Wat is IO-Link
IO-Link is een digitaal communicatieprotocol voor industriële automatisering, oorspronkelijk voorgesteld door Siemens en nu een internationale standaard. Het heeft tot doel connectiviteit en communicatie tussen industriële apparatuur en besturingssystemen mogelijk te maken. Het vergemakkelijkt bidirectionele communicatie tussen sensoren, actuatoren en andere industriële apparaten met controllers (zoals PLC's), waardoor real-transmissie van gegevens en besturingssignalen mogelijk wordt.
IO-Link is een serieel communicatieprotocol (vergelijkbaar met de I2C-bus) dat dient als communicatiestandaard tussen industriële automatiseringscontrollers en industriële actuatoren of sensoren. Het vertegenwoordigt de "laatste paar meter" technologiestandaard voor het overbruggen van communicatienetwerken naar het veld.
Waarom is IO-Link nodig?
IO-Linktechnologie is essentieel vanwege de volgende technische voordelen:
Real-datatransmissie en -controle:In de industriële automatisering is realtime gegevensoverdracht van cruciaal belang voor nauwkeurige controle en bewaking van apparatuur. IO-Link biedt een snel-snel, betrouwbaar digitaal communicatiekanaal, waardoor sensoren en actuatoren snel gegevens kunnen verzenden naar besturingssystemen voor realtime- controle en monitoring.
IO-Link maakt bidirectionele communicatie mogelijk:Het ontvangt niet alleen opdrachten en configuratiegegevens van het besturingssysteem, maar verzendt ook parameters en statusinformatie terug naar het besturingssysteem. Dankzij deze intelligentie kunnen apparaten zich aanpassen aan wisselende productie-eisen en bedrijfsomstandigheden, waardoor de flexibiliteit van de productielijn wordt vergroot;
Vereenvoudigde installatie en onderhoud:IO-Link-apparaten kunnen worden geparametriseerd en geconfigureerd via digitale communicatie, waardoor handmatige installatiefouten worden verminderd en installatie- en onderhoudsprocessen worden gestroomlijnd. Bovendien verzendt IO-Link diagnostische informatie, waardoor technici problemen snel kunnen identificeren en oplossen om de downtime tot een minimum te beperken.
Foutdiagnose en voorspellend onderhoud:Diagnostische gegevens verzonden via IO-Link helpt bedrijven bij het diagnosticeren van fouten, waardoor tijdige probleemdetectie en -oplossing mogelijk wordt gemaakt om productieonderbrekingen en -verliezen te verminderen. Bovendien wordt door het monitoren van de apparaatstatus en prestatiegegevens voorspellend onderhoud haalbaar, waardoor proactieve preventie van apparatuurstoringen mogelijk wordt en de productie-efficiëntie verder wordt verhoogd. Standaardisatie en interoperabiliteit: IO-Link is een internationaal gestandaardiseerd communicatieprotocol. Apparaten van verschillende fabrikanten voldoen aan dezelfde communicatiestandaarden, waardoor interoperabiliteit tussen diverse apparatuur wordt gegarandeerd. Hierdoor kunnen bedrijven flexibel apparaten van verschillende leveranciers selecteren en integreren, zonder compatibiliteitsproblemen.
De ontwikkeling van IO-Link
Het aantal I0-Link-nodes is de afgelopen jaren exponentieel gegroeid en bereikte in 2017 al 6 miljoen knooppunten.
Sensormodus
Traditionele data-acquisitiesensoren vallen in twee categorieën:
1. Analoge sensoren:Analoge sensorwaarden worden via A/D-conversie omgezet in digitale waarden. De microprocessor (uP) leest deze digitale waarden, die vervolgens via D/A-conversie weer worden omgezet in analoge signalen voor verzending naar de PLC. De PLC zet deze analoge signalen opnieuw om in digitale signalen met behulp van de A/D-omzetter. De microprocessor van de PLC leest de digitale waarden om sensorinformatie te verkrijgen.
2. Binaire digitale sensoren:Verzend binaire digitale niveausignalen tussen de sensor en PLC via digitale uitgangspoorten (DO) en digitale ingangspoorten (DI).
Stuurprogramma voor binaire digitale sensor met één-poort
Ten eerste: wat is een sensordriver? Wat doet het?
