Kaj je povezava IO-
IO-Link je digitalni komunikacijski protokol za industrijsko avtomatizacijo, ki ga je prvotno predlagal Siemens in je zdaj mednarodni standard. Njegov namen je omogočiti povezljivost in komunikacijo med industrijsko opremo in nadzornimi sistemi. Omogoča dvosmerno komunikacijo med senzorji, aktuatorji in drugimi industrijskimi napravami s krmilniki (kot so PLC-ji), kar omogoča-prenos podatkov in krmilnih signalov v realnem času.
IO-Link je serijski komunikacijski protokol (podoben vodilu I2C), ki služi kot komunikacijski standard med krmilniki industrijske avtomatizacije in industrijskimi aktuatorji ali senzorji. Predstavlja tehnološki standard "zadnjih nekaj metrov" za premostitev komunikacijskih omrežij na terenu.
Zakaj je potrebna povezava IO-?
Tehnologija IO-Link je bistvena zaradi naslednjih tehničnih prednosti:
Prenos-podatkov v realnem času in nadzor:Pri industrijski avtomatizaciji je-prenos podatkov v realnem času ključnega pomena za natančen nadzor in spremljanje opreme. IO-Link zagotavlja hiter-zanesljiv digitalni komunikacijski kanal, ki senzorjem in aktuatorjem omogoča hiter prenos podatkov do nadzornih sistemov za-kontrolo in spremljanje v realnem času.
IO-Link omogoča dvosmerno komunikacijo:Ne sprejema samo ukazov in konfiguracijskih podatkov iz nadzornega sistema, ampak tudi prenaša parametre in informacije o statusu nazaj v nadzorni sistem. Ta inteligenca omogoča napravam, da se prilagodijo različnim proizvodnim zahtevam in delovnim pogojem, s čimer se poveča fleksibilnost proizvodne linije;
Poenostavljena namestitev in vzdrževanje:Naprave IO-Link je mogoče parametrirati in konfigurirati prek digitalne komunikacije, kar zmanjša napake pri ročni nastavitvi in poenostavi postopke namestitve in vzdrževanja. Poleg tega povezava IO-Link prenaša diagnostične informacije, kar inženirjem pomaga pri hitrem prepoznavanju in reševanju težav, da zmanjšajo izpade.
Diagnostika napak in predvideno vzdrževanje:Diagnostični podatki, posredovani prek povezave IO-Link, pomagajo podjetjem pri diagnosticiranju napak, kar omogoča pravočasno odkrivanje in reševanje težav za zmanjšanje prekinitev in izgub v proizvodnji. Poleg tega s spremljanjem statusa naprave in podatkov o zmogljivosti postane dosegljivo predvideno vzdrževanje, ki omogoča proaktivno preprečevanje okvar opreme in nadaljnje povečanje učinkovitosti proizvodnje. Standardizacija in interoperabilnost: IO-Link je mednarodno standardiziran komunikacijski protokol. Naprave različnih proizvajalcev upoštevajo iste komunikacijske standarde, kar zagotavlja interoperabilnost med različno opremo. To podjetjem omogoča prožno izbiro in integracijo naprav različnih dobaviteljev brez skrbi glede združljivosti.
Razvoj povezave IO-
Število vozlišč I0-Link je v zadnjih letih eksponentno naraslo in že leta 2017 doseglo 6 milijonov vozlišč.
Senzorski način
Tradicionalni senzorji za zajemanje podatkov spadajo v dve kategoriji:
1. Analogni senzorji:Vrednosti analognega senzorja se pretvorijo v digitalne vrednosti prek A/D pretvorbe. Mikroprocesor (uP) prebere te digitalne vrednosti, ki se nato pretvorijo nazaj v analogne signale prek D/A pretvorbe za prenos v PLC. PLC ponovno pretvori te analogne signale v digitalne signale s pomočjo A/D pretvornika. Mikroprocesor PLC-ja bere digitalne vrednosti za pridobitev informacij senzorja.
2. Binarni digitalni senzorji:Prenos signalov binarnega digitalnega nivoja med senzorjem in PLC prek digitalnih izhodnih (DO) in digitalnih vhodnih (DI) vrat.
Gonilnik-binarnega digitalnega senzorja z enimi vrati
Prvič, kaj je gonilnik senzorja? Kaj počne?
Gonilnik senzorja je komponenta programske ali strojne opreme, ki nadzoruje in upravlja senzorske naprave ter jim omogoča pravilno delovanje in komunikacijo z drugimi sistemi. Vloga gonilnika senzorja je pretvorba fizičnih količin, ki jih ustvarijo senzorji, v digitalne signale,
nato posredujte te signale v-aplikacije ali sisteme višje ravni za obdelavo, analizo in-odločanje.
