Što je IO-link
IO-Link je digitalni komunikacijski protokol za industrijsku automatizaciju, koji je izvorno predložio Siemens, a sada je međunarodni standard. Cilj mu je omogućiti povezivanje i komunikaciju između industrijske opreme i upravljačkih sustava. Olakšava dvosmjernu komunikaciju između senzora, aktuatora i drugih industrijskih uređaja s kontrolerima (kao što su PLC-ovi), omogućujući-prijenos podataka i kontrolnih signala u stvarnom vremenu.
IO-Link je serijski komunikacijski protokol (sličan I2C sabirnici) koji služi kao komunikacijski standard između kontrolera industrijske automatizacije i industrijskih aktuatora ili senzora. Predstavlja tehnološki standard "posljednjih nekoliko stopa" za premošćivanje komunikacijskih mreža s terenom.
Zašto je potrebna IO-veza?
IO-Tehnologija veze neophodna je zbog sljedećih tehničkih prednosti:
Prijenos-podataka i kontrola u stvarnom vremenu:U industrijskoj automatizaciji,-prijenos podataka u stvarnom vremenu ključan je za preciznu kontrolu i nadzor opreme. IO-Link pruža-brzi, pouzdani digitalni komunikacijski kanal, omogućavajući senzorima i aktuatorima brz prijenos podataka kontrolnim sustavima za-kontrolu i nadzor u stvarnom vremenu.
IO-Link omogućuje dvosmjernu komunikaciju:Ne samo da prima naredbe i konfiguracijske podatke od kontrolnog sustava, već također šalje parametre i informacije o statusu natrag u kontrolni sustav. Ova inteligencija omogućuje uređajima da se prilagode različitim zahtjevima proizvodnje i radnim uvjetima, povećavajući fleksibilnost proizvodne linije;
Pojednostavljena instalacija i održavanje:IO-Link uređaji mogu se parametrizirati i konfigurirati putem digitalne komunikacije, smanjujući pogreške ručnog postavljanja i pojednostavljujući procese instalacije i održavanja. Uz to, IO-Link prenosi dijagnostičke informacije, pomažući inženjerima da brzo identificiraju i riješe probleme kako bi smanjili vrijeme zastoja.
Dijagnostika kvarova i prediktivno održavanje:Dijagnostički podaci koji se prenose putem IO-Linka pomažu tvrtkama u dijagnozi kvarova, omogućujući pravovremeno otkrivanje i rješavanje problema kako bi se smanjili prekidi i gubici u proizvodnji. Nadalje, praćenjem statusa uređaja i podataka o performansama, prediktivno održavanje postaje ostvarivo, što omogućuje proaktivnu prevenciju kvarova opreme i dodatno povećava učinkovitost proizvodnje. Standardizacija i interoperabilnost: IO-Link je međunarodno standardiziran komunikacijski protokol. Uređaji različitih proizvođača pridržavaju se istih komunikacijskih standarda, osiguravajući interoperabilnost između različite opreme. To omogućuje tvrtkama da fleksibilno odaberu i integriraju uređaje različitih dobavljača bez problema s kompatibilnošću.
Razvoj IO-Linka
Broj I0-Link čvorova je eksponencijalno rastao posljednjih godina, dosegnuvši 6 milijuna čvorova već 2017. godine.
Način rada senzora
Tradicionalni senzori za prikupljanje podataka spadaju u dvije kategorije:
1. Analogni senzori:Vrijednosti analognog senzora pretvaraju se u digitalne vrijednosti putem A/D pretvorbe. Mikroprocesor (uP) čita te digitalne vrijednosti, koje se zatim pretvaraju natrag u analogne signale putem D/A pretvorbe za prijenos na PLC. PLC ponovno pretvara ove analogne signale u digitalne pomoću svog A/D pretvarača. Mikroprocesor PLC-a čita digitalne vrijednosti za dobivanje informacija senzora.
2. Binarni digitalni senzori:Prijenos binarnih digitalnih signala razine između senzora i PLC-a preko digitalnih izlaza (DO) i digitalnih ulaza (DI).
Pokretački program za binarni digitalni senzor s jednim-priključkom
Prvo, što je upravljački program senzora? Što radi?
