貝加萊X20模塊品類與使用、替換說(shuō)明
貝加萊X20是一套模塊化分布式自動(dòng)化控制系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備、產(chǎn)線自動(dòng)化等工業(yè)場(chǎng)景，整套系統(tǒng)采用分片式組合結(jié)構(gòu)，不同功能模塊搭配使用，完成信號(hào)采集、邏輯運(yùn)算、通信交互、運(yùn)動(dòng)控制等工作。很多采購(gòu)、運(yùn)維人員初次接觸該系列，會(huì)關(guān)心模塊具體分類、出廠程序狀態(tài)、到貨后是否可以直接投入使用，以及同型號(hào)模塊能否直接替換通用等問(wèn)題。本文針對(duì)以上核心問(wèn)題做全面、客觀的梳理說(shuō)明。
一、X20模塊主要品類
X20系統(tǒng)模塊按照功能可以劃分為控制器CPU模塊、I/O信號(hào)模塊、通信接口模塊、總線控制器模塊、電源模塊、安全功能模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊以及配套附件模塊幾大類別，可適配各類自動(dòng)化控制場(chǎng)景。
1. CPU控制器模塊
CPU模塊是整套X20系統(tǒng)的運(yùn)算核心，承擔(dān)邏輯運(yùn)算、程序執(zhí)行、數(shù)據(jù)處理任務(wù)，分為多個(gè)性能檔位，包含緊湊型CPU、標(biāo)準(zhǔn)型CPU、高性能CPU、安全控制器等不同子系列。部分型號(hào)本體集成少量I/O通道，也可外接擴(kuò)展各類信號(hào)模塊；硬件自帶實(shí)時(shí)運(yùn)行固件，為用戶程序提供運(yùn)行環(huán)境，同時(shí)集成以太網(wǎng)、POWERLINK、USB等基礎(chǔ)通信接口，部分型號(hào)預(yù)留擴(kuò)展插槽，可加裝通信接口模塊拓展協(xié)議能力。
2. I/O信號(hào)模塊
I/O模塊負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信號(hào)的采集與輸出，是現(xiàn)場(chǎng)傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與控制系統(tǒng)之間的信號(hào)橋梁，細(xì)分品類較多：
1. 數(shù)字量模塊：數(shù)字輸入模塊、數(shù)字輸出模塊、數(shù)字輸入輸出混合模塊，處理24V開(kāi)關(guān)量信號(hào)，適配接近開(kāi)關(guān)、繼電器、指示燈類器件；還包含IO?Link主站模塊，用于對(duì)接IO?Link協(xié)議的智能傳感器與執(zhí)行器。
2. 模擬量模塊：模擬量輸入、模擬量輸出模塊，處理電壓、電流類模擬信號(hào)，適配壓力、流量、比例閥等設(shè)備。
3. 溫度測(cè)量模塊：專門用于熱電阻、熱電偶信號(hào)采集，適配溫度傳感器。
4. 特殊功能I/O：高速計(jì)數(shù)模塊、reACTION高速信號(hào)處理模塊，用于脈沖采集、高速事件響應(yīng)場(chǎng)景。
同時(shí)同型號(hào)還存在X20c涂層版本，電路板帶有防護(hù)涂層，適用于存在凝露、腐蝕性氣體的工況，電氣功能和普通版本保持兼容。
3. 通信接口模塊
接口模塊型號(hào)以X20IF開(kāi)頭，用于拓展系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線能力，支持CANopen、PROFIBUS、DeviceNet等多種工業(yè)總線協(xié)議，為系統(tǒng)對(duì)接第三方設(shè)備提供通信通道，部分型號(hào)需要單獨(dú)選配配套端子排使用。
4. 總線控制器模塊
總線控制器（X20BC系列），用于X2X總線分布式擴(kuò)展，無(wú)需本地CPU，作為遠(yuǎn)程I/O站的主控單元，實(shí)現(xiàn)分布式站點(diǎn)和主控制器之間的數(shù)據(jù)交互，多用于設(shè)備遠(yuǎn)距離分散點(diǎn)位的信號(hào)采集場(chǎng)景。
5. 電源模塊
X20PS系列電源模塊，為X20內(nèi)部背板總線提供供電，保障整套模塊組穩(wěn)定工作，具備過(guò)壓等基礎(chǔ)防護(hù)能力，搭配底座、端子排完成系統(tǒng)供電搭建。
6. 安全功能模塊
安全系列模塊，用于實(shí)現(xiàn)工業(yè)安全相關(guān)控制邏輯，滿足設(shè)備安全標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)安全輸入輸出、安全邏輯處理，常用于設(shè)備急停、安全門等安全回路，需要搭配專用安全組態(tài)軟件完成配置。
