Čo je odkaz IO-
IO-Link je digitálny komunikačný protokol pre priemyselnú automatizáciu pôvodne navrhnutý spoločnosťou Siemens a teraz je medzinárodným štandardom. Jeho cieľom je umožniť konektivitu a komunikáciu medzi priemyselnými zariadeniami a riadiacimi systémami. Uľahčuje obojsmernú komunikáciu medzi snímačmi, akčnými členmi a inými priemyselnými zariadeniami s ovládačmi (ako sú PLC), čím umožňuje-prenos údajov a riadiacich signálov v reálnom čase.
IO-Link je sériový komunikačný protokol (podobný zbernici I2C), ktorý slúži ako komunikačný štandard medzi riadiacimi jednotkami priemyselnej automatizácie a priemyselnými akčnými členmi alebo snímačmi. Predstavuje technologický štandard „posledných pár stôp“ na premostenie komunikačných sietí do terénu.
Prečo je potrebný odkaz IO-?
Technológia IO-Link je nevyhnutná z dôvodu nasledujúcich technických výhod:
Prenos a ovládanie údajov v{0}}reálnom čase:V priemyselnej automatizácii je prenos údajov-v reálnom čase rozhodujúci pre presné riadenie a monitorovanie zariadení. IO-Link poskytuje vysokorýchlostný-spoľahlivý digitálny komunikačný kanál, ktorý umožňuje senzorom a akčným členom rýchlo prenášať údaje do riadiacich systémov na riadenie a monitorovanie v-reálnom čase.
IO-Link umožňuje obojsmernú komunikáciu:Nielenže prijíma príkazy a konfiguračné údaje z riadiaceho systému, ale tiež prenáša parametre a stavové informácie späť do riadiaceho systému. Táto inteligencia umožňuje zariadeniam prispôsobiť sa rôznym požiadavkám výroby a prevádzkovým podmienkam, čím sa zvyšuje flexibilita výrobnej linky;
Zjednodušená inštalácia a údržba:Zariadenia IO{0}}Link možno parametrizovať a konfigurovať prostredníctvom digitálnej komunikácie, čím sa zníži počet chýb pri manuálnom nastavení a zefektívnia sa procesy inštalácie a údržby. IO-Link navyše prenáša diagnostické informácie, čím pomáha inžinierom rýchlo identifikovať a riešiť problémy, aby sa minimalizovali prestoje.
Diagnostika porúch a prediktívna údržba:Diagnostické údaje prenášané prostredníctvom IO-Link pomáhajú podnikom pri diagnostike porúch, umožňujú včasné zistenie a riešenie problémov s cieľom znížiť prerušenia výroby a straty. Monitorovaním stavu zariadenia a údajov o výkone sa navyše dá dosiahnuť prediktívna údržba, ktorá umožňuje proaktívne predchádzať poruchám zariadení a ďalej zvyšuje efektivitu výroby. Štandardizácia a interoperabilita: IO-Link je medzinárodne štandardizovaný komunikačný protokol. Zariadenia od rôznych výrobcov dodržiavajú rovnaké komunikačné štandardy, čím je zabezpečená interoperabilita medzi rôznymi zariadeniami. To umožňuje podnikom flexibilne vyberať a integrovať zariadenia od rôznych dodávateľov bez obáv z kompatibility.
Odkaz na vývoj IO-
Počet I0-Link uzlov v posledných rokoch exponenciálne rástol a už v roku 2017 dosiahol 6 miliónov uzlov.
Režim senzora
Tradičné senzory na zber údajov spadajú do dvoch kategórií:
1. Analógové snímače:Analógové hodnoty snímača sa konvertujú na digitálne hodnoty pomocou A/D prevodu. Mikroprocesor (uP) načítava tieto digitálne hodnoty, ktoré sa potom konvertujú späť na analógové signály pomocou D/A konverzie na prenos do PLC. PLC premieňa tieto analógové signály na digitálne signály pomocou svojho A/D prevodníka. Mikroprocesor PLC načítava digitálne hodnoty, aby získal informácie zo senzora.
2. Binárne digitálne snímače:Prenášajte binárne signály digitálnej úrovne medzi snímačom a PLC cez porty digitálneho výstupu (DO) a digitálneho vstupu (DI).
Ovládač binárneho digitálneho snímača s jedným-portom
Po prvé, čo je ovládač snímača? čo to robí?
