Vad är IO-länk
IO-Link är ett digitalt kommunikationsprotokoll för industriell automation, som ursprungligen föreslogs av Siemens och nu en internationell standard. Det syftar till att möjliggöra anslutning och kommunikation mellan industriell utrustning och styrsystem. Det underlättar dubbelriktad kommunikation mellan sensorer, ställdon och andra industriella enheter med styrenheter (som PLC), vilket möjliggör realtidsöverföring av data och styrsignaler.
IO-Link är ett seriellt kommunikationsprotokoll (liknande I2C-bussen) som fungerar som en kommunikationsstandard mellan industriella automationsstyrenheter och industriella ställdon eller sensorer. Det representerar den "sista foten"-teknologistandarden för att överbrygga kommunikationsnätverk till fältet.
Varför behövs IO-länk?
IO-Länkteknik är viktig på grund av följande tekniska fördelar:
Realtid-dataöverföring och kontroll:Inom industriell automation är dataöverföring i realtid-av avgörande betydelse för exakt utrustningskontroll och övervakning. IO-Link tillhandahåller en hög-pålitlig digital kommunikationskanal som gör det möjligt för sensorer och ställdon att snabbt överföra data till styrsystem för kontroll och övervakning i realtid.
IO-Link möjliggör dubbelriktad kommunikation:Den tar inte bara emot kommandon och konfigurationsdata från styrsystemet utan överför även parametrar och statusinformation tillbaka till styrsystemet. Denna intelligens tillåter enheter att anpassa sig till varierande produktionskrav och driftsförhållanden, vilket förbättrar produktionslinjens flexibilitet;
Förenklad installation och underhåll:IO-Link-enheter kan parametreras och konfigureras via digital kommunikation, vilket minskar manuella installationsfel och effektiviserar installations- och underhållsprocesser. Dessutom överför IO-Link diagnostisk information, vilket hjälper ingenjörer att snabbt identifiera och lösa problem för att minimera stilleståndstiden.
Feldiagnos och prediktivt underhåll:Diagnostisk data som överförs via IO-Link hjälper företag med feldiagnostik, vilket möjliggör snabb upptäckt och lösning av problem för att minska produktionsavbrott och förluster. Dessutom, genom att övervaka enhetsstatus och prestandadata, blir prediktivt underhåll möjligt, vilket möjliggör proaktivt förebyggande av utrustningsfel och ytterligare öka produktionseffektiviteten. Standardisering och interoperabilitet: IO-Link är ett internationellt standardiserat kommunikationsprotokoll. Enheter från olika tillverkare följer samma kommunikationsstandarder, vilket säkerställer interoperabilitet mellan olika utrustningar. Detta gör det möjligt för företag att flexibelt välja och integrera enheter från olika leverantörer utan kompatibilitetsproblem.
Utvecklingen av IO-länk
Antalet I0-Link-noder har växt exponentiellt de senaste åren och nådde 6 miljoner noder redan 2017.
Sensorläge
Traditionella datainsamlingssensorer delas in i två kategorier:
1. Analoga sensorer:Analoga sensorvärden omvandlas till digitala värden via A/D-konvertering. Mikroprocessorn (uP) läser dessa digitala värden, som sedan omvandlas tillbaka till analoga signaler via D/A-konvertering för överföring till PLC:n. PLC:n omvandlar dessa analoga signaler till digitala signaler med sin A/D-omvandlare. PLC:ns mikroprocessor läser de digitala värdena för att få sensorinformation.
2. Binära digitala sensorer:Sänd binära digitala nivåsignaler mellan sensorn och PLC via digital utgång (DO) och digital ingång (DI) portar.
En-port binär digital sensordrivrutin
För det första, vad är en sensordrivrutin? Vad gör det?
