Ce este IO-Link
IO-Link este un protocol de comunicație digitală pentru automatizarea industrială, propus inițial de Siemens și acum un standard internațional. Acesta își propune să permită conectivitatea și comunicarea între echipamentele industriale și sistemele de control. Facilitează comunicarea bidirecțională între senzori, actuatoare și alte dispozitive industriale cu controlere (cum ar fi PLC-uri), permițând transmiterea-în timp real a datelor și a semnalelor de control.
IO-Link este un protocol de comunicație serială (similar cu magistrala I2C) care servește ca standard de comunicare între controlerele de automatizare industrială și actuatorii sau senzorii industriali. Reprezintă standardul tehnologic „ultimii picioare” pentru conectarea rețelelor de comunicații la teren.
De ce este nevoie de IO-Link?
Tehnologia IO-Link este esențială datorită următoarelor avantaje tehnice:
Transmiterea și controlul datelor-în timp real:În automatizarea industrială, transferul de date-în timp real este esențial pentru controlul și monitorizarea precisă a echipamentelor. IO-Link oferă un canal de comunicare digitală de mare-viteză, fiabil, permițând senzorilor și actuatorilor să transmită rapid date către sistemele de control pentru control și monitorizare-în timp real.
IO-Link permite comunicarea bidirecțională:Nu numai că primește comenzi și date de configurare de la sistemul de control, dar transmite și parametrii și informațiile de stare înapoi către sistemul de control. Această inteligență permite dispozitivelor să se adapteze la cerințele diferite de producție și la condițiile de operare, sporind flexibilitatea liniei de producție;
Instalare și întreținere simplificate:Dispozitivele IO-Link pot fi parametrizate și configurate prin comunicare digitală, reducând erorile de configurare manuală și simplificând procesele de instalare și întreținere. În plus, IO-Link transmite informații de diagnosticare, ajutând inginerii să identifice și să rezolve rapid problemele pentru a minimiza timpul de nefuncționare.
Diagnosticarea defecțiunilor și întreținerea predictivă:Datele de diagnosticare transmise prin IO-Link ajută companiile în diagnosticarea defecțiunilor, permițând detectarea și rezolvarea în timp util a problemelor pentru a reduce întreruperile și pierderile de producție. În plus, prin monitorizarea stării dispozitivului și a datelor de performanță, întreținerea predictivă devine realizabilă, permițând prevenirea proactivă a defecțiunilor echipamentelor și sporind în continuare eficiența producției. Standardizare și interoperabilitate: IO-Link este un protocol de comunicare standardizat la nivel internațional. Dispozitivele de la diferiți producători respectă aceleași standarde de comunicare, asigurând interoperabilitatea între diverse echipamente. Acest lucru permite companiilor să selecteze și să integreze în mod flexibil dispozitivele de la diverși furnizori, fără probleme de compatibilitate.
Dezvoltarea IO-Link
Numărul de noduri I0-Link a crescut exponențial în ultimii ani, ajungând la 6 milioane de noduri încă din 2017.
Modul senzor
Senzorii tradiționali de achiziție de date se împart în două categorii:
1. Senzori analogici:Valorile senzorilor analogici sunt convertite în valori digitale prin conversie A/D. Microprocesorul (uP) citește aceste valori digitale, care sunt apoi convertite înapoi în semnale analogice prin conversie D/A pentru transmisie la PLC. PLC-ul reconvertește aceste semnale analogice în semnale digitale folosind convertorul său A/D. Microprocesorul PLC citește valorile digitale pentru a obține informații despre senzor.
2. Senzori digitali binari:Transmite semnale binare de nivel digital între senzor și PLC prin porturile de ieșire digitală (DO) și de intrare digitală (DI).
Driver pentru senzor digital binar cu un singur{{0}port
În primul rând, ce este un driver de senzor? Ce face?
Un driver de senzor este o componentă software sau hardware care controlează și operează dispozitivele cu senzori, permițându-le să funcționeze corect și să comunice cu alte sisteme. Rolul unui driver de senzor este de a converti cantitățile fizice generate de senzori în semnale digitale,
apoi transmiteți aceste semnale către aplicații sau sisteme de-nivel superior pentru procesare, analiză și{1}}luare a deciziilor.
