Какво е IO-Link
IO-Link е цифров комуникационен протокол за индустриална автоматизация, първоначално предложен от Siemens и сега международен стандарт. Той има за цел да даде възможност за свързаност и комуникация между индустриално оборудване и системи за управление. Той улеснява двупосочната комуникация между сензори, задвижващи механизми и други промишлени устройства с контролери (като PLC), позволявайки предаване на данни и контролни сигнали в реално-време.
IO-Link е сериен комуникационен протокол (подобен на I2C шината), който служи като комуникационен стандарт между контролери за промишлена автоматизация и промишлени изпълнителни механизми или сензори. Той представлява технологичния стандарт „последните няколко фута“ за свързване на комуникационните мрежи към полето.
Защо е необходима IO-връзка?
IO-Link технологията е от съществено значение поради следните технически предимства:
Предаване и контрол на-данни в реално време:В индустриалната автоматизация,-преносът на данни в реално време е от решаващо значение за прецизния контрол и наблюдение на оборудването. IO-Link осигурява високо-скоростен, надежден цифров комуникационен канал, позволяващ на сензори и изпълнителни механизми бързо да предават данни към системи за управление за-контрол и мониторинг в реално време.
IO-Link позволява двупосочна комуникация:Той не само получава команди и конфигурационни данни от системата за управление, но също така предава параметри и информация за състоянието обратно към системата за управление. Тази интелигентност позволява на устройствата да се адаптират към различни производствени изисквания и условия на работа, повишавайки гъвкавостта на производствената линия;
Опростена инсталация и поддръжка:IO-Link устройствата могат да бъдат параметризирани и конфигурирани чрез цифрова комуникация, намалявайки грешките при ръчна настройка и рационализирайки процесите на инсталиране и поддръжка. Освен това IO-Link предава диагностична информация, помагайки на инженерите бързо да идентифицират и разрешават проблемите, за да сведат до минимум времето за престой.
Диагностика на неизправности и предсказуема поддръжка:Диагностичните данни, предавани чрез IO-Link, подпомагат предприятията при диагностицирането на неизправности, позволявайки своевременно откриване и разрешаване на проблеми за намаляване на прекъсванията и загубите в производството. Освен това, чрез наблюдение на състоянието на устройството и данните за производителността, предсказуемата поддръжка става постижима, което позволява проактивно предотвратяване на повреди в оборудването и допълнително повишаване на ефективността на производството. Стандартизация и оперативна съвместимост: IO-Link е международно стандартизиран комуникационен протокол. Устройствата от различни производители се придържат към едни и същи комуникационни стандарти, осигурявайки оперативна съвместимост между разнообразно оборудване. Това позволява на предприятията гъвкаво да избират и интегрират устройства от различни доставчици без проблеми със съвместимостта.
Развитието на IO-Link
Броят на възлите на I0-Link нарасна експоненциално през последните години, достигайки 6 милиона възли още през 2017 г.
Сензорен режим
Традиционните сензори за събиране на данни попадат в две категории:
1. Аналогови сензори:Аналоговите сензорни стойности се преобразуват в цифрови чрез A/D преобразуване. Микропроцесорът (uP) чете тези цифрови стойности, които след това се преобразуват обратно в аналогови сигнали чрез D/A преобразуване за предаване към PLC. PLC преобразува тези аналогови сигнали в цифрови с помощта на своя A/D преобразувател. Микропроцесорът на PLC чете цифровите стойности, за да получи информация от сензора.
2. Двоични цифрови сензори:Предавайте двоични цифрови сигнали за ниво между сензора и PLC чрез портове за цифров изход (DO) и цифров вход (DI).
Еднопортов двоичен цифров сензорен драйвер-
Първо, какво е сензорен драйвер? Какво прави?
