ISO 23570-1:2005 産業用オートメーションシステムと統合—産業用アプリケーションでの分散インストール—パート1:センサーとアクチュエーター | ページ 2

※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。

序文

ISO (国際標準化機構) は、国家標準化団体 (ISO メンバー団体) の世界的な連合体です。国際規格の作成作業は通常、ISO 技術委員会を通じて行われます。技術委員会が設立された主題に関心のある各会員団体は、その委員会に代表される権利を有します。政府および非政府の国際機関も ISO と連携してこの作業に参加しています。 ISO は、電気技術の標準化に関するあらゆる事項について、国際電気標準会議 (IEC) と緊密に協力しています。

国際規格は、ISO/IEC 指令Part 2 部に規定されている規則に従って草案されています。

技術委員会の主な任務は、国際規格を作成することです。技術委員会によって採択された国際規格草案は、投票のために加盟団体に回覧されます。国際規格として発行するには、投票を行った加盟団体の少なくとも 75% による承認が必要です。

この文書の要素の一部が特許権の対象となる可能性があることに注意してください。 ISO は、かかる特許権の一部またはすべてを特定する責任を負わないものとします。

ISO 23570-1 は、技術委員会 ISO/TC 184, 産業オートメーション システムと統合、サブ委員会 SC 1, 物理デバイス制御によって作成されました。

ISO 23570 は、「産業オートメーション システムと統合 - 産業アプリケーションにおける分散設置」という一般タイトルの下、次の部分で構成されています。

  • Part 1: センサーとアクチュエーター
  • Part 2: ハイブリッド通信バス
  • Part 3: 配電バス

導入

ディスクリート部​​品製造業界向けの最新の工作機械は、材料の準備 (金属の除去、材料の成形など)、材料の取り扱い、固定、および部品をステーションから別のステーションに移動するための移送ラインのためのサブシステムで構成される複雑なシステムです。各サブシステムは、それ自体、電気信号を送受信したり電力を必要としたりする多くのセンサー、アクチュエーター、制御要素を含む複雑なシステムです。障害発生時のダウンタイムを短縮するために、ほとんどの製品では、迅速な交換のためにケーブル アセンブリが使用されています。システム全体を適切に動作させるにはサブシステムの調整が必要であり、そのためにはより多くのケーブルとコネクタが必要になります。この複雑さの結果、このような工作機械を適切に動作させるには、多種多様なケーブルとコネクタが必要になります。センサー、アクチュエーター、制御要素の数が増加すると、そのようなケーブル アセンブリの種類も増加します。この多様性により、複雑さ、スペアパーツの在庫の多さ、保守要員のトレーニング費用の増加により、保守コストが増加します。

図 1 — ISO 23570 で扱われるシステムコンポーネント

Key

1電子機器が組み込まれたモーター (ステッピングモーターなど)
2固定速度モーターと別個のモーターコントローラー
3配電および制御キャビネット
4固定速度モーターと付属のモーターコントローラー
5I/Oモジュールとセンサーおよびアクチュエーターを統合した可変速モーター
6一連のセンサーを備えた I/O モジュール
7電子機器が組み込まれたモーター (ステッピング モーターなど)
8油圧/空気圧バルブを含む一連のセンサーおよびアクチュエーターに接続された I/O モジュール
9リモコン端子

ISO 23570 は、ケーブル、コネクタ、およびこれらの要素内のパラメータ選択に関する一連の要件を規定しており、これが完全に実装されていれば、配線の複雑さとそのような機械システムのメンテナンスコストが大幅に削減されます。このようなシステムの製造業者には、複雑さのコストの削減という形でメリットが生じ、そのようなシステムのユーザーには、部品在庫の減少とメンテナンストレーニングの簡素化によるダウンタイムの減少という形でメリットがもたらされます。

ISO 23570 で説明されているテクノロジーは、他の業界やプロセスにも適用できる可能性があります。個別部品の製造に限定するつもりはありません。

ISO 23570 内では、次の 3 つの主要な領域が取り上げられています。

  • センサーとアクチュエーターのシステムバックボーンへの相互接続。
  • 情報パス (フィールドバス) とフィールドデバイスへの電源を含むハイブリッド システム バックボーン。
  • システム内のすべての補助モーターに電力を供給できるパワートランク。

金属除去用のスピンドル モーターなどの大型電力デバイスは、ISO 23570 の対象外です。

ISO 23570 に記載されている工作機械は、国内および国際安全規格によって課される制約の対象となります。 ISO 23570 の目的は、そのような規格への準拠をサポートするシステム要素を指定することです。

図 1 では、実線のケーブルは、電気モーターに三相 AC 電力を供給する配電バスを表しています。オープン ケーブルは、フィールドバス通信チャネルと低電圧電源の両方を含むハイブリッド通信バスを表します。

