Mis on IO{0}}Link
IO-Link on tööstusautomaatika digitaalne sideprotokoll, mille algselt pakkus välja Siemens ja mis on nüüdseks rahvusvaheline standard. Selle eesmärk on võimaldada ühenduvust ja sidet tööstusseadmete ja juhtimissüsteemide vahel. See hõlbustab kahesuunalist sidet andurite, täiturmehhanismide ja muude tööstuslike seadmete vahel kontrolleritega (nt PLC-d), võimaldades reaalajas andmete ja juhtsignaalide edastamist.
IO-Link on jadasideprotokoll (sarnane I2C siiniga), mis toimib sidestandardina tööstusautomaatika kontrollerite ja tööstuslike täiturmehhanismide või andurite vahel. See esindab "viimase paari jala" tehnoloogiastandardit sidevõrkude ühendamiseks valdkonnas.
Miks on IO{0}}linki vaja?
IO-Lingi tehnoloogia on oluline järgmiste tehniliste eeliste tõttu.
Reaalajas{0}}andmeedastus ja juhtimine:Tööstusautomaatika puhul on reaalajas andmeedastus{0}}kriitilise tähtsusega seadmete täpseks juhtimiseks ja jälgimiseks. IO-Link pakub kiiret-usaldusväärset digitaalset sidekanalit, mis võimaldab anduritel ja täiturmehhanismidel kiiresti andmeid juhtsüsteemidesse edastada, et neid reaalajas juhtida ja jälgida.
IO-Link võimaldab kahesuunalist suhtlust:See mitte ainult ei saa juhtimissüsteemilt käske ja konfiguratsiooniandmeid, vaid edastab ka parameetrid ja olekuteabe tagasi juhtimissüsteemi. See intelligentsus võimaldab seadmetel kohaneda erinevate tootmisnõuete ja töötingimustega, suurendades tootmisliini paindlikkust;
Lihtsustatud paigaldus ja hooldus:IO-Linkseadmeid saab parameetreid ja konfigureerida digitaalse side kaudu, vähendades käsitsi seadistamise vigu ning lihtsustades paigaldus- ja hooldusprotsesse. Lisaks edastab IO-Link diagnostikateavet, aidates inseneridel probleeme kiiresti tuvastada ja lahendada, et minimeerida seisakuid.
Veadiagnostika ja ennetav hooldus:IO{0}}Link kaudu edastatavad diagnostikaandmed aitavad ettevõtetel tõrkeid diagnoosida, võimaldades probleeme õigeaegselt tuvastada ja lahendada, et vähendada tootmiskatkestusi ja -kadusid. Lisaks muutub seadme olekut ja jõudlusandmeid jälgides prognoositav hooldus teostatavaks, võimaldades ennetavalt ennetada seadmete rikkeid ja tõsta veelgi tootmise efektiivsust. Standardimine ja koostalitlusvõime: IO-Link on rahvusvaheliselt standardiseeritud sideprotokoll. Erinevate tootjate seadmed järgivad samu sidestandardeid, tagades koostalitlusvõime erinevate seadmete vahel. See võimaldab ettevõtetel paindlikult valida ja integreerida erinevate tarnijate seadmeid ilma ühilduvusprobleemideta.
IO-Lingi arendamine
I0-Linki sõlmede arv on viimastel aastatel hüppeliselt kasvanud, jõudes juba 2017. aastal 6 miljoni sõlmeni.
Sensori režiim
Traditsioonilised andmehõiveandurid jagunevad kahte kategooriasse:
1. Analoogandurid:Analooganduri väärtused teisendatakse digitaalseteks väärtusteks A/D teisenduse kaudu. Mikroprotsessor (uP) loeb neid digitaalseid väärtusi, mis seejärel teisendatakse D/A teisenduse kaudu tagasi analoogsignaalideks, et edastada need PLC-sse. PLC teisendab need analoogsignaalid oma A/D-muunduri abil digitaalsignaalideks. PLC mikroprotsessor loeb anduri teabe saamiseks digitaalseid väärtusi.
2. Binaarsed digitaalsed andurid:Edastada binaarseid digitaalse taseme signaale anduri ja PLC vahel digitaalväljundi (DO) ja digitaalsisendi (DI) portide kaudu.
Ühe-pordi binaarne digitaalanduri draiver
Esiteks, mis on anduri draiver? Mida see teeb?