Драйверът на сензора е софтуерен или хардуерен компонент, който управлява и управлява сензорни устройства, като им позволява да функционират правилно и да комуникират с други системи. Ролята на сензорния драйвер е да преобразува физическите величини, генерирани от сензорите, в цифрови сигнали,
след това предайте тези сигнали към приложения или системи от по-високо{0}}ниво за обработка, анализ и-вземане на решения.
Разбирам, че драйверът на сензора служи като междинен слой между сензорите от най-ниско-ниво и приложенията от по-високо-ниво. Без този посредник цифровите или аналогови сигнали, събрани от сензори, просто биха се разпространявали безцелно през веригата. Когато драйверът на сензора е на място, данните, събрани от основните сензори, получават име, посока и различни атрибути. Това позволява на-приложенията от по-високо ниво да разпознават произхода на данните, да разбират какви физически величини представляват и да издават съответните команди за действие.
Функции на двоичните цифрови сензори и драйвери:
Адаптиране на сигнала:Двоичните цифрови сензори могат да генерират специфични цифрови сигнали, представящи различни състояния или събития, като състояние на превключвател или натискане на бутони. Сензорните драйвери адаптират тези сигнали в електрически сигнали, четими и интерпретируеми от други системи, като например сигнали за напрежение.
Усилване или затихване на сигнала:Понякога изходните сигнали на сензора изискват усилване или затихване, за да отговорят на следващите изисквания на веригата. Сензорните драйвери могат да усилват или намаляват сигналите, за да осигурят прецизно предаване на сигнала;
Електрическа изолация:За да изолират шума или смущенията между сензорите и другите вериги, сензорните драйвери осигуряват електрическа изолация, гарантирайки точността и стабилността на сензорните сигнали;
Филтриране на сигнала:Сензорите могат да бъдат повлияни от шума в околната среда. Сензорните драйвери могат да осигурят филтриращи функции, за да премахнат този шум и да доставят по-надеждни сигнали;
Логическо преобразуване:Изходните сигнали на някои цифрови сензори може да изискват логическо преобразуване, като например инверсия на сигнала или комбиниране на множество сигнали. Сензорните драйвери могат да изпълняват тези операции за логическо преобразуване;
Захранване на сензора:Някои цифрови сензори може да изискват външно захранване, за да функционират правилно. Сензорните драйвери могат да осигурят подходящото захранващо напрежение за сензора;
Съвместимост на интерфейса:Сензорните драйвери предлагат различни интерфейсни опции за свързване на сензори към различни системи или устройства, като аналогови сигнали, цифрови сигнали, серийна комуникация и др.
Недостатъци на драйверите на бинарни цифрови сензори с един-порт:
1. Предаването на данни е еднопосочно само-за четене. Ами ако са необходими контролни операции?
2. Данните имат само две състояния: 0/1. Как може да се предаде повече информация?
Система за IO устройства
IO-Сензорите за връзка не показват отклонение при измерване
Традиционните аналогови сигнали (температура, налягане и т.н.) изискват преобразуване между аналогови и цифрови формати по време на предаване. Този процес на преобразуване въвежда несъответствия в данните, които влияят на точността на крайните резултати.
Когато са свързани чрез IO-Link, измерените стойности се предават цифрово от сензора директно към контролера, като се гарантира, че предаваните стойности на данните винаги съответстват точно на измерените стойности.
IO-Link свързаността също елиминира чувствителността към околните електромагнитни смущения, присъщи на традиционното предаване на аналогов сигнал.Състав на IO-Link Network
I0-Link може да се използва с различни крайни устройства:
Сензори:Сензори за температура, налягане, фотоелектричество, поток... Сензорите I0-Link осигуряват дигитализирани данни от сензори и поддържат дистанционно конфигуриране и наблюдение.
Актуатори:Електромагнитни вентили, двигателни драйвери, серво задвижвания... Тези задвижващи механизми позволяват дистанционно управление, наблюдение и диагностика чрез I0-Link.