図 1 の中央には、(3) 3 セットの配電バスにサービスを提供する制御キャビネットが示されています。このボックスには、フィールドバス通信フロントエンド、低電圧電源、および三相電源が含まれています。

制御キャビネットの左側には、(1) 統合された電子機器を備えたモーター、および (2) 別個のモーター コントローラーを備えた固定速度モーターがあります。どちらのユニットも、通信バスと配電バスの両方によって制御キャビネットにリンクされています。

制御キャビネットの右側には、(4) モーター コントローラーが接続された固定速度モーター、(5) いくつかのセンサーとアクチュエーターに接続された統合 I/O モジュールを備えた可変速度モーター、(6) 別の I/O があります。油圧/空気圧バルブを含むいくつかのセンサーとアクチュエーターに接続されたモジュール。 I/O モジュール (6) は、ハイブリッド通信バスによってのみ制御キャビネットにリンクされています。

制御キャビネットの前には、さらに 3 つのユニットがあります。(7) 電子機器が統合されたモーター、(8) 油圧/空気圧バルブを含むいくつかのセンサーおよびアクチュエーターに接続された別の I/O モジュール、および (9) リモート制御端末です。

図 1 は、ISO 23570 の要素を使用して可能なさまざまな相互接続を示すことを目的としています。

ISO 23570 のこの部分では、このシステム要件をサポートするセンサー、アクチュエーター、および I/O モジュールの要件が規定されています。 ISO 23570-2 は、共有通信および低電圧配電システムの要件を規定し、ISO 23570-3 は、低電力モーター システムへの配電の要件を規定します。

ISO 23570 の個々の部分を採用することでメンテナンスおよび運用コストの大幅な削減が達成される可能性がありますが、最大の利点はすべての部分が実装された場合にのみ発生します。

ISO 23570 のこの部分では、このシステム要件をサポートするセンサー、アクチュエーター、および I/O モジュールの要件が規定されています。

1 スコープ

ISO 23570 のこの部分では、工作機械や同様の大型産業オートメーションの制御システムにおける要素の相互接続を規定しています。この仕様には、ケーブルのタイプ、サイズとシースの色、コネクタのタイプと接点の割り当て、センサーとアクチュエーターに適した診断機能が含まれます。

ISO 23570 のこの部分では、センサーおよびアクチュエーターと、その入力を使用または出力を指示する I/O モジュールとの相互接続、およびそれらのセンサーおよびアクチュエーターに適切な診断機能を指定します。

ISO 23570 のこの部分では、安全性の問題に関してそのような機器の操作については扱っていません。このような要件については、適切な安全基準を参照する必要があります。

3 規範的参照

この文書を適用するためには、以下の参照文書が不可欠です。日付が記載された参考文献については、引用された版のみが適用されます。日付のない参照については、参照文書の最新版 (修正を含む) が適用されます。

  • ISO 23570-2:2005, 産業オートメーション システムと統合 — 産業アプリケーションでの分散設置 — ハイブリッド通信バス
  • IEC 60529:2001 版2.1, エンクロージャによって提供される保護の程度 (IP コード)
  • IEC 61076-2-101:2004, 電子機器用コネクタ — Part 2-101: 丸型コネクタ — 丸型コネクタの詳細仕様 M8 ネジまたはスナップ ロック付き、M12 ネジロック付き、低電圧アプリケーション用

4 用語と定義

この文書の目的上、次の用語と定義が適用されます。

4.1

IPコード

危険な部品へのアクセス、固形異物の侵入、水の浸入に対してエンクロージャによって提供される保護の程度を示し、そのような保護に関連する追加情報を提供するためのコーディングシステム。

[出典:IEC 60529]

4.2

M12

IEC 61076-2-101の要件を満たすコネクタ、直径12 mm

4.3

M12×1

ねじ山のピッチが 1 mm のねじ込みカップリングを備えた M12 コネクタ

Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.

International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.

The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.

ISO 23570-1 was prepared by Technical Committee ISO/TC 184, Industrial automation systems and integration, Subcommittee SC 1, Physical device control.

ISO 23570 consists of the following parts, under the general title Industrial automation systems and integration — Distributed installation in industrial applications:

  • Part 1: Sensors and actuators
  • Part 2: Hybrid communication bus
  • Part 3: Power distribution bus

Introduction

Modern machine tools for the discrete parts manufacturing industry are complex systems, consisting of subsystems for material preparation (metal removal, material forming, etc.), material handling, fixturing and transfer lines for moving parts from one station to another. Each subsystem, in turn, is itself a complex system, including many sensors, actuators and control elements that receive and transmit electric signals and/or require electric power. To reduce down time in case of failure, most of them use cable assemblies for quick replacement. Proper operation of the system as a whole requires co-ordination of the subsystems, which requires more cables and connectors. As a consequence of this complexity, a large variety of cables and connectors is required for the proper operation of such a machine tool. The increasing number of sensors, actuators and control elements leads to an increasing variety of such cable assemblies. This variety results in increased maintenance costs, due to complexity, large spare parts inventory and increased training costs for maintenance personnel.