Upravljački program senzora softverska je ili hardverska komponenta koja kontrolira i upravlja senzorskim uređajima, omogućujući im da pravilno funkcioniraju i komuniciraju s drugim sustavima. Uloga pokretača senzora je pretvaranje fizičkih veličina koje generiraju senzori u digitalne signale,
zatim prenesite te signale aplikacijama ili sustavima-više razine za obradu, analizu i-donošenje odluka.
Koliko razumijem, upravljački program senzora služi kao posrednički sloj između senzora najniže-razine i aplikacija više-razine. Bez ovog posrednika, digitalni ili analogni signali prikupljeni senzorima jednostavno bi se besciljno širili kroz sklop. S instaliranim pokretačkim programom senzora, podaci prikupljeni temeljnim senzorima dobivaju naziv, smjer i razne atribute. To omogućuje-aplikacijama više razine da prepoznaju podrijetlo podataka, razumiju koje fizičke veličine predstavljaju i izdaju odgovarajuće akcijske naredbe.
Funkcije binarnih digitalnih senzora i pokretača:
Prilagodba signala:Binarni digitalni senzori mogu generirati specifične digitalne signale koji predstavljaju različita stanja ili događaje, kao što su status prekidača ili pritiskanje tipki. Pokretači senzora prilagođavaju te signale u električne signale čitljive i protumačene drugim sustavima, kao što su naponski signali.
Pojačanje ili slabljenje signala:Ponekad izlazni signali senzora zahtijevaju pojačanje ili prigušenje kako bi se ispunili naknadni zahtjevi kruga. Pokretači senzora mogu pojačati ili prigušiti signale kako bi osigurali precizan prijenos signala;
Električna izolacija:Za izolaciju buke ili smetnji između senzora i drugih krugova, pokretački programi senzora osiguravaju električnu izolaciju, osiguravajući točnost i stabilnost signala senzora;
Filtriranje signala:Na senzore može utjecati buka iz okoliša. Pokretači senzora mogu pružiti funkcije filtriranja kako bi se eliminirao ovaj šum i isporučili pouzdaniji signali;
Logička pretvorba:Neki izlazni signali digitalnih senzora mogu zahtijevati logičku konverziju, kao što je inverzija signala ili kombiniranje više signala. Pokretači senzora mogu izvršiti ove operacije logičke pretvorbe;
Napajanje senzora:Određeni digitalni senzori mogu zahtijevati vanjsko napajanje za pravilan rad. Pokretači senzora mogu osigurati odgovarajući napon napajanja za senzor;
Kompatibilnost sučelja:Pokretački programi senzora nude različite opcije sučelja za povezivanje senzora s različitim sustavima ili uređajima, kao što su analogni signali, digitalni signali, serijska komunikacija itd.
Nedostaci pokretačkih programa binarnog digitalnog senzora s jednim-priključkom:
1. Prijenos podataka je jednosmjeran samo-za čitanje. Što ako su potrebne kontrolne operacije?
2. Podaci imaju samo dva stanja: 0/1. Kako se može prenijeti više informacija?
Sustav IO uređaja
IO-Senzori veze ne pokazuju odstupanje mjerenja
Tradicionalni analogni signali (temperatura, tlak, itd.) zahtijevaju konverziju između analognog i digitalnog formata tijekom prijenosa. Ovaj proces pretvorbe uvodi odstupanja u podacima koja utječu na točnost konačnih rezultata.
Kada su spojene preko IO-Linka, izmjerene vrijednosti se digitalno prenose sa senzora izravno na upravljač, čime se osigurava da vrijednosti prenesenih podataka uvijek točno odgovaraju izmjerenim vrijednostima.
IO-povezivanje vezom također eliminira osjetljivost na okolne elektromagnetske smetnje svojstvene tradicionalnom analognom prijenosu signala.Sastav IO-link mreže
I0-Link se može koristiti s različitim krajnjim uređajima:
Senzori:Temperatura, tlak, fotoelektrični senzori, senzori protoka... I0-Link senzori pružaju digitalizirane podatke senzora i podržavaju daljinsku konfiguraciju i nadzor.
Pokretači:Solenoidni ventili, pokretači motora, servo pogoni... Ovi aktuatori omogućuju daljinsko upravljanje, nadzor i dijagnostiku putem I0-Link-a.