Аналогови-в-цифрови преобразуватели (ADC/DAC):Чрез свързване на цифрово-към-аналогови преобразуватели, аналоговите сигнали могат да се извеждат от мрежата IO-Link.
Устройства за идентификация:Като RFID четци/записващи устройства, баркод скенери и др., за да се даде възможност за идентификация на обекти и функции за проследяване.
IO-Link Interconnection Bus (Unified Wiring Standard)
IO-Link връзките използват следните три различни типа конектори:
1. Сигнален кабел:Свързва главния към хъба или крайното устройство на IO-Link. Сигналите на физическия слой на IO-Link се предават по сигналния кабел (стандартен три-жилен кабел).
2. Кабел за данни:Свързва главното към устройства за управление на-високо ниво, като Ethernet оборудване.
3. Захранващ кабел:Захранва силен ток към главния
IO-Link Unified Wiring Standard:
• IO-Link Master изисква само стандартен 3-жилен кабел за свързване на всички IO-Link устройства
• Както цифровите превключващи сигнали, така и аналоговите сигнали могат да комуникират данни с контролера на горно-ниво чрез този 3-жилен кабел
• Прогноза: В бъдеще всички аналогови сигнали, RS232 и RS485 ще бъдат заменени от IO-Link
IO-Спецификация на сензора за връзка
IO-Сензор за връзка=IO-Сензор за връзка (с IO-Интерфейс за връзка и лого) + IODD файл с описание на устройството + декларация на производителя
Позицията на IO{0}}Link в индустриалния интернетКраен 1 метър до мрежата
IO-комуникация с връзка
Комуникационни интерфейси и типове данни
Каква е разликата между тип A и тип B?
IO-Master и slave устройствата комуникират чрез физическо окабеляване. Главните и подчинените устройства са физически свързани чрез кабели, включително захранващи линии, линии за данни и сигнални линии. Традиционните IO сензорни/задвижващи сигнали се събират периодично от главното устройство в стандартен 10 (SI0) режим. Както е показано на фигурата по-горе, щифтове 1-4 са физическите щифтове за окабеляване между 10-Link устройства.
Функциите на всеки щифт са както следва:
Данните се предават чрез щифта Pin4 с помощта на 24V импулсно-модулиран сериен UART протокол. Предадените типове данни включват данни за процеса, параметри, диагностика и други сервизни данни.
Всъщност тези типове данни са подобни на тези, предавани в CANopen. Тук процесните данни и сервизните данни съответстват на PDO и SDO в CANopen.
Скоростта на комуникация между устройствата IO-Link зависи от свързаните устройства IO-Link и работи в три режима:
- 4.8 kBaud (COM1)
- 38.4 kBaud (COM2)
- 230.4 kBaud (COM3)
Типовете данни за IO-Link са показани в таблицата по-долу:
Данни за процеса: Най-често срещаният тип данни, използван за предаване на действителни физически величини, измерени от сензори, като температура, налягане, скорост на потока и други измервания. Процесните данни обикновено се използват в приложения за наблюдение и контрол;
Сервизни данни:
Конфигурационни пакети данни:Използва се за задаване и конфигуриране на параметри за 10-Link устройства, като честота на дискретизация, режим на работа, прагове и т.н. Устройствата могат да изпращат конфигурационни пакети, за да променят своето поведение и функционалност.
Пакети с диагностични данни:Използва се за предаване на диагностична информация за устройства, включително кодове за грешки, предупредителни съобщения, състояния на грешки и т.н. Тези пакети подпомагат системите при диагностика на грешки и поддръжка.
Идентификационни пакети:Предавайте уникални идентификатори на устройства, производствена информация и т.н. (за да предотвратите разпространението на фалшиви стоки). Тези данни подпомагат системната идентификация и управление на различни устройства.
Пакети за състояние:Предавайте работно състояние на устройството, време на работа (за регистриране на време за техническа поддръжка), информация за аларми, промени в състоянието и свързани подробности.