Figure 1 — System components addressed in ISO 23570

Key

1motor with integrated electronics (e.g. a stepping motor)
2fixed speed motor with separate motor controller
3power distribution and control cabinet
4fixed speed motor with attached motor controller
5variable speed motor with integrated I/O module together with sensors and actuators
6I/O module with a set of sensors
7motor with integrated electronics (e.g. a stepping motor)
8I/O module connected to a set of sensors and actuators including a hydraulic/pneumatic valve
9remote control terminal

ISO 23570 prescribes a set of requirements for cables, connectors and parameter selections within these elements, which, if implemented completely, will greatly reduce the wiring complexity and maintenance cost of such machine systems. Benefits will occur to the manufacturer of such systems in the form of decreased complexity costs and to the user of such systems in the form of decreased down time because of decreased parts inventory and simplified maintenance training.

The technology described in ISO 23570 may have applicability to other industries and processes; there is no intention of restricting it to discrete parts manufacturing.

There are three main areas addressed within ISO 23570:

  • the interconnection of sensors and actuators to the system backbone;
  • a hybrid system backbone containing an information path (a fieldbus) and a source of power to the field devices;
  • a power trunk capable of providing power to all the auxiliary motors in the system.

Large power devices, such as spindle motors for metal removal, are not covered by ISO 23570.

Machine tools described in ISO 23570 are subject to constraints imposed by national and international safety standards. It is the intent of ISO 23570 to specify system elements that support the compliance with such standards.

In Figure 1, the solid cable represents the power distribution bus providing three-phase a.c. power for electric motors. The open cable represents a hybrid communication bus, containing both a fieldbus communication channel and low voltage power.

The centre of Figure 1 shows (3) a control cabinet serving three sets of distribution buses. This box contains the fieldbus communication front end, the low voltage power supplies and the three-phase power supplies.

To the left of the control cabinet are (1) a motor with integrated electronics and (2) a fixed speed motor with a separate motor controller. Both units are linked to the control cabinet by both the communication bus and the power distribution bus.

To the right of the control cabinet are (4) a fixed speed motor with an attached motor controller, (5) a variable speed motor with an integrated I/O module connected to several sensors and actuators, and (6) another I/O module connected to several sensors and actuators, including a hydraulic/pneumatic valve. The I/O module (6) is linked to the control cabinet only by the hybrid communication bus.

In front of the control cabinet are three more units, (7) a motor with integrated electronics, (8) another I/O module connected to several sensors and actuators including a hydraulic/pneumatic valve, and (9) a remote control terminal.

Figure 1 is intended to illustrate the variety of interconnections possible using the elements of ISO 23570.

This part of ISO 23570 provides the requirements for sensors, actuators and I/O modules that support this system requirement. ISO 23570-2 provides the requirements for a shared communication and low voltage power distribution system. ISO 23570-3 provides the requirements for distribution of power to the low power motor systems.

While significant reduction in maintenance and operational costs may be achieved by adoption of individual parts of ISO 23570, the greatest benefit will occur only if all parts are implemented.

This part of ISO 23570 provides the requirements for sensors, actuators and I/O modules that support this system requirement.

1 Scope

This part of ISO 23570 specifies the interconnection of elements in the control system of machine tools and similar large pieces of industrial automation. This specification includes cable types, sizes and sheath colours, connector types and contact assignments, and diagnostic functions appropriate to the sensors and actuators.

This part of ISO 23570 specifies the interconnection of sensors and actuators with I/O modules that use their input or direct their output, and the diagnostic functions appropriate to those sensors and actuators.

This part of ISO 23570 does not address operation of such equipment with respect to safety issues. Appropriate safety standards should be consulted for such requirements.

3 Normative references

The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

  • ISO 23570-2:2005, Industrial automation systems and integration — Distributed installation in industrial applications — Hybrid communication bus
  • IEC 60529:2001 Ed. 2.1, Degrees of protection provided by enclosures (IP code)
  • IEC 61076-2-101:2004, Connectors for electronic equipment — Part 2-101: Circular connectors — Detail specification for circular connectors M8 with screw- or snap-locking, M12 with screw-locking for low voltage applications

4 Terms and definitions

For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.

4.1

IP Code

coding system for indicating the degrees of protection provided by an enclosure against access to hazardous parts, ingress of solid foreign objects, ingress of water and to give additional information in connection with such protection

[SOURCE:IEC 60529]

4.2

M12

connector meeting the requirements of IEC 61076-2-101, whose diameter is 12 mm

4.3

M12×1

M12 connector with a threaded coupling whose threads have a pitch of 1 mm