Een sensordriver is een software- of hardwarecomponent die sensorapparaten bestuurt en bedient, waardoor ze goed kunnen functioneren en met andere systemen kunnen communiceren. De rol van een sensordriver is het omzetten van de fysieke grootheden die door sensoren worden gegenereerd in digitale signalen.
verzend deze signalen vervolgens naar toepassingen of systemen op een hoger-niveau voor verwerking, analyse en besluitvorming-.
Ik heb begrepen dat de sensordriver fungeert als tussenlaag tussen de sensoren op het laagste-niveau en de toepassingen op het hoogste-niveau. Zonder deze tussenpersoon zouden de digitale of analoge signalen die door sensoren worden verzameld, zich eenvoudigweg doelloos door de circuits voortplanten. Als de sensordriver is geïnstalleerd, krijgen de gegevens die door de onderliggende sensoren worden verzameld een naam, een richting en verschillende attributen. Hierdoor kunnen toepassingen op het hoogste-niveau de oorsprong van de gegevens herkennen, begrijpen welke fysieke grootheden deze vertegenwoordigen en overeenkomstige actiecommando's geven.
Functies van binaire digitale sensoren en stuurprogramma's:
Signaalaanpassing:Binaire digitale sensoren kunnen specifieke digitale signalen genereren die verschillende toestanden of gebeurtenissen vertegenwoordigen, zoals de status van een schakelaar of het indrukken van knoppen. Sensordrivers passen deze signalen om in elektrische signalen die leesbaar en interpreteerbaar zijn door andere systemen, zoals spanningssignalen.
Signaalversterking of verzwakking:Soms vereisen sensoruitgangssignalen versterking of verzwakking om aan de daaropvolgende circuitvereisten te voldoen. Sensordrivers kunnen signalen versterken of verzwakken om een nauwkeurige signaaloverdracht te garanderen;
Elektrische isolatie:Om ruis of interferentie tussen sensoren en andere circuits te isoleren, zorgen sensordrivers voor elektrische isolatie, waardoor de nauwkeurigheid en stabiliteit van sensorsignalen wordt gegarandeerd;
Signaalfiltering:Sensoren kunnen worden beïnvloed door omgevingsgeluid. Sensordrivers kunnen filterfuncties bieden om deze ruis te elimineren en betrouwbaardere signalen te leveren;
Logische conversie:De uitgangssignalen van sommige digitale sensoren vereisen mogelijk logische conversie, zoals signaalinversie of het combineren van meerdere signalen. Sensorstuurprogramma's kunnen deze logische conversiebewerkingen uitvoeren;
Sensorvoeding:Bepaalde digitale sensoren hebben mogelijk externe voeding nodig om goed te kunnen functioneren. Sensordrivers kunnen de juiste voedingsspanning voor de sensor leveren;
Interface-compatibiliteit:Sensordrivers bieden verschillende interface-opties om sensoren aan te sluiten op verschillende systemen of apparaten, zoals analoge signalen, digitale signalen, seriële communicatie, enz.
Nadelen van stuurprogramma's voor binaire digitale sensoren met één- poort:
1. Gegevensoverdracht is unidirectioneel, alleen-lezen-. Wat als er controleoperaties nodig zijn?
2. Gegevens hebben slechts twee statussen: 0/1. Hoe kan meer informatie worden overgedragen?
IO-apparaatsysteem
IO-Linksensoren vertonen geen meetafwijking
Traditionele analoge signalen (temperatuur, druk, enz.) vereisen tijdens de verzending conversie tussen analoge en digitale formaten. Dit conversieproces introduceert gegevensverschillen die de nauwkeurigheid van de eindresultaten beïnvloeden.
Bij aansluiting via IO-Link worden de gemeten waarden digitaal van de sensor rechtstreeks naar de controller verzonden, waardoor de verzonden datawaarden altijd exact overeenkomen met de gemeten waarden.
IO-Link-connectiviteit elimineert ook de gevoeligheid voor omringende elektromagnetische interferentie die inherent is aan traditionele analoge signaaloverdracht.Samenstelling van het IO-Linknetwerk
I0-Link kan met verschillende eindapparaten worden gebruikt:
Sensoren:Temperatuur, druk, foto-elektrisch, flow... I0-Link-sensoren leveren gedigitaliseerde sensorgegevens en ondersteunen configuratie en monitoring op afstand.
Aandrijvingen:Magneetkleppen, motoraansturingen, servoaandrijvingen... Deze actuatoren maken bediening, bewaking en diagnose op afstand via I0-Link mogelijk.