En sensordrivrutin är en mjuk- eller hårdvarukomponent som styr och driver sensorenheter, vilket gör att de kan fungera korrekt och kommunicera med andra system. Rollen för en sensordrivrutin är att omvandla de fysiska kvantiteter som genereras av sensorer till digitala signaler,
överför sedan dessa signaler till-applikationer eller system på högre nivå för bearbetning, analys och{1}}beslutsfattande.
Jag förstår att sensordrivrutinen fungerar som ett mellanliggande lager mellan de lägsta-sensorerna och apparna på den övre-nivån. Utan denna mellanhand skulle de digitala eller analoga signalerna som samlas in av sensorer helt enkelt fortplanta sig planlöst genom kretsen. Med sensordrivrutinen på plats får data som samlas in av de underliggande sensorerna ett namn, en riktning och olika attribut. Detta gör det möjligt för appar på översta-nivå att känna igen ursprunget för data, förstå vilka fysiska kvantiteter de representerar och utfärda motsvarande åtgärdskommandon.
Funktioner för binära digitala sensorer och drivrutiner:
Signalanpassning:Binära digitala sensorer kan generera specifika digitala signaler som representerar olika tillstånd eller händelser, såsom switchstatus eller knapptryckningar. Sensordrivrutiner anpassar dessa signaler till elektriska signaler som är läsbara och tolkbara av andra system, såsom spänningssignaler.
Signalförstärkning eller dämpning:Ibland kräver sensorutgångssignaler förstärkning eller dämpning för att uppfylla efterföljande kretskrav. Sensordrivrutiner kan förstärka eller dämpa signaler för att säkerställa exakt signalöverföring;
Elektrisk isolering:För att isolera brus eller störningar mellan sensorer och andra kretsar tillhandahåller sensordrivrutiner elektrisk isolering, vilket säkerställer noggrannheten och stabiliteten hos sensorsignalerna;
Signalfiltrering:Sensorer kan påverkas av omgivningsljud. Sensordrivrutiner kan tillhandahålla filtreringsfunktioner för att eliminera detta brus och leverera mer tillförlitliga signaler;
Logisk omvandling:Vissa digitala sensorers utsignaler kan kräva logisk omvandling, såsom signalinvertering eller kombination av flera signaler. Sensordrivrutiner kan utföra dessa logiska konverteringsoperationer;
Sensor strömförsörjning:Vissa digitala sensorer kan kräva extern ström för att fungera korrekt. Sensordrivrutiner kan tillhandahålla lämplig matningsspänning för sensorn;
Gränssnittskompatibilitet:Sensordrivrutiner erbjuder olika gränssnittsalternativ för att ansluta sensorer till olika system eller enheter, såsom analoga signaler, digitala signaler, seriell kommunikation etc.
Nackdelar med binära digitala sensordrivrutiner för enkel-port:
1. Dataöverföring är enkelriktad läs-endast. Vad händer om kontrolloperationer krävs?
2. Data har bara två tillstånd: 0/1. Hur kan mer information överföras?
IO-enhetssystem
IO-Länksensorer visar ingen mätavvikelse
Traditionella analoga signaler (temperatur, tryck, etc.) kräver konvertering mellan analoga och digitala format under överföring. Denna konverteringsprocess introducerar dataavvikelser som påverkar noggrannheten i de slutliga resultaten.
Vid anslutning via IO-Link överförs mätvärden digitalt från sensorn direkt till styrenheten, vilket säkerställer att de överförda datavärdena alltid motsvarar exakt de uppmätta värdena.
IO-Link-anslutning eliminerar också känsligheten för omgivande elektromagnetisk störning som är inneboende i traditionell analog signalöverföring.Sammansättningen av IO-länknätverket
I0-Link kan användas med olika slutenheter:
Sensorer:Temperatur, tryck, fotoelektrisk, flöde... I0-Link-sensorer tillhandahåller digitaliserade sensordata och stödjer fjärrkonfiguration och övervakning.
Ställdon:Magnetventiler, motordrivrutiner, servodrivningar... Dessa ställdon möjliggör fjärrkontroll, övervakning och diagnostik via I0-Link.