Ovládač snímača je softvérový alebo hardvérový komponent, ktorý riadi a prevádzkuje snímačové zariadenia, čo im umožňuje správne fungovať a komunikovať s inými systémami. Úlohou ovládača snímača je previesť fyzikálne veličiny generované snímačmi na digitálne signály,
potom preniesť tieto signály do aplikácií alebo systémov vyššej{0}}úrovne na spracovanie, analýzu a rozhodovanie-.
Chápem to tak, že ovládač snímača slúži ako sprostredkovateľská vrstva medzi snímačmi najnižšej{0}úrovne a aplikáciami vyššej{1}}úrovne. Bez tohto sprostredkovateľa by sa digitálne alebo analógové signály zozbierané senzormi jednoducho bezcieľne šírili cez obvody. Po umiestnení ovládača snímača získajú údaje zhromaždené základnými snímačmi názov, smer a rôzne atribúty. To umožňuje aplikáciám vyššej{5}}úrovne rozpoznať pôvod údajov, pochopiť, aké fyzikálne veličiny predstavujú, a vydať príslušné akčné príkazy.
Funkcie binárnych digitálnych snímačov a ovládačov:
Prispôsobenie signálu:Binárne digitálne snímače môžu generovať špecifické digitálne signály predstavujúce rôzne stavy alebo udalosti, ako je stav spínača alebo stlačenie tlačidla. Ovládače snímačov adaptujú tieto signály na elektrické signály čitateľné a interpretovateľné inými systémami, ako sú napäťové signály.
Zosilnenie alebo zoslabenie signálu:Výstupné signály snímača niekedy vyžadujú zosilnenie alebo zoslabenie, aby sa splnili následné požiadavky na obvod. Ovládače snímačov môžu zosilniť alebo zoslabiť signály, aby sa zabezpečil presný prenos signálu;
Elektrická izolácia:Na izoláciu šumu alebo rušenia medzi snímačmi a inými obvodmi poskytujú ovládače snímačov elektrickú izoláciu, čím zabezpečujú presnosť a stabilitu signálov snímačov;
Filtrovanie signálu:Snímače môžu byť ovplyvnené okolitým hlukom. Ovládače snímačov môžu poskytovať funkcie filtrovania na odstránenie tohto šumu a poskytovanie spoľahlivejších signálov;
Logická konverzia:Výstupné signály niektorých digitálnych snímačov môžu vyžadovať logickú konverziu, ako je inverzia signálu alebo kombinovanie viacerých signálov. Ovládače snímačov môžu vykonávať tieto operácie logického prevodu;
Napájanie snímača:Niektoré digitálne snímače môžu vyžadovať externé napájanie, aby správne fungovali. Ovládače snímača môžu poskytnúť príslušné napájacie napätie pre snímač;
Kompatibilita rozhrania:Ovládače snímačov ponúkajú rôzne možnosti rozhrania na pripojenie snímačov k rôznym systémom alebo zariadeniam, ako sú analógové signály, digitálne signály, sériová komunikácia atď.
Nevýhody jednoportových binárnych digitálnych ovládačov snímača{0}:
1. Prenos údajov je jednosmerný iba na čítanie-. Čo ak sú potrebné kontrolné operácie?
2. Dáta majú iba dva stavy: 0/1. Ako je možné preniesť viac informácií?
Systém IO zariadenia
IO-Snímače Link nevykazujú žiadnu odchýlku merania
Tradičné analógové signály (teplota, tlak atď.) vyžadujú počas prenosu konverziu medzi analógovým a digitálnym formátom. Tento proces prevodu prináša nezrovnalosti v údajoch, ktoré ovplyvňujú presnosť konečných výsledkov.
Pri pripojení cez IO-Link sa namerané hodnoty prenášajú digitálne zo snímača priamo do riadiacej jednotky, čím je zaistené, že prenášané hodnoty údajov vždy presne zodpovedajú nameraným hodnotám.
Pripojenie IO-Link tiež eliminuje náchylnosť na okolité elektromagnetické rušenie, ktoré je vlastné tradičnému prenosu analógového signálu.Zloženie siete odkazov IO-
I0-Link je možné použiť s rôznymi koncovými zariadeniami:
Senzory:Teplotné, tlakové, fotoelektrické, prietokové... Senzory I0-Link poskytujú digitalizované dáta senzorov a podporujú vzdialenú konfiguráciu a monitorovanie.
Akčné členy:Elektromagnetické ventily, pohony motorov, servopohony... Tieto pohony umožňujú diaľkové ovládanie, monitorovanie a diagnostiku cez I0-Link.