Anduridraiver on tarkvara- või riistvarakomponent, mis juhib ja käitab anduriseadmeid, võimaldades neil korralikult töötada ja teiste süsteemidega suhelda. Anduri draiveri ülesanne on muuta andurite poolt genereeritud füüsilised suurused digitaalseteks signaalideks,
seejärel edastage need signaalid töötlemiseks, analüüsiks ja otsustamiseks-kõrgema taseme rakendustesse või süsteemidesse.
Ma saan aru, et anduridraiver toimib vahekihina madalaima{0}}taseme andurite ja ülemise{1}}taseme rakenduste vahel. Ilma selle vahendajata leviksid andurite kogutud digitaal- või analoogsignaalid lihtsalt sihitult läbi vooluahela. Kui anduridraiver on paigas, saavad aluseks olevate andurite kogutud andmed nime, suuna ja erinevad atribuudid. See võimaldab ülemise-taseme rakendustel tuvastada andmete päritolu, mõista, milliseid füüsilisi suurusi need esindavad, ja väljastada vastavaid tegevuskäske.
Binaarsete digitaalsete andurite ja draiverite funktsioonid:
Signaali kohandamine:Binaarsed digitaalandurid võivad genereerida spetsiifilisi digitaalseid signaale, mis esindavad erinevaid olekuid või sündmusi, nagu lüliti olek või nupuvajutused. Anduridraiverid kohandavad need signaalid elektrilisteks signaalideks, mida teised süsteemid loevad ja tõlgendavad, näiteks pingesignaalideks.
Signaali võimendamine või sumbumine:Mõnikord vajavad anduri väljundsignaalid võimendamist või sumbumist, et vastata järgnevatele vooluahela nõuetele. Anduri draiverid saavad signaale võimendada või summutada, et tagada täpne signaaliedastus;
Elektriisolatsioon:Müra või häirete isoleerimiseks andurite ja muude vooluahelate vahel tagavad andurite draiverid elektrilise isolatsiooni, tagades andurite signaalide täpsuse ja stabiilsuse;
Signaali filtreerimine:Andureid võib mõjutada keskkonnamüra. Anduridraiverid võivad pakkuda filtreerimisfunktsioone selle müra kõrvaldamiseks ja usaldusväärsemate signaalide edastamiseks;
Loogiline teisendus:Mõnede digitaalsete andurite väljundsignaalid võivad vajada loogilist teisendamist, näiteks signaali inverteerimist või mitme signaali kombineerimist. Anduridraiverid saavad neid loogika teisendustoiminguid teostada;
Anduri toiteallikas:Teatud digitaalsed andurid võivad nõuetekohaseks toimimiseks vajada välist toidet. Anduri draiverid suudavad anda andurile sobiva toitepinge;
Liidese ühilduvus:Anduridraiverid pakuvad erinevaid liidesevõimalusi andurite ühendamiseks erinevate süsteemide või seadmetega, näiteks analoogsignaalid, digitaalsignaalid, jadaside jne.
Ühe{0}}pordi binaarse digitaalanduri draiverite puudused:
1. Andmeedastus on ainult ühesuunaline kirjutus-. Mis siis, kui on vaja kontrolltoiminguid?
2. Andmetel on ainult kaks olekut: 0/1. Kuidas saab rohkem teavet edastada?
IO-seadmete süsteem
IO-Lingiandurid ei näita mõõtmishälvet
Traditsioonilised analoogsignaalid (temperatuur, rõhk jne) nõuavad edastamise ajal teisendamist analoog- ja digitaalvormingute vahel. See teisendusprotsess toob kaasa andmete lahknevused, mis mõjutavad lõpptulemuste täpsust.
Ühendamisel IO-Linki kaudu edastatakse mõõdetud väärtused andurilt digitaalselt otse kontrollerile, tagades, et edastatud andmete väärtused vastavad alati täpselt mõõdetud väärtustele.
IO-Lingi ühenduvus välistab ka vastuvõtlikkuse ümbritsevatele elektromagnetilistele häiretele, mis on omane traditsioonilisele analoogsignaali edastamisele.IO{0}}Link Networki koosseis
I0-Linki saab kasutada erinevate lõppseadmetega:
Andurid:Temperatuuri, rõhu, fotoelektrilise, vooluhulga... I0-Link andurid pakuvad digiteeritud andurite andmeid ning toetavad kaugkonfiguratsiooni ja -seiret.
Täiturid:Solenoidventiilid, mootoridraiverid, servoajamid... Need täiturmehhanismid võimaldavad kaugjuhtimist, jälgimist ja diagnostikat I0-Linki kaudu.