Analogni-u-digitalni pretvarači (ADC/DAC):Povezivanjem digitalnih-na-analognih pretvarača, analogni signali mogu izlaziti iz IO-Link mreže.
Identifikacijski uređaji:Kao što su RFID čitači/pisači, skeneri crtičnog koda, itd., za omogućavanje identifikacije objekata i funkcija praćenja.
IO-Link Interconnection Bus (Unified Wiring Standard)
IO-Link veze koriste sljedeće tri različite vrste konektora:
1. Signalni kabel:Povezuje master na koncentrator ili terminalni uređaj IO-Link. Signali fizičkog sloja IO-Linka prenose se preko signalnog kabela (standardni tro-kabel).
2. Podatkovni kabel:Povezuje master s kontrolnim-uređajima više razine, kao što je Ethernet oprema.
3. Kabel za napajanje:Napaja visoku struju masteru
IO-Link Unified Wiring Standard:
• IO-Link Master zahtijeva samo standardni 3-kabel za povezivanje svih IO-Link uređaja
• I signali digitalnog prekidača i analogni signali mogu komunicirati podatke s upravljačem gornje-razine putem ovog 3-žilnog kabela
• Predviđanje: U budućnosti će svi analogni signali, RS232 i RS485 biti zamijenjeni IO-vezom
IO-Specifikacija senzora veze
IO-Senzor veze=IO-Senzor veze (s IO-Sučeljem veze i logotipom) + IODD datoteka opisa uređaja + izjava proizvođača
Položaj IO-veze u industrijskom internetuPosljednji 1 metar do mreže
IO-komunikacija putem veze
Komunikacijska sučelja i tipovi podataka
Koja je razlika između tipa A i tipa B?
IO-Glavni i podređeni uređaji veze komuniciraju putem fizičkog ožičenja. Glavni i podređeni uređaji fizički su povezani kabelima, uključujući električne vodove, podatkovne vodove i signalne vodove. Tradicionalne signale IO senzora/aktuatora povremeno prikuplja glavni uređaj u standardnom 10 (SI0) načinu rada. Kao što je prikazano na gornjoj slici, pinovi 1-4 su fizički pinovi za ožičenje između 10-Link uređaja.
Funkcije svake igle su sljedeće:
Podaci se prenose preko pina Pin4 pomoću 24V puls-moduliranog serijskog UART protokola. Vrste prenesenih podataka uključuju procesne podatke, parametre, dijagnostiku i druge servisne podatke.
Zapravo, ovi tipovi podataka slični su onima koji se prenose u CANopenu. Ovdje procesni i servisni podaci odgovaraju PDO i SDO u CANopenu.
Brzina komunikacije između IO-Link uređaja ovisi o povezanim IO-Link uređajima i radi u tri načina:
- 4.8 kBaud (COM1)
- 38.4 kBaud (COM2)
- 230.4 kBaud (COM3)
Tipovi podataka za IO-Link prikazani su u tablici ispod:
Procesni podaci: Najčešći tip podataka koji se koristi za prijenos stvarnih fizičkih veličina mjerenih senzorima, kao što su temperatura, tlak, brzina protoka i druga mjerenja. Procesni podaci obično se koriste u aplikacijama za nadzor i kontrolu;
Servisni podaci:
Paketi podataka o konfiguraciji:Koristi se za postavljanje i konfiguriranje parametara za 10-Link uređaje, kao što su brzina uzorkovanja, način rada, pragovi itd. Uređaji mogu slati konfiguracijske pakete za izmjenu svog ponašanja i funkcionalnosti.
Paketi dijagnostičkih podataka:Koristi se za prijenos dijagnostičkih informacija o uređajima, uključujući kodove grešaka, poruke upozorenja, statuse grešaka, itd. Ovi paketi pomažu sustavima u dijagnozi grešaka i održavanju.
Identifikacijski paketi:Prenesite jedinstvene identifikatore uređaja, informacije o proizvodnji itd. (kako biste spriječili cirkulaciju krivotvorene robe). Ovi podaci pomažu u identifikaciji sustava i upravljanju različitim uređajima.
Paketi statusa:Prenesite radni status uređaja, vrijeme rada (za bilježenje vremena tehničke podrške), informacije o alarmu, promjene statusa i povezane pojedinosti.