7. 運(yùn)動(dòng)控制模塊
包含集成在X20系統(tǒng)內(nèi)的ACOPOS X系列運(yùn)動(dòng)模塊，直接插接X(jué)20背板，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)、直流無(wú)刷電機(jī)、伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制，支持安全扭矩關(guān)閉等功能，適配中小功率運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景。
8. 底座與附件
X20系統(tǒng)采用電氣模塊+底座+端子排的三段式結(jié)構(gòu)，底座（BB系列）實(shí)現(xiàn)背板總線連接，端子排用于外部線纜接線，另外還有終端蓋板、擴(kuò)展Hub模塊等配件，完成整套硬件裝配。
二、關(guān)于出廠程序狀態(tài)
全新采購(gòu)的X20硬件，出廠狀態(tài)分為兩個(gè)部分，需要區(qū)分底層固件和用戶應(yīng)用程序，二者概念不同，很多使用者容易混淆。
1. 底層固件（Runtime固件）：所有X20模塊出廠已經(jīng)預(yù)裝對(duì)應(yīng)底層固件，CPU、通信模塊、I/O模塊自帶基礎(chǔ)固件，保障硬件可以上電識(shí)別、硬件通信，固件是硬件運(yùn)行基礎(chǔ)，不屬于客戶業(yè)務(wù)邏輯程序，后期可以通過(guò)軟件按需升級(jí)固件版本。
2. 用戶應(yīng)用程序：全新硬件內(nèi)部不包含用戶業(yè)務(wù)程序。不管是CPU還是總線控制器，出廠沒(méi)有針對(duì)具體設(shè)備的控制邏輯、邏輯算法、參數(shù)配置。機(jī)器的動(dòng)作邏輯、信號(hào)處理邏輯、通信參數(shù)，都需要工程師使用Automation Studio軟件，根據(jù)設(shè)備工藝需求編寫(xiě)工程程序，下載到控制器內(nèi)部才能實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)功能。
I/O模塊、通信模塊本身沒(méi)有獨(dú)立用戶程序，依靠CPU下發(fā)的硬件組態(tài)信息完成通道映射，硬件組態(tài)同樣需要在軟件內(nèi)配置后下載至系統(tǒng)。
三、全新模塊采購(gòu)后能否直接使用
全新采購(gòu)的整套設(shè)備或全新零散模塊，無(wú)法直接上電實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制功能。該場(chǎng)景為裝機(jī)、全新搭建系統(tǒng)，無(wú)任何組態(tài)、程序參數(shù)留存，必須完成硬件裝配接線、軟件組態(tài)、程序下載、整機(jī)調(diào)試全套流程，方可投入運(yùn)行。具體操作流程如下：
1. 硬件裝配接線：將模塊、底座、端子排組裝，安裝到DIN導(dǎo)軌，完成24V供電接線，外部傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)線纜接線，確認(rèn)接線規(guī)格、扭矩符合手冊(cè)要求，避免接線錯(cuò)誤損壞硬件。
2. 硬件組態(tài)配置：在Automation Studio軟件內(nèi)，按照實(shí)際硬件型號(hào)，搭建硬件組態(tài)，配置模塊參數(shù)、通信參數(shù)，編譯工程。
3. 編寫(xiě)下載用戶程序：根據(jù)設(shè)備工藝編寫(xiě)控制邏輯，將完整工程下載至CPU；若是安全模塊，還需要使用配套安全組態(tài)軟件完成安全程序配置下載。
4. 調(diào)試校驗(yàn)：上電之后核對(duì)模塊狀態(tài)指示燈，確認(rèn)所有模塊總線無(wú)報(bào)錯(cuò)，逐通道校驗(yàn)輸入輸出信號(hào)，測(cè)試通信鏈路，完成整機(jī)調(diào)試之后，硬件才可以正式投入生產(chǎn)運(yùn)行。
補(bǔ)充說(shuō)明：以上流程僅針對(duì)全新系統(tǒng)裝機(jī)使用。和后續(xù)的同型號(hào)備件替換場(chǎng)景不沖突。已投入運(yùn)行的成熟設(shè)備，后期單模塊損壞更換，無(wú)需重新搭建組態(tài)、編寫(xiě)程序，具體替換規(guī)則詳見(jiàn)下文第四章節(jié)。另外，二手預(yù)燒錄程序模塊僅適配原有設(shè)備場(chǎng)景，更換使用場(chǎng)景后，仍需重新適配程序。
四、已運(yùn)行設(shè)備的同型號(hào)模塊替換通用說(shuō)明