Analoog{0}}--digitaalmuundurid (ADC/DAC):Ühendades digitaal-analoogmuunduriga-, saab analoogsignaale väljastada IO-Link võrgust.
Identifitseerimisseadmed:Näiteks RFID-lugejad/kirjutajad, vöötkoodiskannerid jne, et võimaldada objektide tuvastamise ja jälgimise funktsioone.
IO-Link ühendussiin (ühtne juhtmestiku standard)
IO-Linkühendused kasutavad järgmist kolme erinevat tüüpi konnektorit:
1. Signaalikaabel:Ühendab ülemseadme jaoturi või IO-Link terminaliseadmega. IO-Linki füüsilise kihi signaalid edastatakse signaalikaabli kaudu (standardne kolmetuumaline-kaabel).
2. Andmekaabel:Ühendab juhtseadme kõrgema{0}}taseme juhtimisseadmetega, nagu Etherneti seadmetega.
3. Toitekaabel:Toidab kaptenit kõrge vooluga
IO-Link Unified Wiring Standard:
• IO-Link Master vajab kõigi IO-Linki seadmete ühendamiseks ainult tavalist 3-tuumalist kaablit
• Nii digitaalse lüliti signaalid kui ka analoogsignaalid saavad selle 3-soonelise kaabli kaudu andmesidet ülemise{0}}taseme kontrolleriga
• Ennustus: tulevikus asendatakse kõik analoogsignaalid, RS232 ja RS485, IO-Link
IO-Lingianduri spetsifikatsioon
IO-Lingiandur=IO-Lingiandur (IO-Lingi liidese ja logoga) + IODD seadme kirjelduse fail + tootja deklaratsioon
IO{0}}Lingi positsioon tööstuslikus InternetisViimane 1 meeter võrku
IO-Lingi suhtlus
Sideliidesed ja andmetüübid
Mis vahe on tüübil A ja tüübil B?
IO-Link ülem- ja alamseadmed suhtlevad füüsilise juhtmestiku kaudu. Ülem- ja alamseadmed on füüsiliselt ühendatud kaablite, sealhulgas toiteliinide, andmeliinide ja signaaliliinide kaudu. Põhiseade kogub perioodiliselt standardse 10 (SI0) režiimis traditsioonilisi IO anduri/ajami signaale. Nagu ülaltoodud joonisel näidatud, on kontaktid 1–4 füüsilised juhtmestiku kontaktid 10-Link-seadmete vahel.
Iga tihvti funktsioonid on järgmised:
Andmed edastatakse Pin4 viigu kaudu, kasutades 24 V impulss{2}}moduleeritud jada UART protokolli. Edastatud andmetüübid hõlmavad protsessiandmeid, parameetreid, diagnostikat ja muid teenuseandmeid.
Tegelikult on need andmetüübid sarnased CANopenis edastatavatega. Siin vastavad protsessiandmed ja teenindusandmed CANopeni KPN-le ja SDO-le.
Sidekiirus IO-Link seadmete vahel sõltub ühendatud IO-Link seadmetest ja töötab kolmes režiimis:
- 4.8 kBaud (COM1)
- 38.4 kBaud (COM2)
- 230.4 kBaud (COM3)
IO{0}}Lingi andmetüübid on näidatud allolevas tabelis:
Protsessiandmed: kõige levinum andmetüüp, mida kasutatakse andurite abil mõõdetud tegelike füüsikaliste suuruste (nt temperatuur, rõhk, voolukiirus ja muud mõõtmised) edastamiseks. Protsessiandmeid kasutatakse tavaliselt seire- ja juhtimisrakendustes;
Teenusandmed:
Konfiguratsiooni andmepaketid:Kasutatakse 10-Link-seadmete parameetrite (nt diskreetimissagedus, töörežiim, läved jne) määramiseks ja konfigureerimiseks. Seadmed saavad saata konfiguratsioonipakette, et muuta oma käitumist ja funktsionaalsust.
Diagnostilised andmepaketid:Kasutatakse seadmete diagnostilise teabe edastamiseks, sealhulgas veakoodid, hoiatussõnumid, veaolekud jne. Need paketid aitavad süsteeme rikete diagnoosimisel ja hooldamisel.
Identifitseerimispaketid:Edastada unikaalseid seadme identifikaatoreid, tootmisinfot jms (võltskaupade ringluse vältimiseks). Need andmed aitavad süsteemi tuvastada ja erinevaid seadmeid hallata.