Paketi mogućnosti uređaja:Prijenos funkcionalnih i karakterističnih informacija uređaja, kao što su podržani načini rada, formati podataka itd.
Standardni I/O:Odašilje signale-pokrenute događajima, kao što su događaji koji se pokreću kada uređaj dosegne određeno stanje ili stanje.
Gornji dijagram ilustrira proces prijenosa podataka između IO-Link mastera i IO-Link slave uređaja. Pokazuje prednosti IO-Linka u odnosu na tradicionalne senzore u prijenosu podataka. Pojava IO-Link tehnologije omogućuje senzorima ne samo prikupljanje podataka i njihovo učitavanje u-sustave više razine, već također omogućuje sustavima više-razine slanje podataka senzorima ili aktuatorima. Osim toga, proces prijenosa podataka je iznimno brz, obično traje samo 2-3 milisekunde.
IO-Razvoj i testiranje uređaja veze
IO-Razvoj uređaja za povezivanje
Definicija aplikacije:
1. Funkcionalnost aktuatora ili senzora
2. Definirajte cikličke podatke (procesne podatke)
3. IO-Funkcije uređaja za povezivanje (parametri, događaji, naredbe sustava, pohrana podataka)
MCU odabir:
- COM2: Preporučeni 8-bitni procesor
- COM3: Preporučeno 16-bita, npr. Cortex-M0 ili noviji
Tipični parametri izvedbe:
- 6-15 MHz
- Flash: ±16 kByte
- RAM: ±0,5 kByte
- Trenutna potrošnja:<10 mA
Odabir PHY čipa:.
Dva tipična PHY čipa.
Osnovne funkcije.
Automatsko otkrivanje zahtjeva-za buđenje (WURQ).
RX, TX CIQ.
TX omogućiti.
Sve brzine komunikacije, Hi-side, Low-side, Push-Pull izlaz.
Integrirana obrada okvira.
SPI, I2C
.UART
.Dodatne značajke
.LDO, DC/DC pretvarač
.Senzor temperature
.Zaštita od obrnutog polariteta
.RC oscilator / PLL kao zamjena za kristal
.Promjena načina rada: NPN, PNP, Push-Pull...
.Hot swap, Line protection...
PS: Što je PHY čip?
PHY čip, skraćenica za Physical Layer chip, odnosi se na integrirani krug koji se koristi u računalnim mrežama za upravljanje komunikacijama fizičkog sloja. Fizički sloj je sloj unutar arhitekture računalne mreže odgovoran za upravljanje fizičkim prijenosom podataka i pretvorbom električnog signala. Pretvara logičke podatke u format signala prikladan za prijenos preko mreže. PHY čipovi obično se koriste za povezivanje računala, poslužitelja, usmjerivača, preklopnika i drugih mrežnih uređaja, omogućujući fizički prijenos podataka između veza.
PHY čipovi primjenjuju se na različite mrežne protokole, a uobičajeni primjeri uključuju:
• Ethernet PHY čipovi:Koristi se za Ethernet komunikaciju, pretvarajući okvire podataka u odgovarajuće električne signale za prijenos preko Etherneta.
• USB PHY čipovi:Zaposlen u USB (Universal Serial Bus) sučeljima, upravljajući prijenosom podataka i pretvorbom električnog signala za USB uređaje.
• PCIe PHY čipovi:Koristi se za PCI Express sučelja, rukovanje-brzim prijenosom podataka između PCIe uređaja..
• PHY čipovi za bežičnu komunikaciju:U bežičnim komunikacijama kao što su WiFi, Bluetooth i mobilne mreže, PHY čipovi pretvaraju podatke u bežične signale i obrnuto.
• PHY čipovi za komunikaciju s optičkim vlaknima:Koristi se za komunikaciju optičkim vlaknima, pretvarajući podatke u optičke signale za prijenos kroz vlakna.
Testiranje dosljednosti:
Zašto provoditi ispitivanje sukladnosti?
Testiranje sukladnosti provjerava jesu li uređaji, sustavi ili aplikacije ispravno implementirani i rade li u skladu sa standardom IO-Link.
Ispitivanje sukladnosti mora se provesti prije objavljivanja MD-a.