Пакети за възможности на устройството:Предава функционална и характерна информация на устройството, като поддържани режими на работа, формати на данни и др.
Стандартен I/O:Предава сигнали,-задействани от събития, като например събития, задействани, когато устройството достигне определено състояние или условие.
Диаграмата по-горе илюстрира процеса на предаване на данни между IO-Link master и IO-Link slave устройства. Той демонстрира предимствата на IO-Link пред традиционните сензори при пренос на данни. Появата на технологията IO-Link позволява на сензорите не само да събират данни и да ги качват в системи от по-високо-ниво, но също така позволява на системите от по-високо-ниво да изпращат данни към сензори или изпълнителни механизми. Освен това процесът на предаване на данни е изключително бърз, като обикновено отнема само 2-3 милисекунди.
IO-Разработка и тестване на устройства за връзка
IO-Разработка на устройства за връзка
Определение на приложението:
1. Функционалност на задвижващия механизъм или сензора
2. Дефиниране на циклични данни (процесни данни)
3. IO-Функции на устройството за връзка (параметри, събития, системни команди, съхранение на данни)
Избор на MCU:
- COM2: Препоръчителен 8-битов процесор
- COM3: Препоръчва се 16-бита, напр. Cortex-M0 или по-висока
Типични параметри на производителност:
- 6-15 MHz
- Flash: ±16 kByte
- RAM: ±0,5 kByte
- Текуща консумация:<10 mA
Избор на PHY чип:.
Два типични PHY чипа.
Основни функции.
Автоматично откриване на заявка-за събуждане (WURQ).
RX, TX CIQ.
Разрешаване на TX.
Всички скорости на комуникация, Hi-side, Low-side, Push-Pull output.
Интегрирана обработка на рамки.
SPI, I2C
.UART
.Допълнителни функции
.LDO, DC/DC преобразувател
.Температурен датчик
.Защита срещу обръщане на поляритета
.RC осцилатор / PLL като кристален заместител
.Режими на превключване: NPN, PNP, Push-Pull...
.Гореща смяна, защита на линията...
PS: Какво е PHY чип?
PHY чип, съкратено от Physical Layer chip, се отнася до интегрална схема, използвана в компютърни мрежи за обработка на комуникации на физически слой. Физическият слой е слой в архитектурата на компютърната мрежа, отговорен за управлението на физическото предаване на данни и преобразуването на електрически сигнал. Той трансформира логическите данни във формат на сигнала, подходящ за предаване по мрежата. PHY чиповете обикновено се използват за свързване на компютри, сървъри, рутери, комутатори и други мрежови устройства, което позволява физическото предаване на данни между връзките.
PHY чиповете се прилагат в различни мрежови протоколи, като често срещаните примери включват:
• Ethernet PHY чипове:Използва се за Ethernet комуникация, преобразувайки кадри с данни в подходящи електрически сигнали за предаване през Ethernet.
• USB PHY чипове:Използва се в USB (универсална серийна шина) интерфейси, обработващи трансфер на данни и преобразуване на електрически сигнали за USB устройства.
• PCIe PHY чипове:Използва се за PCI Express интерфейси, обработващи високо{0}}скоростно предаване на данни между PCIe устройства.
• PHY чипове за безжична комуникация:При безжични комуникации като WiFi, Bluetooth и мобилни мрежи, PHY чиповете преобразуват данни в безжични сигнали и обратно.
• Фиброоптични комуникационни PHY чипове:Използва се за оптична комуникация, преобразуваща данни в оптични сигнали за предаване през влакна.
Тестване за последователност:
Защо да извършваме изпитване за съответствие?
Тестването за съответствие проверява дали устройствата, системите или приложенията са правилно внедрени и работят в съответствие със стандарта IO-Link.
Тестването за съответствие трябва да се проведе преди публикуването на MD.
Работната група за качество на връзките на IO- отговаря за изготвянето и поддържането на документацията.