Analog-till-digitalomvandlare (ADC/DAC):Genom att ansluta digitala-till-analogomvandlare kan analoga signaler matas ut från IO-Link-nätverket.
Identifieringsenheter:Såsom RFID-läsare/skrivare, streckkodsläsare, etc., för att möjliggöra objektidentifiering och spårningsfunktioner.
IO-Link Interconnection Bus (Unified Wiring Standard)
IO-Länkanslutningar använder följande tre distinkta anslutningstyper:
1. Signalkabel:Ansluter mastern till hubben eller IO-Link-terminalenheten. De fysiska lagersignalerna för IO-Link överförs via signalkabeln (standardkabel med tre-kärnor).
2. Datakabel:Ansluter mastern till-kontrollenheter på högre nivå, till exempel Ethernet-utrustning.
3. Strömkabel:Levererar hög ström till mastern
IO-Link Unified Wiring Standard:
• IO-Link Master kräver bara en standard 3-kabel för att ansluta alla IO-Link-enheter
• Både digitala omkopplarsignaler och analoga signaler kan kommunicera data med den övre-nivåkontrollen via denna 3-ledarkabel
• Förutsägelse: I framtiden kommer alla analoga signaler, RS232 och RS485 att ersättas av IO-Link
IO-länksensorspecifikation
IO-Länksensor=IO-Länksensor (med IO-Länkgränssnitt och logotyp) + IODD-enhetsbeskrivningsfil + tillverkardeklaration
Positionen för IO-länk i industriellt internetSista 1 meter till nätet
IO-länkkommunikation
Kommunikationsgränssnitt och datatyper
Vad är skillnaden mellan typ A och typ B?
IO-Länkhuvud- och slavenheter kommunicerar via fysiska ledningar. Master- och slavenheter är fysiskt anslutna via kablar, inklusive kraftledningar, dataledningar och signalledningar. Traditionella IO-sensor-/aktuatorsignaler samlas periodiskt in av masterenheten i standard 10 (SI0)-läge. Som visas i figuren ovan är stift 1-4 de fysiska ledningsstiften mellan 10-Link-enheter.
Funktionerna för varje stift är följande:
Data överförs via Pin4-stiftet med hjälp av ett 24V puls-modulerat seriellt UART-protokoll. De överförda datatyperna inkluderar processdata, parametrar, diagnostik och andra servicedata.
Faktum är att dessa datatyper liknar de som överförs i CANopen. Här motsvarar processdata och servicedata PDO och SDO i CANopen.
Kommunikationshastigheten mellan IO-Link-enheter beror på de anslutna IO-Link-enheterna och fungerar i tre lägen:
- 4.8 kBaud (COM1)
- 38.4 kBaud (COM2)
- 230.4 kBaud (COM3)
Datatyperna för IO-länk visas i tabellen nedan:
Processdata: Den vanligaste datatypen som används för att överföra faktiska fysiska kvantiteter uppmätta av sensorer, såsom temperatur, tryck, flödeshastighet och andra mätningar. Processdata används vanligtvis i övervaknings- och kontrollapplikationer;
Servicedata:
Konfigurationsdatapaket:Används för att ställa in och konfigurera parametrar för 10-länksenheter, såsom samplingsfrekvens, driftläge, trösklar, etc. Enheter kan skicka konfigurationspaket för att ändra deras beteende och funktionalitet.
Diagnostiska datapaket:Används för att överföra diagnostisk information om enheter, inklusive felkoder, varningsmeddelanden, felstatus, etc. Dessa paket hjälper system vid feldiagnos och underhåll.
Identifieringspaket:Överför unika enhetsidentifierare, produktionsinformation etc. (för att förhindra att förfalskade varor cirkulerar). Dessa data underlättar systemidentifiering och hantering av distinkta enheter.
Statuspaket:Förmedla enhetens driftstatus, körtid (för teknisk supporttidloggning), larminformation, statusändringar och relaterade detaljer.