Razumem, da gonilnik senzorja služi kot vmesna plast med senzorji-nižje ravni in aplikacijami-višje ravni. Brez tega posrednika bi se digitalni ali analogni signali, ki jih zbirajo senzorji, preprosto brezciljno širili skozi vezje. Ko je nameščen gonilnik senzorja, podatki, ki jih zberejo osnovni senzorji, pridobijo ime, smer in različne atribute. To aplikacijam višje-nivoje omogoča, da prepoznajo izvor podatkov, razumejo, katere fizikalne količine predstavljajo, in izdajo ustrezne ukaze za dejanja.
Funkcije binarnih digitalnih senzorjev in gonilnikov:
Prilagoditev signala:Binarni digitalni senzorji lahko ustvarijo posebne digitalne signale, ki predstavljajo različna stanja ali dogodke, kot je stanje stikala ali pritiski gumbov. Gonilniki senzorjev prilagodijo te signale v električne signale, ki jih lahko berejo in razlagajo drugi sistemi, kot so napetostni signali.
Ojačanje ali slabljenje signala:Včasih je treba izhodne signale tipala ojačati ali oslabiti, da izpolnijo kasnejše zahteve vezja. Gonilniki senzorjev lahko ojačajo ali oslabijo signale, da zagotovijo natančen prenos signala;
Električna izolacija:Za izolacijo šuma ali motenj med senzorji in drugimi vezji gonilniki senzorjev zagotavljajo električno izolacijo, kar zagotavlja natančnost in stabilnost signalov senzorjev;
Filtriranje signala:Okoljski hrup lahko vpliva na senzorje. Gonilniki senzorjev lahko zagotovijo funkcije filtriranja za odpravo tega hrupa in zagotovijo zanesljivejše signale;
Logična pretvorba:Izhodni signali nekaterih digitalnih senzorjev lahko zahtevajo logično pretvorbo, kot je inverzija signala ali združevanje več signalov. Gonilniki senzorjev lahko izvajajo te operacije logične pretvorbe;
Napajanje senzorja:Nekateri digitalni senzorji lahko za pravilno delovanje potrebujejo zunanje napajanje. Gonilniki senzorjev lahko zagotovijo ustrezno napajalno napetost za senzor;
Združljivost vmesnika:Gonilniki senzorjev ponujajo različne možnosti vmesnika za povezavo senzorjev z različnimi sistemi ali napravami, kot so analogni signali, digitalni signali, serijska komunikacija itd.
Slabosti enojnih-gonilnikov binarnih digitalnih senzorjev:
1. Prenos podatkov je enosmeren samo-za branje. Kaj pa, če so potrebne kontrolne operacije?
2. Podatki imajo samo dve stanji: 0/1. Kako se lahko prenese več informacij?
Sistem IO naprave
IO-Senzorji povezave ne kažejo odstopanja meritev
Tradicionalni analogni signali (temperatura, tlak itd.) med prenosom zahtevajo pretvorbo med analognim in digitalnim formatom. Ta postopek pretvorbe uvaja razlike v podatkih, ki vplivajo na točnost končnih rezultatov.
Pri povezavi prek povezave IO-Link se izmerjene vrednosti digitalno prenesejo iz senzorja neposredno v krmilnik, kar zagotavlja, da prenesene podatkovne vrednosti vedno natančno ustrezajo izmerjenim vrednostim.
Povezljivost IO-Link tudi odpravlja dovzetnost za okoliške elektromagnetne motnje, ki so značilne za tradicionalni analogni prenos signala.Sestava povezovalnega omrežja IO-
I0-Link se lahko uporablja z različnimi končnimi napravami:
Senzorji:Temperaturni, tlačni, fotoelektrični, senzorji pretoka ... Senzorji I0-Link zagotavljajo digitalizirane podatke senzorjev in podpirajo konfiguracijo in nadzor na daljavo.
Aktuatorji:Elektromagnetni ventili, gonilniki motorjev, servo pogoni... Ti aktuatorji omogočajo daljinski nadzor, nadzor in diagnostiko preko I0-Link.
Analogni-v-digitalni pretvorniki (ADC/DAC):S povezavo digitalnih-v-analognih pretvornikov je mogoče analogne signale oddajati iz omrežja IO-Link.
Identifikacijske naprave:Kot so čitalniki/zapisovalci RFID, čitalniki črtne kode itd., ki omogočajo funkcije identifikacije in sledenja predmetov.
IO-Link Interconnection Bus (Unified Wiring Standard)
Povezave IO-Link uporabljajo naslednje tri različne vrste priključkov:
1. Signalni kabel:Povezuje glavno enoto s središčem ali terminalsko napravo IO-Link. Signali fizične plasti povezave IO-Link se prenašajo po signalnem kablu (standardni tri{3}}žilni kabel).
