Hva er IO-Link
IO-Link er en digital kommunikasjonsprotokoll for industriell automatisering, opprinnelig foreslått av Siemens og nå en internasjonal standard. Den har som mål å muliggjøre tilkobling og kommunikasjon mellom industrielt utstyr og kontrollsystemer. Den letter toveis kommunikasjon mellom sensorer, aktuatorer og andre industrielle enheter med kontrollere (som PLS-er), som muliggjør sanntidsoverføring av data og kontrollsignaler.
IO-Link er en seriell kommunikasjonsprotokoll (ligner på I2C-bussen) som fungerer som en kommunikasjonsstandard mellom industrielle automasjonskontrollere og industrielle aktuatorer eller sensorer. Den representerer "de siste par fot"-teknologistandarden for å bygge bro over kommunikasjonsnettverk til feltet.
Hvorfor er IO-kobling nødvendig?
IO-Link-teknologi er viktig på grunn av følgende tekniske fordeler:
Sanntid-dataoverføring og kontroll:I industriell automasjon er sanntidsdataoverføring avgjørende- for presis utstyrskontroll og overvåking. IO-Link gir en høy-, pålitelig digital kommunikasjonskanal, som gjør det mulig for sensorer og aktuatorer å raskt overføre data til kontrollsystemer for sann-kontroll og overvåking.
IO-Link muliggjør toveis kommunikasjon:Den mottar ikke bare kommandoer og konfigurasjonsdata fra kontrollsystemet, men sender også parametere og statusinformasjon tilbake til kontrollsystemet. Denne intelligensen lar enheter tilpasse seg varierende produksjonskrav og driftsforhold, noe som øker produksjonslinjens fleksibilitet;
Forenklet installasjon og vedlikehold:IO-Link-enheter kan parametreres og konfigureres via digital kommunikasjon, noe som reduserer manuelle oppsettfeil og effektiviserer installasjons- og vedlikeholdsprosesser. I tillegg overfører IO-Link diagnostisk informasjon, og hjelper ingeniører raskt å identifisere og løse problemer for å minimere nedetid.
Feildiagnose og prediktivt vedlikehold:Diagnostiske data som overføres via IO-Link hjelper bedrifter med feildiagnose, og muliggjør rettidig problemdeteksjon og løsning for å redusere produksjonsavbrudd og tap. Videre, ved å overvåke enhetsstatus og ytelsesdata, blir prediktivt vedlikehold oppnåelig, noe som muliggjør proaktiv forebygging av utstyrsfeil og øker produksjonseffektiviteten ytterligere. Standardisering og interoperabilitet: IO-Link er en internasjonalt standardisert kommunikasjonsprotokoll. Enheter fra forskjellige produsenter overholder de samme kommunikasjonsstandardene, og sikrer interoperabilitet mellom diverse utstyr. Dette gjør det mulig for bedrifter å fleksibelt velge og integrere enheter fra ulike leverandører uten kompatibilitetsproblemer.
Utviklingen av IO-Link
Antallet I0-Link-noder har vokst eksponentielt de siste årene, og nådde 6 millioner noder så tidlig som i 2017.
Sensormodus
Tradisjonelle datainnsamlingssensorer faller inn i to kategorier:
1. Analoge sensorer:Analoge sensorverdier konverteres til digitale verdier via A/D-konvertering. Mikroprosessoren (uP) leser disse digitale verdiene, som deretter konverteres tilbake til analoge signaler via D/A-konvertering for overføring til PLS. PLS-en konverterer disse analoge signalene til digitale signaler ved hjelp av sin A/D-omformer. PLS-ens mikroprosessor leser de digitale verdiene for å få sensorinformasjon.
2. Binære digitale sensorer:Send binære digitale nivåsignaler mellom sensoren og PLS via digital utgang (DO) og digital inngang (DI) porter.
Enkel-port binær digital sensordriver
For det første, hva er en sensordriver? Hva gjør det?