Olekupaketid:Edastage seadme tööolek, käitusaeg (tehnilise toe aja logimiseks), häireteave, olekumuudatused ja seotud üksikasjad.
Seadme võimekuse paketid:Edastage seadme funktsionaalne ja iseloomulik teave, näiteks toetatud töörežiimid, andmevormingud jne.
Standardne I/O:Edastab sündmuste{0}}käivitatud signaale, nt sündmused, mis käivituvad siis, kui seade jõuab teatud olekusse või seisundisse.
Ülaltoodud diagramm illustreerib andmeedastusprotsessi IO-Link Masteri ja IO-Link alamseadmete vahel. See demonstreerib IO-Link eeliseid tavapäraste andmeedastusandurite ees. IO-Linki tehnoloogia esilekerkimine võimaldab anduritel mitte ainult koguda andmeid ja üles laadida need kõrgema-tasemega süsteemidesse, vaid võimaldab ka kõrgemal{7}}tasemel süsteemidel saata andmeid anduritele või täiturmehhanismidele. Lisaks on andmeedastusprotsess ülikiire, tavaliselt kulub selleks vaid 2–3 millisekundit.
IO-Linkige seadme arendus ja testimine
IO-Link seadme arendus
Rakenduse määratlus:
1. Täiturmehhanismi või anduri funktsionaalsus
2. Määratlege tsüklilised andmed (töötlusandmed)
3. IO-Seadme funktsioonide linkimine (parameetrid, sündmused, süsteemikäsud, andmesalvestus)
MCU valik:
- COM2: soovitatav 8-bitine protsessor
- COM3: soovitatav 16{5}}bitine, nt Cortex-M0 või kõrgem
Tüüpilised jõudlusparameetrid:
- 6-15 MHz
- Välklamp: ±16 kbaiti
- RAM: ±0,5 kByte
- Praegune tarbimine:<10 mA
PHY kiibi valik:.
Kaks tüüpilist PHY kiipi.
Põhifunktsioonid.
Automaatne{0}}äratustaotluse (WURQ) tuvastamine.
RX, TX CIQ.
TX lubamine.
Kõik sidekiirused, Hi{0}}külg, madal-külg, Push-tõmbeväljund.
Integreeritud raami töötlemine.
SPI, I2C
.UART
.Lisafunktsioonid
.LDO, DC/DC muundur
.Temperatuuriandur
.Pöördpolaarsuse kaitse
.RC ostsillaator / PLL kristalli asendusena
.Režiimide vahetamine: NPN, PNP, Push-Pull...
.Hot swap, liinikaitse...
PS: Mis on PHY kiip?
PHY kiip, lühend sõnadest Physical Layer chip, viitab arvutivõrkudes kasutatavale integraallülitusele füüsilise kihi side haldamiseks. Füüsiline kiht on arvutivõrgu arhitektuuri kiht, mis vastutab andmete füüsilise edastamise ja elektrilise signaali muundamise eest. See teisendab loogilised andmed signaalivormingusse, mis sobib üle võrgu edastamiseks. PHY kiipe kasutatakse tavaliselt arvutite, serverite, ruuterite, kommutaatorite ja muude võrguseadmete ühendamiseks, mis võimaldab linkide vahel füüsilist andmete edastamist.
PHY kiipe rakendatakse erinevates võrguprotokollides, mille näideteks on järgmised:
• Etherneti PHY kiibid:Kasutatakse Etherneti suhtluseks, teisendades andmeraamid sobivateks elektrilisteks signaalideks, et edastada need üle Etherneti.
• USB PHY kiibid:Kasutatakse USB (Universal Serial Bus) liidestes, USB-seadmete andmeedastuse ja elektrilise signaali muundamisega.
• PCIe PHY kiibid:Kasutatakse PCI Expressi liideste jaoks, mis haldavad PCIe-seadmete vahelist kiiret{0}}andmeedastust.
• Traadita side PHY kiibid:Traadita side puhul, nagu WiFi, Bluetooth ja mobiilsidevõrgud, teisendavad PHY kiibid andmed traadita side signaalideks ja vastupidi.
• Fiiberoptilise side PHY kiibid:Kasutatakse fiiberoptiliseks sideks, andmete teisendamiseks optilisteks signaalideks edastamiseks kiu kaudu.
Järjepidevuse testimine:
Miks teha vastavusteste?
Vastavustestimine kontrollib, kas seadmed, süsteemid või rakendused on õigesti juurutatud ja töötavad vastavalt IO-Link standardile.
Enne MD avaldamist tuleb läbi viia vastavustest.