2. Podatkovni kabel:Povezuje glavno enoto z napravami za nadzor-višje ravni, kot je oprema Ethernet.
3. Napajalni kabel:Napaja glavni tok z visokim tokom
IO-Link Unified Wiring Standard:
• IO-Link Master potrebuje samo standardni 3-žilni kabel za povezavo vseh naprav IO-Link
• Tako digitalni preklopni signali kot analogni signali lahko sporočajo podatke s krmilnikom zgornje-nivoje prek tega 3-žilnega kabla
• Napoved: V prihodnosti bodo vsi analogni signali, RS232 in RS485 nadomeščeni z IO-Link
IO-Specifikacija senzorja povezave
IO-Senzor povezave=IO-Senzor povezave (z vmesnikom povezave IO-in logotipom) + datoteka z opisom naprave IODD + izjava proizvajalca
Položaj IO-povezave v industrijskem internetuZadnji 1 meter do omrežja
IO-Link Communication
Komunikacijski vmesniki in podatkovni tipi
Kakšna je razlika med tipom A in tipom B?
IO-Glavne in podrejene naprave povezave komunicirajo prek fizičnega ožičenja. Nadrejene in podrejene naprave so fizično povezane s kabli, vključno z napajalnimi, podatkovnimi in signalnimi vodi. Tradicionalne signale senzorja/aktuatorja IO občasno zbira glavna naprava v standardnem načinu 10 (SI0). Kot je prikazano na zgornji sliki, so zatiči 1–4 fizični zatiči za ožičenje med napravami 10-Link.
Funkcije vsakega zatiča so naslednje:
Podatki se prenašajo prek pina Pin4 z uporabo 24 V impulznega-moduliranega serijskega protokola UART. Posredovani tipi podatkov vključujejo procesne podatke, parametre, diagnostiko in druge storitvene podatke.
Pravzaprav so te vrste podatkov podobne tistim, ki se prenašajo v CANopen. Tukaj podatki o procesu in podatki o storitvah ustrezajo PDO in SDO v CANopen.
Hitrost komunikacije med napravami IO-Link je odvisna od povezanih naprav IO-Link in deluje v treh načinih:
- 4.8 kBaud (COM1)
- 38.4 kBaud (COM2)
- 230.4 kBaud (COM3)
Vrste podatkov za IO-Link so prikazane v spodnji tabeli:
Procesni podatki: Najpogostejši tip podatkov, ki se uporablja za prenos dejanskih fizičnih količin, izmerjenih s senzorji, kot so temperatura, tlak, pretok in druge meritve. Procesni podatki se običajno uporabljajo v aplikacijah za spremljanje in nadzor;
Servisni podatki:
Paketi konfiguracijskih podatkov:Uporablja se za nastavitev in konfiguracijo parametrov za naprave 10-Link, kot so hitrost vzorčenja, način delovanja, pragovi itd. Naprave lahko pošiljajo konfiguracijske pakete, da spremenijo svoje vedenje in funkcionalnost.
Paketi diagnostičnih podatkov:Uporablja se za prenos diagnostičnih informacij o napravah, vključno s kodami napak, opozorilnimi sporočili, statusi napak itd. Ti paketi pomagajo sistemom pri diagnosticiranju napak in vzdrževanju.
Identifikacijski paketi:Prenos edinstvenih identifikatorjev naprav, informacij o proizvodnji itd. (za preprečevanje kroženja ponarejenega blaga). Ti podatki pomagajo pri identifikaciji sistema in upravljanju različnih naprav.
Paketi stanja:Prenesite stanje delovanja naprave, čas izvajanja (za beleženje časa tehnične podpore), informacije o alarmih, spremembe stanja in povezane podrobnosti.
Paketi zmogljivosti naprave:Prenos funkcionalnih in značilnih informacij naprave, kot so podprti načini delovanja, formati podatkov itd.
Standardni V/I:Oddaja signale,-ki jih sproži dogodek, kot so dogodki, ki se sprožijo, ko naprava doseže določeno stanje ali stanje.
Zgornji diagram prikazuje postopek prenosa podatkov med IO-Master in IO-Link slave napravami. Prikazuje prednosti povezave IO-Link pred tradicionalnimi senzorji pri prenosu podatkov. Pojav tehnologije IO-Link omogoča senzorjem ne le zbiranje podatkov in njihovo nalaganje v sisteme višje-nivoje, temveč tudi omogoča sistemom-višje ravni pošiljanje podatkov senzorjem ali aktuatorjem. Poleg tega je proces prenosa podatkov izjemno hiter, običajno traja le 2-3 milisekunde.