Analoog-naar-digitaal converters (ADC/DAC):Door digitale{0}}naar-analoge converters aan te sluiten, kunnen analoge signalen worden uitgevoerd via het IO-Link-netwerk.
Identificatieapparaten:Zoals RFID-lezers/-schrijvers, barcodescanners, enz., om objectidentificatie en trackingfuncties mogelijk te maken.
IO-Link Interconnectiebus (Unified Wiring Standard)
IO-Linkverbindingen maken gebruik van de volgende drie verschillende connectortypen:
1. Signaalkabel:Verbindt de master met de hub of het IO-Link-eindapparaat. De fysieke laagsignalen van IO-Link worden verzonden via de signaalkabel (standaard drie--aderige kabel).
2. Datakabel:Verbindt de master met besturingsapparaten op een hoger-niveau, zoals Ethernet-apparatuur.
3. Voedingskabel:Levert hoge stroom aan de master
IO-Link Unified Wiring-standaard:
• De IO-Link Master heeft slechts een standaard 3-aderige kabel nodig om alle IO-Link-apparaten aan te sluiten
• Zowel digitale schakelsignalen als analoge signalen kunnen via deze 3-aderige kabel gegevens communiceren met de controller op het hoogste-niveau
• Voorspelling: in de toekomst zullen alle analoge signalen, RS232 en RS485, worden vervangen door IO-Link
IO-Linksensorspecificatie
IO-Link Sensor=IO-Link sensor (met IO-Link interface en logo) + IODD apparaatbeschrijvingsbestand + fabrikantverklaring
De positie van IO-Link in industrieel internetDe laatste 1 meter naar het netwerk
IO-Linkcommunicatie
Communicatie-interfaces en gegevenstypen
Wat is het verschil tussen type A en type B?
IO-Linkmaster- en slave-apparaten communiceren via fysieke bedrading. Master- en slave-apparaten zijn fysiek met elkaar verbonden via kabels, waaronder stroomkabels, datalijnen en signaallijnen. Traditionele IO-sensor/actuatorsignalen worden periodiek verzameld door het masterapparaat in de standaard 10 (SI0)-modus. Zoals weergegeven in de bovenstaande afbeelding, zijn pinnen 1-4 de fysieke bedradingspinnen tussen 10-Link-apparaten.
De functies van elke pin zijn als volgt:
Gegevens worden verzonden via de Pin4-pin met behulp van een 24V-puls-gemoduleerd serieel UART-protocol. De verzonden gegevenstypen omvatten procesgegevens, parameters, diagnostiek en andere servicegegevens.
In feite zijn deze gegevenstypen vergelijkbaar met de gegevens die in CANopen worden verzonden. Hierbij komen procesdata en servicedata overeen met PDO en SDO in CANopen.
De communicatiesnelheid tussen IO-Link-apparaten is afhankelijk van de aangesloten IO-Link-apparaten en werkt in drie modi:
- 4.8 kBaud (COM1)
- 38.4 kBaud (COM2)
- 230.4 kBaud (COM3)
De gegevenstypen voor IO-Link worden weergegeven in de onderstaande tabel:
Procesgegevens: het meest voorkomende gegevenstype, gebruikt om feitelijke fysieke grootheden te verzenden die door sensoren zijn gemeten, zoals temperatuur, druk, debiet en andere metingen. Procesgegevens worden doorgaans gebruikt in monitoring- en controletoepassingen;
Servicegegevens:
Configuratiegegevenspakketten:Wordt gebruikt voor het instellen en configureren van parameters voor 10-Link-apparaten, zoals bemonsteringsfrequentie, bedrijfsmodus, drempels, enz. Apparaten kunnen configuratiepakketten verzenden om hun gedrag en functionaliteit te wijzigen.
Diagnostische gegevenspakketten:Wordt gebruikt om diagnostische informatie over apparaten te verzenden, waaronder foutcodes, waarschuwingsberichten, foutstatussen, enz. Deze pakketten helpen systemen bij foutdiagnose en onderhoud.
Identificatiepakketten:Verzend unieke apparaat-ID's, productie-informatie, enz. (om de circulatie van nagemaakte goederen te voorkomen). Deze gegevens helpen bij de systeemidentificatie en het beheer van verschillende apparaten.
Statuspakketten:Geef de operationele status van het apparaat, de looptijd (voor tijdregistratie van technische ondersteuning), alarminformatie, statuswijzigingen en gerelateerde details door.