IO-Radna grupa za kvalitetu veze odgovorna je za izradu i održavanje dokumentacije.
Dokument detaljno opisuje tehničke specifikacije za testiranje glavnog i uređaja.
Uključuje specifikacije za informacije o ispitnoj opremi.
Pristup dokumentu: IO-Veza na službenu web stranicu
Ispitni predmeti
• Test fizičkog sloja: Zahtijeva elektroničku opremu i obično se izvodi ručno
• Test protokola: Mora se provesti pomoću sustava testiranja protokola koji je odobrio IO-Tehnički odbor za vezu
• EMC test: EMC testiranje navedeno je u specifikaciji IO-Link sučelja i zahtijeva posebnu opremu za ispitivanje elektromagnetske kompatibilnosti
Proces testiranja dosljednosti
IO-Konfiguracija veze na različitim sabirnicama
Odnos između IO-Link i Bus sustava
Kao što je prikazano na gornjem dijagramu, 10-Link ne utječe na sistemsku sabirnicu. Naprotiv, 10-Link premošćuje "zadnju milju" između kontrolera i senzora/aktuatora. Ne natječe se sa sabirnicom, već poboljšava integraciju sustava i standardizaciju.
. 10-Link se ne oslanja na postojeće tehnologije sabirnice i može se integrirati u njih.
Koristi standardne konektore M12 i M8 s 3-pinskim i 5-pinskim kabelima.
Unificirano sučelje sposobno za prijenos D1, DO, analognih signala itd.
IO-Sažetak konfiguracije veze.
IO-Link je kompatibilan s glavnim protokolima sabirnice.
IO-Komponente sustava Link jednostavne su, lako se sastavljaju i zahtijevaju malo komunikacijskih kabela.
Konfiguracija je slična za različite sabirnice; komunikacija se ostvaruje na temelju potrebne ulazno/izlazne veličine podataka procesa slave.
IO-Dijagnostiku komunikacije veze jednostavno je implementirati!.
IO-Link komunikacija lako prikuplja različite podatke o uređaju, olakšavajući održavanje i nadzor
IO-skup protokola softvera povezivanja uređaja
AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack dizajniran je na temelju AsiaInfo Electronics AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board, sa STMicroelectronics STM32F469AI mikrokontrolerom i razvijen unutar STM32Cube IDE razvojnog okruženja. Ovaj softverski paket uključuje probnu biblioteku za AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack, IO-Link upravljačke programe senzora i demonstracijske aplikacije. Softverska arhitektura AsiaInfo IO{10}}Link softverskog skupa protokola izgrađena je na STMicroelectronicsovom STEVAL-BFA001V2 kompletu za razvoj softvera, integrirajući AsiaInfo neovisno razvijenu IO-Link biblioteku softverskog protokola skupa uređaja. Korisnici koji koriste AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board mogu provesti potpuno-testiranje i procjenu AXM IO-Link Device Software Protocol Stack Trial Library unutar probnog razdoblja od 72 sata nakon aktivacije, isključujući funkcionalnost nadogradnje firmvera.
Značajke
• U skladu s IO-Link Interface i specifikacijom sustava V1.1.3
• Unatrag kompatibilan s IO-Link V1.0 masterima
• Izvorni kod u skladu je sa standardom ANSI-C 99
• Podržava ažuriranja firmvera putem IO-Link sučelja
• Načini rada: IO-način veze i standardni I/O način
• Podržava ISDU komunikaciju i pohranu podataka
• Postiže dosljednu razmjenu procesnih podataka (PDE) putem izmjeničnih međuspremnika
• Podržava sve vrste telegrama i brzine prijenosa: 4,8 Kbps (COM1), 38,4 Kbps (COM2) i 230,4 Kbps (COM3)
• Minimalni otisak: RAM < 1 KB, Flash < 10 KB
• Razvijeno na temelju AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board koja sadrži ST L6362A IO-Link transc
Primjene proizvoda
IO-Senzori veze
Temperatura/vlažnost/tlak/fotoelektrični senzori/senzori vida/ToF geste itd.
IO-Aktuatori veze
Pokretači ventila/upravljanje motorom/pametni LED svjetionici itd.
IO-čvorišta za veze
IO-Link Valve Islands