Analógové-na{1}}digitálne prevodníky (ADC/DAC):Pripojením digitálnych-k{1}}analógových prevodníkov možno zo siete IO-Link prenášať analógové signály.
Identifikačné zariadenia:Napríklad čítačky/zapisovačky RFID, snímače čiarových kódov atď., ktoré umožňujú funkcie identifikácie a sledovania objektov.
IO-Link Interconnect Bus (Unified Wiring Standard)
Pripojenia IO-Link využívajú tieto tri rôzne typy konektorov:
1. Signálny kábel:Pripája master k rozbočovaču alebo IO{0}}prepojovaciemu koncovému zariadeniu. Signály fyzickej vrstvy IO-Link sa prenášajú cez signálny kábel (štandardný trojžilový kábel).
2. Dátový kábel:Pripája hlavné zariadenie k{0}}riadiacim zariadeniam vyššej úrovne, ako je napríklad ethernetové zariadenie.
3. Napájací kábel:Dodáva hlavný prúd vysoký prúd
Štandard IO-Link Unified Wiring:
• IO-Link Master vyžaduje na pripojenie všetkých zariadení IO-Link iba štandardný 3{2}}žilový kábel
• Signály digitálnych prepínačov aj analógové signály môžu komunikovať údaje s ovládačom vyššej{0}}úrovne prostredníctvom tohto 3-žilového kábla
• Predpoveď: V budúcnosti budú všetky analógové signály, RS232 a RS485 nahradené IO-Link
Špecifikácia snímača pripojenia IO-
IO-Snímač prepojenia=IO-Snímač prepojenia (s rozhraním IO-Linkovým rozhraním a logom) + súbor s popisom zariadenia IODD + vyhlásenie výrobcu
Pozícia IO-odkazu v priemyselnom internetePosledný 1 meter do siete
IO-Link Communication
Komunikačné rozhrania a dátové typy
Aký je rozdiel medzi typom A a typom B?
IO-Zariadenia typu master a slave komunikujú prostredníctvom fyzického vedenia. Hlavné a podriadené zariadenia sú fyzicky prepojené pomocou káblov vrátane elektrických vedení, dátových vedení a signálnych vedení. Tradičné signály IO senzorov/akčných členov sú periodicky zhromažďované hlavným zariadením v štandardnom režime 10 (SI0). Ako je znázornené na obrázku vyššie, kolíky 1-4 sú fyzické kolíky zapojenia medzi zariadeniami 10-Link.
Funkcie každého kolíka sú nasledovné:
Údaje sa prenášajú cez kolík Pin4 pomocou 24V pulzného-modulovaného sériového protokolu UART. Prenášané dátové typy zahŕňajú procesné dáta, parametre, diagnostiku a ďalšie servisné dáta.
V skutočnosti sú tieto typy údajov podobné tým, ktoré sa prenášajú v CANopen. Tu procesné dáta a servisné dáta zodpovedajú PDO a SDO v CANopen.
Rýchlosť komunikácie medzi zariadeniami IO{{0}Link závisí od pripojených zariadení IO{1}}Link a funguje v troch režimoch:
- 4.8 kBaud (COM1)
- 38.4 kBaud (COM2)
- 230.4 kBaud (COM3)
Typy údajov pre IO-Link sú uvedené v tabuľke nižšie:
Procesné údaje: Najbežnejší typ údajov, ktorý sa používa na prenos skutočných fyzikálnych veličín nameraných senzormi, ako je teplota, tlak, prietok a iné merania. Procesné dáta sa zvyčajne používajú v aplikáciách monitorovania a riadenia;
Servisné údaje:
Konfiguračné dátové pakety:Používa sa na nastavenie a konfiguráciu parametrov pre 10-Link zariadenia, ako je vzorkovacia frekvencia, prevádzkový režim, prahové hodnoty atď. Zariadenia môžu posielať konfiguračné pakety, aby upravili svoje správanie a funkčnosť.
Diagnostické dátové pakety:Používa sa na prenos diagnostických informácií o zariadeniach, vrátane chybových kódov, varovných správ, poruchových stavov atď. Tieto pakety pomáhajú systémom pri diagnostike porúch a údržbe.
Identifikačné balíky:Odosielajte jedinečné identifikátory zariadení, výrobné informácie atď. (aby sa zabránilo obehu falšovaného tovaru). Tieto údaje pomáhajú pri identifikácii systému a správe rôznych zariadení.
Stavové pakety:Prenáša prevádzkový stav zariadenia, dobu chodu (pre zaznamenávanie času technickej podpory), informácie o alarme, zmeny stavu a súvisiace podrobnosti.