En sensordriver er en programvare- eller maskinvarekomponent som kontrollerer og driver sensorenheter, slik at de kan fungere ordentlig og kommunisere med andre systemer. Rollen til en sensordriver er å konvertere de fysiske mengdene generert av sensorer til digitale signaler,
deretter overføre disse signalene til applikasjoner eller systemer på høyere-nivå for behandling, analyse og{1}}beslutning.
Min forståelse er at sensordriveren fungerer som et mellomlag mellom de laveste-sensorene og de øvre-applikasjonene. Uten dette mellomleddet ville de digitale eller analoge signalene som samles inn av sensorer ganske enkelt forplante seg formålsløst gjennom kretsene. Med sensordriveren på plass får dataene som samles inn av de underliggende sensorene et navn, en retning og ulike attributter. Dette gjør det mulig for applikasjoner på øverste-nivå å gjenkjenne opprinnelsen til dataene, forstå hvilke fysiske mengder de representerer og utstede tilsvarende handlingskommandoer.
Funksjoner til binære digitale sensorer og drivere:
Signaltilpasning:Binære digitale sensorer kan generere spesifikke digitale signaler som representerer forskjellige tilstander eller hendelser, for eksempel bryterstatus eller knappetrykk. Sensordrivere tilpasser disse signalene til elektriske signaler som kan leses og tolkes av andre systemer, for eksempel spenningssignaler.
Signalforsterkning eller demping:Noen ganger krever sensorutgangssignaler forsterkning eller demping for å møte påfølgende kretskrav. Sensordrivere kan forsterke eller dempe signaler for å sikre presis signaloverføring;
Elektrisk isolasjon:For å isolere støy eller interferens mellom sensorer og andre kretser, gir sensordrivere elektrisk isolasjon, noe som sikrer nøyaktigheten og stabiliteten til sensorsignalene;
Signalfiltrering:Sensorer kan bli påvirket av omgivelsesstøy. Sensordrivere kan gi filtreringsfunksjoner for å eliminere denne støyen og levere mer pålitelige signaler;
Logisk konvertering:Noen digitale sensorers utgangssignaler kan kreve logisk konvertering, for eksempel signalinversjon eller kombinasjon av flere signaler. Sensordrivere kan utføre disse logiske konverteringsoperasjonene;
Sensor strømforsyning:Enkelte digitale sensorer kan kreve ekstern strøm for å fungere ordentlig. Sensordrivere kan gi riktig forsyningsspenning for sensoren;
Grensesnittkompatibilitet:Sensordrivere tilbyr ulike grensesnittalternativer for å koble sensorer til forskjellige systemer eller enheter, for eksempel analoge signaler, digitale signaler, seriell kommunikasjon, etc.
Ulemper med single-binære digitalsensordrivere:
1. Dataoverføring er enveis -lesebeskyttet. Hva om kontrolloperasjoner er påkrevd?
2. Data har bare to tilstander: 0/1. Hvordan kan mer informasjon overføres?
IO-enhetssystem
IO-Link-sensorer viser ingen måleavvik
Tradisjonelle analoge signaler (temperatur, trykk osv.) krever konvertering mellom analoge og digitale formater under overføring. Denne konverteringsprosessen introduserer dataavvik som påvirker nøyaktigheten til de endelige resultatene.
Ved tilkobling via IO-Link, overføres målte verdier digitalt fra sensoren direkte til kontrolleren, noe som sikrer at de overførte dataverdiene alltid samsvarer nøyaktig med de målte verdiene.
IO-Link-tilkobling eliminerer også følsomheten for omgivende elektromagnetisk interferens som er iboende i tradisjonell analog signaloverføring.Sammensetningen av IO-Link Network
I0-Link kan brukes med forskjellige sluttenheter:
Sensorer:Temperatur, trykk, fotoelektrisk, flyt... I0-Link-sensorer gir digitaliserte sensordata og støtter ekstern konfigurasjon og overvåking.
Aktuatorer:Magnetventiler, motordrivere, servodrev... Disse aktuatorene muliggjør fjernkontroll, overvåking og diagnostikk via I0-Link.
Analog-til-digitale omformere (ADC/DAC):Ved å koble digitale-til-analoge omformere, kan analoge signaler sendes ut fra IO-Link-nettverket.