Pakketten met apparaatmogelijkheden:Verzend functionele en karakteristieke informatie over het apparaat, zoals ondersteunde bedrijfsmodi, dataformaten, enz.
Standaard I/O:Verzendt door gebeurtenissen-geactiveerde signalen, zoals gebeurtenissen die worden geactiveerd wanneer een apparaat een bepaalde status of conditie bereikt.
Het bovenstaande diagram illustreert het gegevensoverdrachtproces tussen een IO-Link-master en IO-Link-slave-apparaten. Het demonstreert de voordelen van IO-Link ten opzichte van traditionele sensoren bij gegevensoverdracht. Door de opkomst van IO-Link-technologie kunnen sensoren niet alleen gegevens verzamelen en deze uploaden naar systemen op een hoger-niveau, maar kunnen systemen op een hoger-niveau ook gegevens naar sensoren of actuatoren sturen. Bovendien is het gegevensoverdrachtproces extreem snel en duurt het doorgaans slechts 2-3 milliseconden.
IO-Koppel de ontwikkeling en het testen van apparaten
IO-Apparaatontwikkeling koppelen
Toepassingsdefinitie:
1. Actuator- of sensorfunctionaliteit
2. Cyclische gegevens definiëren (procesgegevens)
3. IO-Apparaatfuncties koppelen (parameters, gebeurtenissen, systeemopdrachten, gegevensopslag)
MCU-selectie:
- COM2: Aanbevolen 8-bits processor
- COM3: Aanbevolen 16-bit, bijvoorbeeld Cortex-M0 of hoger
Typische prestatieparameters:
- 6-15 MHz
- Flits: ±16 kByte
- RAM: ±0,5 kByte
- Huidig verbruik:<10 mA
PHY-chipselectie:.
Twee typische PHY-chips.
Basisfuncties.
Automatische wake-Up Request (WURQ)-detectie.
RX, TX CIQ.
TX inschakelen.
Alle communicatiesnelheden, hoge-zijde, lage-zijde, push-pull-uitvoer.
Geïntegreerde frameverwerking.
SPI, I2C
.UART
.Extra functies
.LDO, DC/DC-omzetter
.Temperatuursensor
.Beveiliging tegen omgekeerde polariteit
.RC-oscillator / PLL als kristalvervanger
.Schakelen tussen modi: NPN, PNP, Push-Pull...
.Hot swap, lijnbescherming...
PS: Wat is een PHY-chip?
Een PHY-chip, een afkorting voor Physical Layer-chip, verwijst naar een geïntegreerd circuit dat in computernetwerken wordt gebruikt om fysieke laagcommunicatie af te handelen. De fysieke laag is een laag binnen de computernetwerkarchitectuur die verantwoordelijk is voor het beheer van de fysieke transmissie van gegevens en de conversie van elektrische signalen. Het zet logische gegevens om in een signaalformaat dat geschikt is voor verzending via het netwerk. PHY-chips worden doorgaans gebruikt om computers, servers, routers, switches en andere netwerkapparaten met elkaar te verbinden, waardoor de fysieke overdracht van gegevens tussen links mogelijk wordt.
PHY-chips worden toegepast in verschillende netwerkprotocollen, met veelvoorkomende voorbeelden, waaronder:
• Ethernet PHY-chips:Wordt gebruikt voor Ethernet-communicatie, waarbij dataframes worden omgezet in geschikte elektrische signalen voor verzending via Ethernet.
• USB PHY-chips:Gebruikt in USB-interfaces (Universal Serial Bus), waarbij gegevensoverdracht en elektrische signaalconversie voor USB-apparaten wordt afgehandeld.
• PCIe PHY-chips:Wordt gebruikt voor PCI Express-interfaces en verwerkt hoge-gegevensoverdracht tussen PCIe-apparaten.
• Draadloze communicatie PHY-chips:In draadloze communicatie zoals WiFi, Bluetooth en mobiele netwerken zetten PHY-chips gegevens om in draadloze signalen en omgekeerd.
• Glasvezelcommunicatie PHY-chips:Gebruikt voor glasvezelcommunicatie, waarbij gegevens worden omgezet in optische signalen voor verzending via glasvezel.
Consistentie testen:
Waarom conformiteitstesten uitvoeren?
Conformiteitstests verifiëren of apparaten, systemen of applicaties correct zijn geïmplementeerd en werken volgens de IO-Link-standaard.