Înțeleg că driverul senzorului servește ca un strat intermediar între senzorii de cel mai jos-nivel și aplicațiile de-nivel superior. Fără acest intermediar, semnalele digitale sau analogice colectate de senzori s-ar propaga pur și simplu fără scop prin circuite. Cu driverul de senzor la locul lui, datele colectate de senzorii de bază capătă un nume, o direcție și diverse atribute. Acest lucru permite aplicațiilor de nivel superior-să recunoască originea datelor, să înțeleagă ce cantități fizice reprezintă acestea și să emită comenzile de acțiune corespunzătoare.
Funcțiile senzorilor și driverelor digitali binari:
Adaptarea semnalului:Senzorii digitali binari pot genera semnale digitale specifice reprezentând diferite stări sau evenimente, cum ar fi starea comutatorului sau apăsările de butoane. Driverele de senzori adaptează aceste semnale în semnale electrice care pot fi citite și interpretate de alte sisteme, cum ar fi semnalele de tensiune.
Amplificarea sau atenuarea semnalului:Uneori, semnalele de ieșire ale senzorului necesită amplificare sau atenuare pentru a îndeplini cerințele ulterioare ale circuitului. Driverele de senzori pot amplifica sau atenua semnalele pentru a asigura transmisia precisă a semnalului;
Izolație electrică:Pentru a izola zgomotul sau interferența dintre senzori și alte circuite, driverele de senzori asigură izolarea electrică, asigurând acuratețea și stabilitatea semnalelor senzorilor;
Filtrarea semnalului:Senzorii pot fi afectați de zgomotul ambiental. Driverele de senzori pot oferi funcții de filtrare pentru a elimina acest zgomot și pentru a furniza semnale mai fiabile;
Conversie logică:Semnalele de ieșire ale unor senzori digitali pot necesita conversie logică, cum ar fi inversarea semnalului sau combinarea mai multor semnale. Driverele de senzori pot executa aceste operațiuni de conversie logică;
Sursa de alimentare senzor:Anumiți senzori digitali pot necesita alimentare externă pentru a funcționa corect. Driverele de senzori pot furniza tensiunea de alimentare adecvată pentru senzor;
Compatibilitate interfață:Driverele de senzori oferă diverse opțiuni de interfață pentru a conecta senzori la diferite sisteme sau dispozitive, cum ar fi semnale analogice, semnale digitale, comunicații seriale etc.
Dezavantajele driverelor pentru senzorii digitali binari cu un singur{{0}port:
1. Transmiterea datelor este unidirecțională numai pentru citire-. Ce se întâmplă dacă sunt necesare operațiuni de control?
2. Datele au doar două stări: 0/1. Cum pot fi transmise mai multe informații?
Sistemul de dispozitive IO
Senzorii IO-Link nu arată nicio abatere de măsurare
Semnalele analogice tradiționale (temperatură, presiune etc.) necesită conversie între formatele analog și digital în timpul transmisiei. Acest proces de conversie introduce discrepanțe de date care afectează acuratețea rezultatelor finale.
Când sunt conectate prin IO-Link, valorile măsurate sunt transmise digital de la senzor direct la controler, asigurându-se că valorile datelor transmise corespund întotdeauna exact cu valorile măsurate.
Conectivitatea IO-Link elimină, de asemenea, susceptibilitatea la interferențe electromagnetice înconjurătoare inerente transmisiei tradiționale de semnal analogic.Componența rețelei IO-Link Network
I0-Link poate fi utilizat cu diferite dispozitive finale:
Senzori:Senzorii de temperatură, presiune, fotoelectrice, debit... I0-Link furnizează date digitizate ale senzorului și suportă configurarea și monitorizarea de la distanță.
Actuatori:Supape solenoide, drivere de motor, servomotor... Aceste actuatoare permit controlul de la distanță, monitorizarea și diagnosticarea prin I0-Link.
Convertoare analog-la-digitale (ADC/DAC):Prin conectarea convertoarelor digitale-la-analogice, semnalele analogice pot fi scoase din rețeaua IO-Link.