Identifikasjonsenheter:Slik som RFID-lesere/skrivere, strekkodeskannere, etc., for å muliggjøre objektidentifikasjon og sporingsfunksjoner.
IO-Link Interconnection Bus (Unified Wiring Standard)
IO-Koblingstilkoblinger bruker følgende tre forskjellige koblingstyper:
1. Signalkabel:Kobler masteren til huben eller IO-Link-terminalenheten. De fysiske lagsignalene til IO-Link sendes over signalkabelen (standard tre-kjernekabel).
2. Datakabel:Kobler masteren til høyere-kontrollenheter, for eksempel Ethernet-utstyr.
3. Strømkabel:Leverer høy strøm til masteren
IO-Link Unified Wiring Standard:
• IO-Link Master krever bare en standard 3-kabel for å koble til alle IO-Link-enheter
• Både digitale brytersignaler og analoge signaler kan kommunisere data med den øvre-kontrolleren via denne 3-lederkabelen
• Prediksjon: I fremtiden vil alle analoge signaler, RS232 og RS485 bli erstattet av IO-Link
IO-Link Sensor Specification
IO-Koblingssensor=IO-Koblingssensor (med IO-Link-grensesnitt og logo) + IODD-enhetsbeskrivelsesfil + produsenterklæring
Posisjonen til IO-Link i industrielt InternettSiste 1 meter til nettverket
IO-Linkkommunikasjon
Kommunikasjonsgrensesnitt og datatyper
Hva er forskjellen mellom Type A og Type B?
IO-Link-master- og slave-enheter kommuniserer via fysiske ledninger. Master- og slaveenheter er fysisk koblet sammen via kabler, inkludert kraftlinjer, datalinjer og signallinjer. Tradisjonelle IO-sensor-/aktuatorsignaler samles med jevne mellomrom av masterenheten i standard 10 (SI0)-modus. Som vist i figuren ovenfor, er pinnene 1-4 de fysiske ledningspinnene mellom 10-Link-enheter.
Funksjonene til hver pinne er som følger:
Data overføres via Pin4-pinnen ved hjelp av en 24V puls-modulert seriell UART-protokoll. De overførte datatypene inkluderer prosessdata, parametere, diagnostikk og andre tjenestedata.
Faktisk ligner disse datatypene de som overføres i CANopen. Her tilsvarer prosessdata og servicedata PUD og SDO i CANopen.
Kommunikasjonshastigheten mellom IO-Link-enheter avhenger av de tilkoblede IO-Link-enhetene og fungerer i tre moduser:
- 4.8 kBaud (COM1)
- 38.4 kBaud (COM2)
- 230.4 kBaud (COM3)
Datatypene for IO-Link vises i tabellen nedenfor:
Prosessdata: Den vanligste datatypen som brukes til å overføre faktiske fysiske mengder målt av sensorer, for eksempel temperatur, trykk, strømningshastighet og andre målinger. Prosessdata brukes vanligvis i overvåkings- og kontrollapplikasjoner;
Tjenestedata:
Konfigurasjonsdatapakker:Brukes til å angi og konfigurere parametere for 10-Link-enheter, som samplingsfrekvens, driftsmodus, terskler osv. Enheter kan sende konfigurasjonspakker for å endre oppførsel og funksjonalitet.
Diagnostiske datapakker:Brukes til å overføre diagnostisk informasjon om enheter, inkludert feilkoder, advarselsmeldinger, feilstatuser osv. Disse pakkene hjelper systemene med feildiagnose og vedlikehold.
Identifikasjonspakker:Send unike enhetsidentifikatorer, produksjonsinformasjon osv. (for å forhindre sirkulasjon av forfalskede varer). Disse dataene hjelper systemidentifikasjon og administrasjon av forskjellige enheter.
Statuspakker:Formidle enhetens driftsstatus, kjøretid (for teknisk støttetidslogging), alarminformasjon, statusendringer og relaterte detaljer.