Balíky funkcií zariadenia:Prenášajte funkčné a charakteristické informácie o zariadení, ako sú podporované prevádzkové režimy, formáty údajov atď.
Štandardné I/O:Vysiela signály spúšťané udalosťou-, ako sú udalosti spustené, keď zariadenie dosiahne určitý stav alebo stav.
Vyššie uvedený diagram znázorňuje proces prenosu údajov medzi IO-Link master a IO-Link slave zariadeniami. Ukazuje výhody IO-prepojenia oproti tradičným senzorom pri prenose údajov. Vznik technológie IO-Link umožňuje senzorom nielen zhromažďovať údaje a odovzdávať ich do-systémov vyššej úrovne, ale tiež umožňuje systémom vyššej{7}}úrovne odosielať údaje do senzorov alebo akčných členov. Okrem toho je proces prenosu údajov extrémne rýchly, zvyčajne trvá len 2-3 milisekúnd.
IO-Link Device Development and Testing
IO-Link Device Development
Definícia aplikácie:
1. Funkčnosť ovládača alebo snímača
2. Definujte cyklické dáta (procesné dáta)
3. IO-Prepojenie funkcií zariadenia (parametre, udalosti, systémové príkazy, ukladanie údajov)
Výber MCU:
- COM2: Odporúčaný 8-bitový procesor
- COM3: Odporúča sa 16-bit, napr. Cortex-M0 alebo vyšší
Typické výkonové parametre:
- 6-15 MHz
- Flash: ±16 kB
- RAM: ±0,5 kB
- Aktuálna spotreba:<10 mA
Výber čipu PHY:.
Dva typické PHY čipy.
Základné funkcie.
Automatické zisťovanie{0}}žiadosti o prebudenie (WURQ).
RX, TX CIQ.
Povoliť TX.
Všetky komunikačné rýchlosti, Hi-strana, Nízka-strana, Push-Pull výstup.
Integrované spracovanie snímok.
SPI, I2C
.UART
.Ďalšie funkcie
.LDO, DC/DC menič
.Snímač teploty
.Ochrana proti prepólovaniu
.RC oscilátor / PLL ako náhrada kryštálu
.Prepínanie režimov: NPN, PNP, Push-Vytiahnuť...
.Hot swap, Ochrana linky...
PS: Čo je to PHY čip?
PHY čip, skratka pre Physical Layer chip, označuje integrovaný obvod používaný v počítačových sieťach na riadenie komunikácie na fyzickej vrstve. Fyzická vrstva je vrstva v rámci architektúry počítačovej siete zodpovedná za riadenie fyzického prenosu dát a konverziu elektrického signálu. Transformuje logické dáta do formátu signálu vhodného na prenos cez sieť. Čipy PHY sa zvyčajne používajú na pripojenie počítačov, serverov, smerovačov, prepínačov a iných sieťových zariadení, čo umožňuje fyzický prenos údajov medzi linkami.
Čipy PHY sa používajú v rôznych sieťových protokoloch, pričom bežné príklady zahŕňajú:
• Ethernetové PHY čipy:Používa sa na ethernetovú komunikáciu, konvertuje dátové rámce na vhodné elektrické signály na prenos cez Ethernet.
• USB PHY čipy:Používa sa v rozhraniach USB (Universal Serial Bus), ktoré zabezpečujú prenos dát a konverziu elektrického signálu pre zariadenia USB.
• PCIe PHY čipy:Používa sa pre rozhrania PCI Express, ktoré spracovávajú-vysokorýchlostný prenos údajov medzi zariadeniami PCIe.
• Bezdrôtová komunikácia PHY čipy:V bezdrôtových komunikáciách, ako sú WiFi, Bluetooth a mobilné siete, PHY čipy konvertujú dáta na bezdrôtové signály a naopak.
• Komunikačné PHY čipy z optických vlákien:Používa sa na komunikáciu z optických vlákien, konverziu údajov na optické signály na prenos cez vlákno.
Testovanie konzistencie:
Prečo vykonávať testovanie zhody?
Testovanie zhody overuje, či sú zariadenia, systémy alebo aplikácie správne implementované a fungujú podľa štandardu IO{0}}Link.
Testovanie zhody sa musí vykonať pred zverejnením MD.
Pracovná skupina IO-Link Quality Working Group je zodpovedná za návrh a udržiavanie dokumentácie.
Dokument obsahuje podrobné technické špecifikácie pre testovanie hlavného zariadenia a zariadenia.