Dispozitive de identificare:Cum ar fi cititoare/scriitoare RFID, scanere de coduri de bare etc., pentru a permite identificarea obiectelor și funcțiile de urmărire.
Bus de interconectare IO-Link (Standard de cablare unificată)
Conexiunile IO-Link utilizează următoarele trei tipuri distincte de conector:
1. Cablu de semnal:Conectează masterul la hub-ul sau la dispozitivul terminal IO-Link. Semnalele din stratul fizic ale IO-Link sunt transmise prin cablul de semnal (cablu standard cu trei-nuclee).
2. Cablu de date:Conectează masterul la dispozitive de control de-nivel superior, cum ar fi echipamente Ethernet.
3. Cablu de alimentare:Furnizează un curent mare maestrului
Standard de cablare unificată IO-Link:
• IO-Link Master necesită doar un cablu standard cu 3-nuclee pentru a conecta toate dispozitivele IO-Link
• Atât semnalele comutatorului digital, cât și semnalele analogice pot comunica date cu controlerul de nivel superior-prin acest cablu cu 3 fire
• Previziune: în viitor, toate semnalele analogice, RS232 și RS485 vor fi înlocuite cu IO-Link
Specificația senzorului de legătură IO-
IO-Senzor de legătură=IO-Senzor de legătură (cu interfață și sigla IO-Link) + fișier cu descrierea dispozitivului IODD + declarația producătorului
Poziția IO-Link în Internetul industrialUltimul 1 metru până la rețea
IO-Link Communication
Interfețe de comunicare și tipuri de date
Care este diferența dintre tipul A și tipul B?
Dispozitivele IO-Link master și slave comunică prin cablare fizică. Dispozitivele master și slave sunt conectate fizic prin cabluri, inclusiv linii de alimentare, linii de date și linii de semnal. Semnalele tradiționale ale senzorului/actuatorului IO sunt colectate periodic de dispozitivul principal în modul standard 10 (SI0). După cum se arată în figura de mai sus, pinii 1-4 sunt pinii de cablare fizică dintre dispozitivele 10-Link.
Funcțiile fiecărui pin sunt următoarele:
Datele sunt transmise prin pinul Pin4 utilizând un protocol UART serial modulat cu impuls-24V. Tipurile de date transmise includ date de proces, parametri, diagnostice și alte date de service.
De fapt, aceste tipuri de date sunt similare cu cele transmise în CANopen. Aici, datele de proces și datele de service corespund PDO și SDO în CANopen.
Rata de comunicare între dispozitivele IO-Link depinde de dispozitivele IO-Link conectate și funcționează în trei moduri:
- 4.8 kBaud (COM1)
- 38.4 kBaud (COM2)
- 230.4 kBaud (COM3)
Tipurile de date pentru IO-Link sunt prezentate în tabelul de mai jos:
Date de proces: cel mai comun tip de date, folosit pentru a transmite cantități fizice reale măsurate de senzori, cum ar fi temperatura, presiunea, debitul și alte măsurători. Datele de proces sunt de obicei folosite în aplicații de monitorizare și control;
Date de serviciu:
Pachete de date de configurare:Folosit pentru a seta și configura parametrii pentru dispozitivele 10-Link, cum ar fi rata de eșantionare, modul de operare, praguri etc. Dispozitivele pot trimite pachete de configurare pentru a-și modifica comportamentul și funcționalitatea.
Pachete de date de diagnosticare:Folosit pentru a transmite informații de diagnosticare despre dispozitive, inclusiv coduri de eroare, mesaje de avertizare, stări de eroare etc. Aceste pachete ajută sistemele în diagnosticarea și întreținerea defecțiunilor.
Pachete de identificare:Transmiteți identificatori unici de dispozitiv, informații de producție etc. (pentru a preveni circulația mărfurilor contrafăcute). Aceste date ajută la identificarea sistemului și gestionarea dispozitivelor distincte.
Pachete de stare:Transmiteți starea de funcționare a dispozitivului, timpul de funcționare (pentru înregistrarea timpului de asistență tehnică), informații despre alarmă, modificări de stare și detalii aferente.