在工業(yè)運(yùn)維中，已正常運(yùn)行的X20自動(dòng)化設(shè)備，出現(xiàn)單模塊損壞時(shí)，同型號(hào)、同硬件版本模塊可直接備件替換，無(wú)需改動(dòng)設(shè)備接線與安裝結(jié)構(gòu)。該場(chǎng)景針對(duì)成熟運(yùn)行系統(tǒng)，設(shè)備原有組態(tài)、控制程序、通信參數(shù)均已完好留存，僅需根據(jù)模塊類型做對(duì)應(yīng)操作，和全新裝機(jī)流程區(qū)分開(kāi)，具體分類說(shuō)明如下：
1. 普通I/O模塊（數(shù)字量、模擬量、溫度、高速計(jì)數(shù)等）
同型號(hào)模塊可直接斷電更換，部分支持熱插拔工況可直接替換，更換后無(wú)需重新組態(tài)、無(wú)需下載程序，系統(tǒng)CPU可自動(dòng)識(shí)別模塊，核對(duì)接線無(wú)誤后即可恢復(fù)正常工作，是運(yùn)維中便捷的替換品類。X20普通模塊通用性強(qiáng)，同型號(hào)新舊模塊可無(wú)縫互換。
2. 通信、總線控制器模塊（X20IF、X20BC系列）
同型號(hào)硬件可直接替換，常規(guī)情況下無(wú)需重新編寫(xiě)設(shè)備控制程序。替換后只需保證模塊站號(hào)、總線通信參數(shù)與原設(shè)備配置一致，部分設(shè)備簡(jiǎn)單上電復(fù)位后，即可正常參與總線數(shù)據(jù)交互，適配原有系統(tǒng)運(yùn)行邏輯。
3. 安全功能模塊
同型號(hào)硬件支持直接替換安裝，但區(qū)別于普通模塊，安全模塊關(guān)聯(lián)設(shè)備安全回路邏輯。替換完成后，需要重新校驗(yàn)安全參數(shù)，部分場(chǎng)景需重新下載安全組態(tài)程序，并完成安全回路功能測(cè)試，確認(rèn)符合設(shè)備安全運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)后，方可投入使用。
4. CPU控制器模塊
同型號(hào)CPU硬件可直接對(duì)位安裝替換，但硬件內(nèi)部無(wú)原有工程程序、組態(tài)參數(shù)和設(shè)備工藝參數(shù)。替換后必須重新下載完整的工程程序與組態(tài)配置，否則設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行，是所有模塊中替換操作相對(duì)復(fù)雜的品類。
5. 電源模塊、底座、端子等配套附件
此類配件無(wú)程序、無(wú)組態(tài)配置要求，同型號(hào)產(chǎn)品通用，可直接更換使用，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行、信號(hào)傳輸造成任何影響。
五、采購(gòu)與使用的實(shí)用提示
1. 選型時(shí)需要區(qū)分普通版與涂層版X20c，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境存在凝露、腐蝕性氣體，優(yōu)先選用涂層防護(hù)版本，降低硬件故障概率。
2. 整套系統(tǒng)需要CPU作為程序載體，單純采購(gòu)I/O模塊、通信模塊，無(wú)法獨(dú)立工作，必須接入X2X總線，由CPU或者總線控制器統(tǒng)一管理。
3. 不同固件版本之間存在兼容性差異，工程軟件版本、CPU固件、各個(gè)從站模塊固件建議保持匹配，減少調(diào)試階段的異常問(wèn)題。
4. 端子排、底座屬于配套物料，部分型號(hào)不會(huì)隨主模塊標(biāo)配，采購(gòu)時(shí)核對(duì)清單，避免到貨缺少配件，無(wú)法完成接線組裝。
5. 模塊替換時(shí)優(yōu)先核對(duì)硬件型號(hào)與版本，替換后做好信號(hào)、通信功能校驗(yàn)，關(guān)鍵設(shè)備建議做好替換后試運(yùn)行，保障設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。
結(jié)語(yǔ)
貝加萊X20依靠豐富的模塊化品類，可以靈活適配不同規(guī)模的自動(dòng)化項(xiàng)目。全新模塊裝機(jī)無(wú)用戶程序與組態(tài)，需完整裝配、編程調(diào)試后才可使用；而已運(yùn)行設(shè)備的同型號(hào)備件可快速替換運(yùn)維，二者場(chǎng)景不同、操作邏輯不沖突。整體系統(tǒng)通用性、適配性較強(qiáng)，僅CPU、安全模塊替換需額外配置校驗(yàn)。前期做好選型核對(duì)、規(guī)范裝配調(diào)試，后期做好備件替換校驗(yàn)，能夠更好發(fā)揮整套系統(tǒng)的運(yùn)行能力，保障自動(dòng)化設(shè)備穩(wěn)定高效運(yùn)行。
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