以將每張卡配置為 DI 或 DO。如果通道的功能發生變化，則無需手動移除和重新配置卡。控制通道可以真正被指定為“數字IO”通道，而不限制每種通道的數量。唯一的限制是 PLC 本身可以處理的通道數量。告別那些討厭的重新布線工作！

審核編輯：郭婷