Pachete de capacitate a dispozitivului:Transmiteți informații funcționale și caracteristice ale dispozitivului, cum ar fi modurile de operare acceptate, formatele de date etc.
I/O standard:Transmite semnale-declanșate de evenimente, cum ar fi evenimente declanșate atunci când un dispozitiv atinge o anumită stare sau stare.
Diagrama de mai sus ilustrează procesul de transmitere a datelor între un dispozitiv IO-Link master și IO-Link slave. Demonstrează avantajele IO-Link față de senzorii tradiționali în transferul de date. Apariția tehnologiei IO-Link permite senzorilor nu numai să colecteze date și să le încarce în sisteme de-nivel superior, dar le permite și sistemelor de-nivel superior să trimită date către senzori sau actuatori. În plus, procesul de transmitere a datelor este extrem de rapid, durând de obicei doar 2-3 milisecunde.
Dezvoltarea și testarea dispozitivelor IO-Link
Dezvoltare dispozitiv IO-Link
Definiția aplicației:
1. Funcționalitatea actuatorului sau senzorului
2. Definiți datele ciclice (date de proces)
3. IO-Conectați funcțiile dispozitivului (parametri, evenimente, comenzi de sistem, stocare de date)
Selectare MCU:
- COM2: procesor pe 8 biți recomandat
- COM3: Recomandat pe 16-biți, de exemplu, Cortex-M0 sau mai mare
Parametri tipici de performanță:
- 6-15 MHz
- Flash: ±16 kByte
- RAM: ±0,5 kByte
- Consum curent:<10 mA
Selectarea cipului PHY:.
Două cipuri PHY tipice.
Funcții de bază.
Detectare automată-Solicitare de trezire (WURQ).
RX, TX CIQ.
Activare TX.
Toate vitezele de comunicare, partea înaltă-, partea joasă-, ieșire Push-Pull.
Procesare integrată a cadrelor.
SPI, I2C
.UART
.Caracteristici suplimentare
.LDO, convertor DC/DC
.Senzor de temperatura
.Protecție la inversarea polarității
.RC oscilator / PLL ca înlocuitor de cristal
.Moduri de comutare: NPN, PNP, Push-Pull...
.Schimbare la cald, protecție de linie...
PS: Ce este un cip PHY?
Un cip PHY, prescurtare de la Physical Layer chip, se referă la un circuit integrat utilizat în rețelele de calculatoare pentru a gestiona comunicațiile la nivel fizic. Stratul fizic este un strat din arhitectura rețelei de calculatoare responsabil cu gestionarea transmisiei fizice a datelor și a conversiei semnalului electric. Transformă datele logice într-un format de semnal potrivit pentru transmiterea prin rețea. Cipurile PHY sunt de obicei folosite pentru a conecta computere, servere, routere, comutatoare și alte dispozitive de rețea, permițând transmiterea fizică a datelor între legături.
Cipurile PHY sunt aplicate pe diverse protocoale de rețea, cu exemple comune, inclusiv:
• Chip-uri Ethernet PHY:Folosit pentru comunicații Ethernet, transformând cadrele de date în semnale electrice adecvate pentru transmisie prin Ethernet.
• Chip-uri USB PHY:Utilizat în interfețele USB (Universal Serial Bus), gestionând transferul de date și conversia semnalului electric pentru dispozitivele USB.
• Chip-uri PCIe PHY:Folosit pentru interfețele PCI Express, gestionând-transmisia de date de mare viteză între dispozitivele PCIe..
• Chip-uri PHY de comunicare fără fir:În comunicațiile fără fir precum WiFi, Bluetooth și rețelele mobile, cipurile PHY convertesc datele în semnale fără fir și invers.
• Chip-uri PHY de comunicare prin fibră optică:Folosit pentru comunicații prin fibră optică, conversia datelor în semnale optice pentru transmisie prin fibră.
Testare de consistență:
De ce să faceți teste de conformitate?
Testarea de conformitate verifică dacă dispozitivele, sistemele sau aplicațiile sunt implementate corect și funcționează conform standardului IO-Link.