Enhetskapasitetspakker:Overfør funksjonell og karakteristisk informasjon om enheten, for eksempel støttede driftsmoduser, dataformater osv.
Standard I/O:Sender hendelsesutløste-signaler, for eksempel hendelser som utløses når en enhet når en bestemt tilstand eller tilstand.
Diagrammet ovenfor illustrerer dataoverføringsprosessen mellom en IO-Link-master og IO-Link-slaveenheter. Den demonstrerer fordelene med IO-Link fremfor tradisjonelle sensorer i dataoverføring. Fremveksten av IO-Link-teknologi gjør det mulig for sensorer ikke bare å samle inn data og laste dem opp til systemer på høyere-nivå, men lar også systemer på høyere-nivå sende data til sensorer eller aktuatorer. I tillegg er dataoverføringsprosessen ekstremt rask, og tar vanligvis bare 2-3 millisekunder.
IO-Link Device Development and Testing
IO-Link Device Development
Søknadsdefinisjon:
1. Aktuator- eller sensorfunksjonalitet
2. Definer sykliske data (prosessdata)
3. IO-Koble enhetsfunksjoner (parametere, hendelser, systemkommandoer, datalagring)
MCU-valg:
- COM2: Anbefalt 8-bits prosessor
- COM3: Anbefalt 16-bit, f.eks. Cortex-M0 eller høyere
Typiske ytelsesparametre:
- 6-15 MHz
- Flash: ±16 kByte
- RAM: ±0,5 kByte
- Nåværende forbruk:<10 mA
PHY-brikkevalg:.
To typiske PHY-brikker.
Grunnleggende funksjoner.
Automatisk gjenkjenning av-oppvåkningsforespørsel (WURQ).
RX, TX CIQ.
TX aktiver.
Alle kommunikasjonshastigheter, Hi-side, Low-side, Push-Pull-utgang.
Integrert rammebehandling.
SPI, I2C
.UART
.Tilleggsfunksjoner
.LDO, DC/DC-omformer
.Temperatursensor
.Beskyttelse mot omvendt polaritet
.RC oscillator / PLL som krystallerstatning
.Bytte modus: NPN, PNP, Push-Pull...
.Hot swap, linjebeskyttelse...
PS: Hva er en PHY-brikke?
En PHY-brikke, forkortelse for Physical Layer chip, refererer til en integrert krets som brukes i datanettverk for å håndtere fysisk lagkommunikasjon. Det fysiske laget er et lag i datanettverksarkitekturen som er ansvarlig for å administrere den fysiske overføringen av data og elektrisk signalkonvertering. Den transformerer logiske data til et signalformat som er egnet for overføring over nettverket. PHY-brikker brukes vanligvis til å koble til datamaskiner, servere, rutere, svitsjer og andre nettverksenheter, noe som muliggjør fysisk overføring av data mellom koblinger.
PHY-brikker brukes på tvers av ulike nettverksprotokoller, med vanlige eksempler inkludert:
• Ethernet PHY-brikker:Brukes til Ethernet-kommunikasjon, konverterer datarammer til passende elektriske signaler for overføring over Ethernet.
• USB PHY-brikker:Ansatt i USB-grensesnitt (Universal Serial Bus), håndtering av dataoverføring og elektrisk signalkonvertering for USB-enheter.
• PCIe PHY-brikker:Brukes for PCI Express-grensesnitt, og håndterer høyhastighets-dataoverføring mellom PCIe-enheter.
• PHY-brikker for trådløs kommunikasjon:I trådløs kommunikasjon som WiFi, Bluetooth og mobilnettverk konverterer PHY-brikker data til trådløse signaler og omvendt.
• Fiberoptisk kommunikasjon PHY-brikker:Brukes til fiberoptisk kommunikasjon, konverterer data til optiske signaler for overføring gjennom fiber.
Konsistenstesting:
Hvorfor utføre samsvarstesting?
Samsvarstesting bekrefter om enheter, systemer eller applikasjoner er riktig implementert og fungerer i henhold til IO-Link-standarden.
Samsvarstesting må utføres før publisering av en MD.