Enhetskapacitetspaket:Överför enhetens funktionella och karakteristiska information, såsom stödda driftlägen, dataformat, etc.
Standard I/O:Sänder händelseutlösta-signaler, till exempel händelser som utlöses när en enhet når ett visst tillstånd eller tillstånd.
Diagrammet ovan illustrerar dataöverföringsprocessen mellan en IO-Link-master och IO-Link-slavenheter. Den visar fördelarna med IO-Link jämfört med traditionella sensorer vid dataöverföring. Framväxten av IO-Link-teknik gör det möjligt för sensorer att inte bara samla in data och ladda upp den till högre-system utan även att system på högre-nivå kan skicka data till sensorer eller ställdon. Dessutom är dataöverföringsprocessen extremt snabb och tar vanligtvis bara 2-3 millisekunder.
IO-Link Device Development and Testing
IO-Link Device Development
Applikationsdefinition:
1. Ställdon eller sensorfunktion
2. Definiera cykliska data (processdata)
3. IO-Länka enhetsfunktioner (parametrar, händelser, systemkommandon, datalagring)
MCU-val:
- COM2: Rekommenderad 8-bitars processor
- COM3: Rekommenderad 16-bit, t.ex. Cortex-M0 eller högre
Typiska prestandaparametrar:
- 6-15 MHz
- Flash: ±16 kByte
- RAM: ±0,5 kByte
- Aktuell förbrukning:<10 mA
PHY Chip Val:.
Två typiska PHY-chips.
Grundläggande funktioner.
Automatisk uppvakningsbegäran-detektion (WURQ).
RX, TX CIQ.
TX aktivera.
Alla kommunikationshastigheter, Hi-side, Low-side, Push-Pull-utgång.
Integrerad rambearbetning.
SPI, I2C
.UART
.Ytterligare funktioner
.LDO, DC/DC-omvandlare
.Temperatursensor
. Omvänd polaritetsskydd
.RC oscillator / PLL som kristallersättning
.Växla lägen: NPN, PNP, Push-Pull...
.Hot swap, Linjeskydd...
PS: Vad är ett PHY-chip?
Ett PHY-chip, förkortning för Physical Layer chip, hänvisar till en integrerad krets som används i datornätverk för att hantera fysiska lagerkommunikationer. Det fysiska lagret är ett lager inom datornätverksarkitekturen som ansvarar för att hantera den fysiska överföringen av data och elektrisk signalomvandling. Den omvandlar logisk data till ett signalformat som är lämpligt för överföring över nätverket. PHY-chips används vanligtvis för att ansluta datorer, servrar, routrar, switchar och andra nätverksenheter, vilket möjliggör fysisk överföring av data mellan länkar.
PHY-chips används över olika nätverksprotokoll, med vanliga exempel inklusive:
• Ethernet PHY-chips:Används för Ethernet-kommunikation, omvandlar dataramar till lämpliga elektriska signaler för överföring över Ethernet.
• USB PHY-chips:Anställd i USB-gränssnitt (Universal Serial Bus), hanterar dataöverföring och elektrisk signalkonvertering för USB-enheter.
• PCIe PHY-chips:Används för PCI Express-gränssnitt, hanterar-höghastighetsdataöverföring mellan PCIe-enheter.
• PHY-chips för trådlös kommunikation:I trådlös kommunikation som WiFi, Bluetooth och mobila nätverk omvandlar PHY-chips data till trådlösa signaler och vice versa.
• Fiberoptisk kommunikation PHY-chips:Används för fiberoptisk kommunikation, omvandlar data till optiska signaler för överföring genom fiber.
Konsistenstestning:
Varför utföra överensstämmelsetestning?
Överensstämmelsetestning verifierar om enheter, system eller applikationer är korrekt implementerade och fungerar enligt IO-Link-standarden.
Överensstämmelsetestning måste utföras innan en MD publiceras.