Zahŕňa špecifikácie informácií o testovacom zariadení.
Prístup k dokumentu: IO-Odkaz na oficiálnu webovú stránku
Testovacie položky
• Test fyzickej vrstvy: Vyžaduje elektronické vybavenie a zvyčajne sa vykonáva manuálne
• Test protokolu: Musí sa vykonať pomocou systému testovania protokolu schváleného technickým výborom IO{0}}Link
• Test EMC: Testovanie EMC je špecifikované v špecifikácii rozhrania IO-Link a vyžaduje špeciálne testovacie zariadenie elektromagnetickej kompatibility
Proces testovania konzistencie
Konfigurácia pripojenia IO-na rôznych autobusoch
Vzťah medzi IO-linkovými a zbernicovými systémami
Ako je znázornené na obrázku vyššie, 10-Link nemá vplyv na systémovú zbernicu. Naopak, 10-Link premosťuje „poslednú míľu“ medzi ovládačmi a senzormi/aktormi. Nekonkuruje zbernici, ale skôr zlepšuje systémovú integráciu a štandardizáciu.
. 10-Link sa nespolieha na existujúce technológie zberníc a dá sa do nich integrovať.
Používa štandardné konektory M12 a M8 s 3-kolíkovým a 5-kolíkovým káblom.
Jednotné rozhranie schopné prenášať D1, DO, analógové signály atď.
IO{0}}Súhrn konfigurácie prepojenia.
IO-Link je kompatibilný s bežnými zbernicovými protokolmi.
Komponenty systému IO-Link sú jednoduché, ľahko sa montujú a majú nízke požiadavky na komunikačný kábel.
Konfigurácia je podobná pre rôzne zbernice; komunikácia sa dosiahne na základe požadovanej veľkosti vstupných/výstupných procesných dát podriadeného zariadenia.
IO-Diagnostika komunikácie s odkazom sa jednoducho implementuje!.
IO{0}}Linková komunikácia jednoducho získava rôzne údaje o zariadeniach, čím uľahčuje údržbu a monitorovanie
Zásobník softvérových protokolov IO-Link Device
AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack je navrhnutý na základe rady AsiaInfo Electronics AXM-IOLS IO{2}}Link Device Evaluation Board s mikrokontrolérom STMicroelectronics STM32F469AI a je vyvinutý v rámci vývojového prostredia STM32Cube IDE. Tento balík softvérového balíka obsahuje skúšobnú knižnicu pre AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack, IO{8}}ovládače senzorov Link a demonštračné aplikácie. Softvérová architektúra AsiaInfo IO{10}}Link Device Software Protocol Stack je postavená na STMicroelectronics STEVAL{11}}BFA001V2 súprave na vývoj softvéru, ktorá integruje samostatne vyvinutú IO{14}}linkovú knižnicu protokolov softvéru zariadenia AsiaInfo. Zákazníci, ktorí používajú AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board, môžu vykonať úplné{18}}testovanie a hodnotenie skúšobnej knižnice AXM IO{19}Softvérového protokolu zásobníka softvéru Link Device počas 72-hodinového skúšobného obdobia po aktivácii, s výnimkou funkcie aktualizácie firmvéru.
Vlastnosti
• V súlade s IO{0}}rozhraním odkazu a špecifikáciou systému V1.1.3
• Spätne kompatibilné s hlavnými zariadeniami IO{0}}Link V1.0
• Zdrojový kód je v súlade s normou ANSI{0}}C 99
• Podporuje aktualizácie firmvéru prostredníctvom rozhrania IO{0}}Link
• Prevádzkové režimy: IO{0}}Režim prepojenia a štandardný režim I/O
• Podporuje ISDU komunikáciu a ukladanie dát
• Dosahuje konzistentnú výmenu procesných dát (PDE) prostredníctvom striedajúcich sa vyrovnávacích pamätí
• Podporuje všetky typy telegramov a prenosové rýchlosti: 4,8 kbps (COM1), 38,4 kbps (COM2) a 230,4 kbps (COM3)
• Minimálne rozmery: RAM < 1 KB, Flash < 10 KB
• Vyvinuté na základe AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board s ST L6362A IO-Link transc
Aplikácie produktov
IO-Link Sensors
Senzory teploty/vlhkosti/tlaku/fotoelektrických/vidiacich/toF gest, atď.
Aktuátory prepojenia IO-
Ovládače ventilov/ovládanie motora/inteligentné LED majáky atď.
IO-rozbočovače odkazov
IO-Link Valve Islands
