IO-Link如何將“智能”融入智能工廠(chǎng)

IO-Link®有望讓幾乎所有工廠(chǎng)傳感器或執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)“智能化”，從而能夠與過(guò)程控制器進(jìn)行通信并共享有價(jià)值的數(shù)據(jù)。這篇博文探討了IO-Link的開(kāi)發(fā)原因、工作原理、使用場(chǎng)合和局限性。

為什么要開(kāi)發(fā)IO-Link？

過(guò)去，每種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)（如MODBUS、Profibus）都有各自的連接器，用于將傳感器或執(zhí)行器連接到支持的協(xié)議，這意味著自動(dòng)化工程師必須了解其工作原理的細(xì)節(jié)，并選擇正確的電纜和輸入卡。為了解決這些問(wèn)題，制造商在其設(shè)備中設(shè)計(jì)了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)接口，但隨著傳感器和執(zhí)行器尺寸不斷縮小，這種方法變得不切實(shí)際。除了尺寸變得更小之外，制造流程還要求傳感器能夠傳輸溫度和壓力等物理量的讀數(shù)，并需可以通過(guò)過(guò)程控制器遠(yuǎn)程配置（雙向通信）。  這些因素是推動(dòng)IO-Link發(fā)展成為全球標(biāo)準(zhǔn)化接口的主要驅(qū)動(dòng)力，該接口能夠適配所有設(shè)備制造商生產(chǎn)的小型設(shè)備。這些設(shè)備可以輕松集成到任何使用IO-Link*主站的網(wǎng)絡(luò)（現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)或工業(yè)以太網(wǎng)）中。IO-Link傳感器需要向后兼容傳統(tǒng)二進(jìn)制傳感器，以便更輕松地集成到現(xiàn)有工廠(chǎng)系統(tǒng)中。

IO-Link如何工作？

IO-Link系統(tǒng)由從站（傳感器或執(zhí)行器）和IO-Link主站組成。參見(jiàn)圖1。每個(gè)從站只能連接到一個(gè)IO-Link主站，但I(xiàn)O-Link主站可以服務(wù)多個(gè)從站。

圖1 - IO-Link系統(tǒng)

IO-Link主站充當(dāng)網(wǎng)關(guān)，橋接相連從站與過(guò)程控制器使用的上游工業(yè)網(wǎng)絡(luò)之間的鏈路（圖2）。

圖2 - IO-Link如何融入工廠(chǎng)自動(dòng)化架構(gòu)

IO-Link是一種串行數(shù)字點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議，其中每個(gè)從站都連接到IO-Link主站上的一個(gè)物理端口。該協(xié)議不需要復(fù)雜的尋址，采用標(biāo)準(zhǔn)化連接器（通常是M8或M12）和非屏蔽三線(xiàn)電纜，安裝簡(jiǎn)單、成本低。

?IO-Link主站端口有如下四種工作模式：

?IO-Link：端口用于雙向IO-Link通信。

?DI：端口的行為類(lèi)似于數(shù)字輸入。

?DQ：端口的行為類(lèi)似于數(shù)字輸出。

?停用：“停用”模式可用于未使用的端口

?IO-Link數(shù)據(jù)通信可以是周期性的，也可以是非周期性的。

?周期性通信發(fā)生在正常工作期間，IO-Link主站驅(qū)動(dòng)“過(guò)程數(shù)據(jù)”的傳輸。

非周期性數(shù)據(jù)是“應(yīng)請(qǐng)求”傳輸?shù)?，可以包含配置或維護(hù)信息（服務(wù)數(shù)據(jù)）。例如，IO-Link主站可能會(huì)在從站上電后向其發(fā)送新配置，或在關(guān)斷前請(qǐng)求從站配置。事件數(shù)據(jù)也是非周期性的，出現(xiàn)在有意外情況發(fā)生時(shí)，并根據(jù)嚴(yán)重程度（通知、警告和錯(cuò)誤）向控制器發(fā)出報(bào)告。

IO-Link可以用在哪里？

IO-Link非常適合工廠(chǎng)自動(dòng)化應(yīng)用，包括：

?自動(dòng)化裝配線(xiàn)：實(shí)現(xiàn)快速安裝和迅速轉(zhuǎn)換生產(chǎn)運(yùn)行

?機(jī)床：傳感器參數(shù)設(shè)置（溫度、壓力、氣流），實(shí)現(xiàn)快速設(shè)置并使故障傳感器更易于識(shí)別和更換

?輸送帶：速度和停止點(diǎn)可以根據(jù)負(fù)載動(dòng)態(tài)改變

?個(gè)性化制造/單件小批量生產(chǎn)：IO-Link易于遠(yuǎn)程配置，為個(gè)性化制造賦予靈活性

?液壓系統(tǒng)：IO-Link能夠滿(mǎn)足所有關(guān)鍵要求，包括可靠的信號(hào)傳輸、溫度、壓力和液位等

IO-Link有什么局限性？

務(wù)必注意，IO-Link并非設(shè)計(jì)用于支持所有類(lèi)型的傳感器或執(zhí)行器。它每個(gè)周期只能傳輸最多32字節(jié)的過(guò)程數(shù)據(jù)，因此不適合傳輸工業(yè)成像設(shè)備所用攝像頭或掃描儀等裝置產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)。大約2ms（典型值）的生產(chǎn)周期足以滿(mǎn)足大多數(shù)工廠(chǎng)自動(dòng)化要求，但不適合高速應(yīng)用。此外，連接從站和IO-Link主站的電纜不能超過(guò)20米。

IO-Link如何為傳感器或執(zhí)行器賦能？

ADI公司提供IO-Link從站和IO-Link主站物理層接口/收發(fā)器(PHY)。  我們的4端口/8端口IO-Link主站和從站收發(fā)器都集成了降壓調(diào)節(jié)器和LDO，同時(shí)擁有±60V電纜接口保護(hù)，可在惡劣工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定可靠地工作。

*此處使用的“主站”(master)一詞與IO-Link產(chǎn)品名稱(chēng)商標(biāo)有關(guān)，因此我們?cè)试S使用該詞。