IO-Link Quality Working Group ansvarar för att utarbeta och underhålla dokumentationen.
Dokumentet beskriver de tekniska specifikationerna för master- och enhetstestning.
Den innehåller specifikationer för information om testutrustning.
Dokumentåtkomst: IO-Länk till officiella webbplats
Testobjekt
• Fysiskt lagertest: Kräver elektronisk utrustning och utförs vanligtvis manuellt
• Protokolltest: Måste utföras med ett protokolltestsystem som godkänts av IO-Link Technical Committee
• EMC-test: EMC-testning specificeras i IO-Link-gränssnittsspecifikationen och kräver dedikerad elektromagnetisk kompatibilitetstestutrustning
Konsistenstestprocess
IO-Länkkonfiguration på olika bussar
Relationen mellan IO-länk- och bussystem
Som visas i diagrammet ovan påverkar 10-Link inte systembussen. Tvärtom, 10-Link överbryggar den "sista milen" mellan styrenheter och sensorer/ställdon. Det konkurrerar inte med bussen utan förbättrar snarare systemintegration och standardisering.
. 10-Link förlitar sig inte på befintlig bussteknik och kan integreras i dem.
Använder standard M12 och M8 kontakter med 3-stifts och 5-stifts kablar.
Enhetligt gränssnitt som kan sända D1, DO, analoga signaler, etc.
IO-Länkkonfigurationssammanfattning.
IO-Link är kompatibel med vanliga bussprotokoll.
IO-Link-systemkomponenter är enkla, lätta att montera och har låga krav på kommunikationskabel.
Konfigurationen är liknande för olika bussar; kommunikation uppnås baserat på den erforderliga in-/utdataprocessdatastorleken för slaven.
IO-Länkkommunikationsdiagnostik är lätt att implementera!.
IO-Länkkommunikation hämtar enkelt olika enhetsdata, vilket underlättar underhåll och övervakning
IO-Link Device Software Protocol Stack
AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack är designad baserat på AsiaInfo Electronics AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board, med STMicroelectronics STM32F469AI mikrokontroller och utvecklad inom STM32Cube IDE-utvecklingsmiljön. Denna programvarustapel innehåller provbiblioteket för AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack, IO-Linksensordrivrutiner och demonstrationsapplikationer. Programvaruarkitekturen för AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack är byggd på STMicroelectronics STEVAL-BFA001V2 mjukvaruutvecklingskit, som integrerar AsiaInfos oberoende utvecklade IO-Link-enhetsmjukvaruprotokollstackbibliotek. Kunder som använder AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board kan utföra fullständiga-funktionstestning och utvärdering av AXM IO-Link Device Software Protocol Stack Trial Library inom den 72 timmar långa testperioden efter aktivering, exklusive uppgradering av fast programvara.
Drag
• Överensstämmer med IO-länkgränssnitt och systemspecifikation V1.1.3
• Bakåtkompatibel med IO-Link V1.0-masters
• Källkoden överensstämmer med ANSI-C 99-standarden
• Stöder firmwareuppdateringar via IO-länkgränssnitt
• Driftlägen: IO-länkläge och standard I/O-läge
• Stöder ISDU-kommunikation och datalagring
• Uppnår konsekvent processdatautbyte (PDE) via alternerande buffertar
• Stöder alla telegramtyper och baudhastigheter: 4,8Kbps (COM1), 38,4Kbps (COM2) och 230,4Kbps (COM3)
• Minimalt fotavtryck: RAM < 1KB, Flash < 10KB
• Utvecklat baserat på AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board med ST L6362A IO-Link Transc
Produktapplikationer
IO-länksensorer
Temperatur/fuktighet/tryck/fotoelektrisk/vision/ToF-gestsensorer, etc.
IO-Länkaktuatorer
Ventilställdon/motorstyrning/smarta LED-ljus, etc.
IO-Link Hubs
IO-Link Valve Islands