IO-Lingi kvaliteedi töörühm vastutab dokumentatsiooni koostamise ja haldamise eest.
Dokumendis kirjeldatakse põhi- ja seadmetestimise tehnilisi kirjeldusi.
See sisaldab testimisseadmete teabe spetsifikatsioone.
Juurdepääs dokumentidele: IO-Link ametlikule veebisaidile
Testitavad esemed
• Füüsilise kihi test: nõuab elektroonilisi seadmeid ja seda tehakse tavaliselt käsitsi
• Protokolli test: tuleb läbi viia IO-Link tehnilise komitee poolt heaks kiidetud protokolli testimissüsteemiga
• EMC-test: EMC-testimine on määratletud IO-Link-liidese spetsifikatsioonis ja nõuab spetsiaalset elektromagnetilise ühilduvuse testimisseadet
Järjepidevuse testimise protsess
IO-Lingi konfigureerimine erinevatel siinidel
IO-Lingi ja siinisüsteemide vaheline seos
Nagu ülaltoodud diagrammil näidatud, ei mõjuta 10-Link süsteemisiini. Vastupidi, 10-Link ühendab "viimase miili" kontrollerite ja andurite/ajamite vahel. See ei konkureeri siiniga, vaid suurendab süsteemi integreerimist ja standardimist.
. 10-Link ei tugine olemasolevatele siinitehnoloogiatele ja seda saab neisse integreerida.
Kasutab standardseid M12- ja M8-pistikuid 3- ja 5-kontaktiliste kaablitega.
Ühtne liides, mis on võimeline edastama D1, DO, analoogsignaale jne.
IO-Lingi seadistuste kokkuvõte.
IO-Link ühildub peavoolu siiniprotokollidega.
IO-Linksüsteemi komponendid on lihtsad, kergesti kokkupandavad ja nende sidekaablite nõuded on madalad.
Konfiguratsioon on erinevatel siinidel sarnane; side saavutatakse alamseadme nõutava sisend-/väljundprotsessiandmete suuruse alusel.
IO-Lingisuhtluse diagnostikat on lihtne rakendada!.
IO-Lingisuhtlus hangib hõlpsalt erinevaid seadmeandmeid, hõlbustades hooldust ja jälgimist
IO-Link Device Software Protocol Stack
AsiaInfo IO{0}}Link Device Software Protocol Stack põhineb AsiaInfo Electronics AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Boardil, mis sisaldab mikrokontrollerit STMicroelectronics STM32F469AI ja mis on välja töötatud STM32Cube IDE arenduskeskkonnas. See tarkvaravirna komplekt sisaldab AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stacki, IO-lingianduri draiverite ja demonstratsioonirakenduste prooviteeki. AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stacki tarkvaraarhitektuur põhineb STMicroelectronicsi STEVAL-BFA001V2 tarkvaraarenduskomplektil, mis integreerib AsiaInfo iseseisvalt välja töötatud IO-Link seadme tarkvara protokollivirna. Kliendid, kes kasutavad AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board'i, saavad 72-tunnise prooviperioodi jooksul pärast aktiveerimist läbi viia AXM IO-Link Device Software Protocol Stacki prooviteegi täieliku-funktsiooniga testimise ja hindamise.
Omadused
• Ühildub IO-lingi liidese ja süsteemi spetsifikatsiooniga V1.1.3
• Tagasiühilduv IO-Link V1.0 põhiseadmetega
• Lähtekood vastab ANSI-C 99 standardile
• Toetab püsivara värskendusi IO{0}}Link liidese kaudu
• Töörežiimid: IO-lingirežiim ja standardne I/O-režiim
• Toetab ISDU sidet ja andmete salvestamist
• Saavutab järjepideva protsessiandmete vahetamise (PDE) vahelduvate puhvrite kaudu
• Toetab kõiki telegrammitüüpe ja andmeedastuskiirusi: 4,8 Kbps (COM1), 38,4 Kbps (COM2) ja 230,4 Kbps (COM3)
• Minimaalne jalajälg: RAM < 1 KB, Flash < 10 KB
• Välja töötatud AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Boardi alusel, mis sisaldab ST L6362A IO-Link transc
Tooterakendused
IO-Lingi andurid
Temperatuuri/niiskuse/rõhu/fotoelektri/nägemise/ToF žestiandurid jne.
IO-Lingi täiturid
Klapi ajamid / mootori juhtimine / nutikad LED-majakad jne.
IO-Link jaoturid
IO-Link Valve Islands