Testarea de conformitate trebuie efectuată înainte de publicarea unui MD.
Grupul de lucru IO-Link Quality Working Group este responsabil pentru redactarea și întreținerea documentației.
Documentul detaliază specificațiile tehnice pentru testarea master și dispozitiv.
Include specificații pentru informațiile despre echipamentele de testare.
Acces la documente: IO-Link site-ul oficial
Elemente de testare
• Testul stratului fizic: necesită echipament electronic și se efectuează de obicei manual
• Testarea protocolului: trebuie efectuată utilizând un sistem de testare a protocolului aprobat de Comitetul tehnic IO-Link
• Test EMC: testarea EMC este specificată în specificația interfeței IO-Link și necesită echipament dedicat de testare a compatibilității electromagnetice
Procesul de testare a consistenței
IO-Configurarea legăturii pe diferite autobuze
Relația dintre sistemele IO-Link și Bus
După cum se arată în diagrama de mai sus, 10-Link nu afectează magistrala sistemului. Dimpotrivă, 10-Link face o punte de „ultima milă” între controlere și senzori/actuatori. Nu concurează cu autobuzul, ci mai degrabă îmbunătățește integrarea și standardizarea sistemului.
. 10-Link nu se bazează pe tehnologiile de autobuz existente și poate fi integrat în acestea.
Utilizează conectori standard M12 și M8 cu cabluri cu 3 și 5 pini.
Interfață unificată capabilă să transmită D1, DO, semnale analogice etc.
IO-Rezumatul configurației legăturii.
IO-Link este compatibil cu protocoalele de magistrală mainstream.
Componentele sistemului IO-Link sunt simple, ușor de asamblat și au cerințe reduse pentru cabluri de comunicație.
Configurația este similară în diferite autobuze; comunicarea este realizată pe baza mărimii necesare a datelor de proces de intrare/ieșire ale slave.
Diagnosticarea comunicației IO-Link este ușor de implementat!.
Comunicarea IO-Link achiziționează cu ușurință diverse date de dispozitiv, facilitând întreținerea și monitorizarea
IO-Link Device Software Protocol Stack
AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack este proiectat pe baza AsiaInfo Electronics AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board, cu microcontrolerul STMicroelectronics STM32F469AI și dezvoltat în mediul de dezvoltare STM32Cube IDE. Această suită de stivă de software include biblioteca de probă pentru AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack, drivere pentru senzori IO-Link și aplicații demonstrative. Arhitectura software a stivei de protocol software AsiaInfo IO-Link Device este construită pe setul de dezvoltare software STEVAL{-BFA001V2 de la STMicroelectronics, care integrează biblioteca de protocoale software pentru dispozitive IO-Link dezvoltată independent de AsiaInfo. Clienții care utilizează AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board pot efectua teste și evaluare complete-funcționale ale bibliotecii de testare AXM IO-Link Device Software Protocol Stack în perioada de probă de 72 de ore după activare, excluzând funcționalitatea de actualizare a firmware-ului.
Caracteristici
• Conform cu IO-Link Interface and System Specification V1.1.3
• Compatibil retroactiv cu master IO-Link V1.0
• Codul sursă este conform standardului ANSI-C 99
• Acceptă actualizări de firmware prin interfața IO-Link
• Moduri de operare: modul IO-Link și modul standard I/O
• Suportă comunicarea ISDU și stocarea datelor
• Realizează schimbul coerent de date de proces (PDE) prin intermediul bufferelor alternante
• Acceptă toate tipurile de telegrame și viteze de transmisie: 4,8 Kbps (COM1), 38,4 Kbps (COM2) și 230,4 Kbps (COM3)
• Amprentă minimă: RAM < 1 KB, Flash < 10 KB
• Dezvoltat pe baza AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board cu ST L6362A IO-Link Transc
Aplicații ale produsului
Senzori de legătură IO-
Senzori de temperatură/umiditate/presiune/fotoelectrică/viziune/toF gestual etc.
Actuatori de legătură IO-
Actuatoare de supapă/Control motor/Balize LED inteligente etc.
IO-Link Hubs
IO-Link Valve Islands
