Was ist ein I/O-Modul?

Ein I/O-Modul, auch Input/Output-Modul oder Peripheriemodul, ist die Schnittstelle zwischen einer Steuerung und den angeschlossenen Sensoren und Aktoren. Es wandelt Signale von Messgeräten, Schaltern oder Tastern in Signale um, die der Prozessor verarbeiten kann. Gleichzeitig überträgt es Steuerbefehle an die angeschlossenen Aktoren. Ohne I/O-Module könnten Maschinen und Anlagen keine Informationen verarbeiten oder gezielt gesteuert werden.

Welche Arten von I/O-Modulen gibt es?

I/O-Module lassen sich grundsätzlich in digitale und analoge Module unterteilen:

Digitale Module:

• Eingänge: Erfassen einfache Schaltsignale, zum Beispiel von Tastern oder Endschaltern.
• Ausgänge: Übermitteln Steuerbefehle an Aktoren.

Analoge Module:

• Eingänge: Erfassen stufenlose Werte wie Temperatur, Druck oder Füllstand.
• Ausgänge: Stellen kontinuierliche Stellgrößen bereit.

Zusätzlich gibt es Spezialmodule, die auf bestimmte Aufgaben ausgelegt sind, wie z. B. Regler oder Kommunikationsmodule.

Wie funktioniert die Signalwandlung in einem I/O-Modul?

Damit Steuerungen und Prozessoren die Informationen verarbeiten können, müssen die Signale angepasst und gewandelt werden. Bei analogen Eingängen geschieht dies über einen Analog-Digital-Wandler (ADC), der stufenlose Messwerte in digitale Daten umsetzt. Umgekehrt wandelt ein Digital-Analog-Wandler (DAC) digitale Steuerbefehle in analoge Signale für Stellglieder um. Zusätzlich übernehmen die Module oft auch Funktionen wie Entstörung, Pegelanpassung oder galvanische Trennung, um eine zuverlässige Signalübertragung sicherzustellen.

Welche Vorteile bieten modulare I/O-Systeme?

Modulare I/O-Systeme sind besonders flexibel. Sie lassen sich exakt an den Bedarf anpassen und können jederzeit erweitert werden. Im Wartungsfall ist es möglich, einzelne Module schnell zu tauschen, ohne das gesamte System stillzulegen. Dadurch sinken Stillstandzeiten und die Wartungskosten. Das macht modulare Systeme sowohl für kleine Maschinen als auch für komplexe Anlagen attraktiv. Auch das JUMO I/O-System ist modular aufgebaut und lässt sich beliebig erweitern, sodass Anwender von einer sehr hohen Flexibilität und Skalierbarkeit profitieren.

Wie verbessert ein Reglermodul die Performance und Sicherheit einer SPS-Anwendung?

Ein Regler als I/O-Modul übernimmt neben der klassischen Ein- und Ausgabe von Prozesssignalen eigenständig die Echtzeitverarbeitung und -regelung dieser Signale direkt auf Hardwareebene. Im Gegensatz zu herkömmlichen I/O-Modulen, die lediglich als Schnittstelle zur Signalübertragung dienen, integriert das Reglermodul lokale PID-Regelalgorithmen, wodurch die zentrale CPU der SPS deutlich entlastet wird. Dies führt zu kürzeren Zykluszeiten, höherer Regelgüte und gesteigerter Prozesssicherheit – insbesondere im Störfall, da das Modul autark weiterregeln kann. Diese Architektur ist ein Alleinstellungsmerkmal der JUMO-SPS-Module und ermöglicht eine dezentrale, hochperformante Regelung.

Welche Kommunikationsprotokolle nutzen I/O-Module?

Je nach Anwendung und Anforderung kommen unterschiedliche Protokolle zum Einsatz. Zu den Feldbus-Protokollen gehören u. a. PROFIBUS, CANopen, DeviceNet und Modbus RTU. Höhere Datenraten und mehr Flexibilität bieten Ethernet-basierte Protokolle wie EtherCAT, PROFINET, Ethernet/IP, Modbus TCP und Powerlink. Das JUMO I/O-System nutzt als internes Kommunikationsprotokoll EtherCAT, das in den technischen Unterlagen als Systembus bezeichnet wird. Neben seiner hohen Geschwindigkeit und Anpassungsfähigkeit bietet EtherCAT eine umfangreiche Diagnosefunktion, die eine frühzeitige Erkennung von Fehlern ermöglicht und so die Zuverlässigkeit des Systems erhöht.

Welche Funktion erfüllt ein Gateway bei I/O-Modulen?

Ein Gateway ist eine Schnittstelle, die es ermöglicht, Netzwerke oder Systeme mit unterschiedlichen Kommunikationsprotokollen miteinander zu verbinden. Im Kontext von I/O-Modulen wird ein Gateway eingesetzt, wenn Module, Steuerungen oder Leitsysteme über verschiedene Feldbusse kommunizieren müssen. Es sorgt dafür, dass Daten zuverlässig übertragen werden, sodass Sensor- und Aktorsignale unabhängig vom verwendeten Bus korrekt an die Steuerung gelangen. Auf diese Weise können auch heterogene Anlagenstrukturen effizient betrieben und zentral überwacht werden. Auch die JUMO variTRON-Steuerungen können durch eine Vielzahl unterstützter Kommunikationsprotokolle als Gateway fungieren.

Wie wählt man die richtigen I/O-Module?

Die Wahl passender I/O-Module hängt von mehreren Faktoren ab. Zunächst ist entscheidend, wie viele Ein- und Ausgänge benötigt werden und ob es sich um digitale oder analoge Signale handelt. Ebenso wichtig ist die Signalart, also ob Spannung oder Strom verarbeitet werden muss. In industriellen Umgebungen sind außerdem robuste Bauformen, hohe Schutzarten gegen Staub und Feuchtigkeit sowie Diagnosemöglichkeiten ein wichtiges Auswahlkriterium.