Conformiteitstesten moeten worden uitgevoerd voordat een MD wordt gepubliceerd.
De IO-Link Quality Working Group is verantwoordelijk voor het opstellen en onderhouden van de documentatie.
Het document beschrijft de technische specificaties voor master- en apparaattests.
Het bevat specificaties voor informatie over testapparatuur.
Documenttoegang: IO-Link officiële website
Testartikelen
• Fysieke laagtest: vereist elektronische apparatuur en wordt doorgaans handmatig uitgevoerd
• Protocoltest: moet worden uitgevoerd met behulp van een protocoltestsysteem dat is goedgekeurd door de technische commissie van IO-Link
• EMC-test: EMC-testen zijn gespecificeerd in de IO-Link-interfacespecificatie en vereisen speciale testapparatuur voor elektromagnetische compatibiliteit
Consistentietestproces
IO-Linkconfiguratie op verschillende bussen
De relatie tussen IO-Link- en bussystemen
Zoals weergegeven in het bovenstaande diagram heeft 10-Link geen invloed op de systeembus. Integendeel, 10-Link overbrugt de ‘last mile’ tussen controllers en sensoren/actuatoren. Het concurreert niet met de bus, maar bevordert juist de systeemintegratie en standaardisatie.
. 10-Link is niet afhankelijk van bestaande bustechnologieën en kan daarin worden geïntegreerd.
Maakt gebruik van standaard M12- en M8-connectoren met 3-pins en 5-pins kabels.
Uniforme interface die D1-, DO-, analoge signalen, enz. kan verzenden.
IO-Overzicht van de koppelingsconfiguratie.
IO-Link is compatibel met reguliere busprotocollen.
IO-De componenten van het Link-systeem zijn eenvoudig, gemakkelijk te monteren en vereisen weinig communicatiekabels.
De configuratie is vergelijkbaar voor verschillende bussen; communicatie wordt bereikt op basis van de vereiste invoer-/uitvoerprocesgegevensgrootte van de slaaf.
IO-Linkcommunicatiediagnostiek is eenvoudig te implementeren!.
IO-Linkcommunicatie verkrijgt eenvoudig verschillende apparaatgegevens, waardoor onderhoud en monitoring worden vergemakkelijkt
IO-Link Device Software Protocol Stack
De AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack is ontworpen op basis van het AsiaInfo Electronics AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board, met de STMicroelectronics STM32F469AI-microcontroller en ontwikkeld binnen de STM32Cube IDE-ontwikkelomgeving. Deze softwarestacksuite bevat de proefbibliotheek voor de AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack, IO-Link-sensorstuurprogramma's en demonstratietoepassingen. De softwarearchitectuur van de AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack is gebouwd op de STEVAL-BFA001V2 softwareontwikkelingskit van STMicroelectronics, waarin AsiaInfo's onafhankelijk ontwikkelde IO-Link device softwareprotocolstackbibliotheek is geïntegreerd. Klanten die het AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board gebruiken, kunnen binnen de proefperiode van 72 uur na activering volledige-gekenmerkte tests en evaluaties uitvoeren van de AXM IO-Link Device Software Protocol Stack Trial Library, met uitzondering van de functionaliteit voor firmware-upgrades.
Functies
• Voldoet aan IO-Link-interface en systeemspecificatie V1.1.3
• Achterwaarts compatibel met IO-Link V1.0-masters
• De broncode voldoet aan de ANSI-C 99-standaard
• Ondersteunt firmware-updates via IO-Link-interface
• Bedrijfsmodi: IO-Link-modus en standaard I/O-modus
• Ondersteunt ISDU-communicatie en gegevensopslag
• Realiseert consistente procesdata-uitwisseling (PDE) via afwisselende buffers
• Ondersteunt alle telegramtypen en baudrates: 4,8 Kbps (COM1), 38,4 Kbps (COM2) en 230,4 Kbps (COM3)
• Minimale footprint: RAM < 1 KB, Flash < 10 KB
• Ontwikkeld op basis van de AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board met de ST L6362A IO-Link transc
Producttoepassingen
IO-Koppel sensoren
Temperatuur/vochtigheid/druk/foto-elektrische/visie/ToF-gebaarsensoren, enz.
IO-Link-actuators
Klepactuators/motorbediening/slimme LED-bakens, enz.
IO-Linkhubs
IO-Link-ventieleilanden