IO-Link Quality Working Group er ansvarlig for å utarbeide og vedlikeholde dokumentasjonen.
Dokumentet beskriver de tekniske spesifikasjonene for master- og enhetstesting.
Den inkluderer spesifikasjoner for informasjon om testutstyr.
Dokumenttilgang: IO-Link offisielt nettsted
Test elementer
• Fysisk lagtest: Krever elektronisk utstyr og utføres vanligvis manuelt
• Protokolltest: Må utføres med et protokolltestsystem godkjent av IO-Link Technical Committee
• EMC-test: EMC-testing er spesifisert i IO-Link-grensesnittspesifikasjonen og krever dedikert elektromagnetisk kompatibilitetstestutstyr
Konsistenstesting
IO-Link-konfigurasjon på forskjellige busser
Forholdet mellom IO-koblings- og busssystemer
Som vist i diagrammet ovenfor, påvirker ikke 10-Link systembussen. Tvert imot, 10-Link bygger bro over den "siste milen" mellom kontrollere og sensorer/aktuatorer. Den konkurrerer ikke med bussen, men forbedrer heller systemintegrasjon og standardisering.
. 10-Link er ikke avhengig av eksisterende bussteknologi og kan integreres i dem.
Bruker standard M12- og M8-kontakter med 3-pinners og 5-pinners kabler.
Samlet grensesnitt som er i stand til å overføre D1, DO, analoge signaler, etc.
IO-sammendrag av koblingskonfigurasjon.
IO-Link er kompatibel med vanlige bussprotokoller.
IO-Link-systemkomponenter er enkle, enkle å montere og har lave krav til kommunikasjonskabel.
Konfigurasjonen er lik på tvers av forskjellige busser; kommunikasjon oppnås basert på den nødvendige input/output prosessdatastørrelsen til slaven.
IO-Diagnostikk for koblingskommunikasjon er enkel å implementere!.
IO-Link-kommunikasjon henter enkelt inn ulike enhetsdata, noe som letter vedlikehold og overvåking
IO-Link Device Software Protocol Stack
AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack er designet basert på AsiaInfo Electronics AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board, med STMicroelectronics STM32F469AI mikrokontroller og utviklet i STM32Cube IDE-utviklingsmiljøet. Denne programvarestabelpakken inkluderer prøvebiblioteket for AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack, IO-Link-sensordrivere og demonstrasjonsapplikasjoner. Programvarearkitekturen til AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack er bygget på STMicroelectronics' STEVAL-BFA001V2 programvareutviklingssett, og integrerer AsiaInfos uavhengig utviklede IO-Link-programvareprotokollstabelbibliotek for enheter. Kunder som bruker AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board kan utføre fullstendige-funksjonstesting og evaluering av AXM IO-Link Device Software Protocol Stack Trial Library i løpet av den 72-timers prøveperioden etter aktivering, unntatt oppgradering av fastvarefunksjonalitet.
Funksjoner
• Kompatibel med IO-Link Interface and System Specification V1.1.3
• Bakoverkompatibel med IO-Link V1.0-mastere
• Kildekoden samsvarer med ANSI-C 99-standarden
• Støtter fastvareoppdateringer via IO-Link-grensesnitt
• Driftsmoduser: IO-Link-modus og standard I/O-modus
• Støtter ISDU-kommunikasjon og datalagring
• Oppnår konsistent prosessdatautveksling (PDE) via alternerende buffere
• Støtter alle telegramtyper og overføringshastigheter: 4,8 Kbps (COM1), 38,4 Kbps (COM2) og 230,4 Kbps (COM3)
• Minimalt fotavtrykk: RAM < 1KB, Flash < 10KB
• Utviklet basert på AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board med ST L6362A IO-Link transc
Produktapplikasjoner
IO-Link-sensorer
Temperatur/fuktighet/trykk/fotoelektrisk/syn/ToF-bevegelsessensorer, etc.
IO-Link-aktuatorer
Ventilaktuatorer/Motorkontroll/Smart LED Beacons, etc.
IO-Link Hubs
IO-Link Valve Islands