Документът подробно описва техническите спецификации за тестване на главни и устройства.
Той включва спецификации за информация за тестово оборудване.
Достъп до документи: IO-Връзка към официалния уебсайт
Тестови елементи
• Тест на физическия слой: Изисква електронно оборудване и обикновено се извършва ръчно
• Тест на протокола: Трябва да се проведе с помощта на система за тестване на протокол, одобрена от IO-Link Technical Committee
• EMC тест: EMC тестването е посочено в спецификацията на интерфейса на IO-Link и изисква специално оборудване за изпитване на електромагнитна съвместимост
Процес на тестване на последователност
IO-Конфигуриране на връзка на различни шини
Връзката между IO-Link и шинни системи
Както е показано на диаграмата по-горе, 10-Link не оказва влияние върху системната шина. Напротив, 10-Link свързва „последната миля“ между контролерите и сензорите/задвижващите механизми. Той не се конкурира с шината, а по-скоро подобрява системната интеграция и стандартизация.
. 10-Link не разчита на съществуващи автобусни технологии и може да бъде интегриран в тях.
Използва стандартни конектори M12 и M8 с 3-пинови и 5-пинови кабели.
Унифициран интерфейс, способен да предава D1, DO, аналогови сигнали и др.
IO-Резюме на конфигурацията на връзката.
IO-Link е съвместим с основните протоколи за шина.
Системните компоненти на IO-Link са прости, лесни за сглобяване и изискват ниски комуникационни кабели.
Конфигурацията е подобна в различните автобуси; комуникацията се постига въз основа на необходимия размер на входно/изходните данни на подчинения процес.
IO-Диагностиката на връзката за комуникация е лесна за внедряване!.
IO-Link комуникацията лесно придобива различни данни за устройството, улеснявайки поддръжката и наблюдението
IO-Стек от софтуерни протоколи за свързване на устройство
AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack е проектиран въз основа на AsiaInfo Electronics AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board, включващ микроконтролера STMicroelectronics STM32F469AI и разработен в рамките на средата за разработка STM32Cube IDE. Този пакет от софтуерни стекове включва пробна библиотека за AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack, IO-Link драйвери на сензори и демонстрационни приложения. Софтуерната архитектура на AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack е изградена върху комплекта за разработка на софтуер STEVAL-BFA001V2 на STMicroelectronics, интегриращ независимо разработената от AsiaInfo IO-Link стекова библиотека за софтуерни протоколи за устройство. Клиентите, използващи AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board, могат да извършат пълно-тестване и оценка на AXM IO-Link Device Software Protocol Stack Trial Library в рамките на 72-часовия пробен период след активиране, с изключение на функционалността за надграждане на фърмуера.
Характеристики
• Съвместим с IO-Link интерфейс и системна спецификация V1.1.3
• Обратно съвместим с IO-Link V1.0 masters
• Изходният код отговаря на стандарта ANSI-C 99
• Поддържа актуализации на фърмуера чрез интерфейс IO-Link
• Режими на работа: IO-Режим на връзка и стандартен I/O режим
• Поддържа ISDU комуникация и съхранение на данни
• Постига последователен обмен на данни за процеса (PDE) чрез редуващи се буфери
• Поддържа всички видове телеграми и скорости на предаване: 4.8Kbps (COM1), 38.4Kbps (COM2) и 230.4Kbps (COM3)
• Минимален отпечатък: RAM < 1KB, Flash < 10KB
• Разработен въз основа на AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board, включващ ST L6362A IO-Link transc
Продуктови приложения
IO-сензори за връзка
Сензори за температура/влажност/налягане/фотоелектрически/визионни/ToF жестове и др.
IO-Актуатори за връзка
Актуатори на клапани/Управление на двигатели/Интелигентни светодиодни маяци и др.
IO-Хъбове за връзка
IO-Link Valve Islands