IO-Razvoj in testiranje naprav povezave
IO-Razvoj naprav za povezavo
Definicija aplikacije:
1. Funkcionalnost aktuatorja ali senzorja
2. Definirajte ciklične podatke (procesni podatki)
3. IO-Funkcije povezovalne naprave (parametri, dogodki, sistemski ukazi, shranjevanje podatkov)
Izbira MCU:
- COM2: Priporočen 8-bitni procesor
- COM3: priporočeno 16-bitno, npr. Cortex-M0 ali višje
Tipični parametri delovanja:
- 6-15 MHz
- Flash: ±16 kB
- RAM: ±0,5 kB
- Trenutna poraba:<10 mA
Izbira čipa PHY:.
Dva tipična PHY čipa.
Osnovne funkcije.
Samodejno zaznavanje zahteve-za bujenje (WURQ).
RX, TX CIQ.
TX omogoči.
Vse komunikacijske hitrosti, Hi-side, Low-side, Push-Pull output.
Integrirana obdelava okvirja.
SPI, I2C
.UART
.Dodatne funkcije
.LDO, DC/DC pretvornik
.Temperaturni senzor
.Zaščita pred obratno polarnostjo
.RC oscilator / PLL kot zamenjava kristala
.Menjalni načini: NPN, PNP, Push-Pull...
.Hot swap, Line protection...
PS: Kaj je PHY čip?
PHY čip, okrajšava za Physical Layer chip, se nanaša na integrirano vezje, ki se uporablja v računalniških omrežjih za upravljanje komunikacij fizične plasti. Fizična plast je plast znotraj arhitekture računalniškega omrežja, ki je odgovorna za upravljanje fizičnega prenosa podatkov in pretvorbo električnega signala. Logične podatke pretvori v signalno obliko, primerno za prenos po omrežju. PHY čipi se običajno uporabljajo za povezovanje računalnikov, strežnikov, usmerjevalnikov, stikal in drugih omrežnih naprav, kar omogoča fizični prenos podatkov med povezavami.
PHY čipi se uporabljajo v različnih omrežnih protokolih, s pogostimi primeri, vključno z:
• Ethernet PHY čipi:Uporablja se za komunikacijo Ethernet, pretvarjanje podatkovnih okvirjev v ustrezne električne signale za prenos preko Etherneta.
• USB PHY čipi:Zaposlen v vmesnikih USB (Universal Serial Bus) za prenos podatkov in pretvorbo električnega signala za naprave USB.
• PCIe PHY čipi:Uporablja se za vmesnike PCI Express, za-hiter prenos podatkov med napravami PCIe.
• Brezžični komunikacijski PHY čipi:V brezžičnih komunikacijah, kot so WiFi, Bluetooth in mobilna omrežja, čipi PHY pretvarjajo podatke v brezžične signale in obratno.
• PHY čipi za komunikacijo z optičnimi vlakni:Uporablja se za komunikacijo z optičnimi vlakni, ki pretvarja podatke v optične signale za prenos po vlaknih.
Testiranje doslednosti:
Zakaj izvajati testiranje skladnosti?
Testiranje skladnosti preverja, ali so naprave, sistemi ali aplikacije pravilno implementirani in delujejo v skladu s standardom IO-Link.
Testiranje skladnosti je treba opraviti pred objavo MD.
Delovna skupina IO-Link Quality je odgovorna za pripravo in vzdrževanje dokumentacije.
Dokument podrobno opisuje tehnične specifikacije za preskušanje glavne naprave in naprave.
Vključuje specifikacije za informacije o preskusni opremi.
Dostop do dokumenta: IO-Povezava do uradnega spletnega mesta
Preizkusni predmeti
• Preizkus fizične plasti: zahteva elektronsko opremo in se običajno izvaja ročno
• Preizkus protokola: Izvesti ga je treba s sistemom za preskušanje protokola, ki ga je odobril tehnični odbor za povezavo IO-
• Preskus elektromagnetne združljivosti: testiranje elektromagnetne združljivosti je določeno v specifikaciji vmesnika IO-Link in zahteva namensko opremo za testiranje elektromagnetne združljivosti
Postopek testiranja doslednosti
IO-Konfiguracija povezave na različnih vodilih
Razmerje med IO-povezavo in sistemi vodil
Kot je prikazano na zgornjem diagramu, 10-Link ne vpliva na sistemsko vodilo. Ravno nasprotno, 10-Link premosti "zadnji kilometer" med krmilniki in senzorji/aktuatorji. Ne tekmuje z vodilom, temveč izboljša sistemsko integracijo in standardizacijo.
. 10-Link se ne zanaša na obstoječe tehnologije vodil in ga je mogoče vključiti vanje.
Uporablja standardne konektorje M12 in M8 s 3-pinskimi in 5-pinskimi kabli.
Enoten vmesnik, ki lahko prenaša D1, DO, analogne signale itd.
IO-Povzetek konfiguracije povezave.
IO-Link je združljiv z glavnimi protokoli vodila.
Sistemske komponente IO-Link so enostavne, enostavne za sestavo in zahtevajo malo komunikacijskih kablov.
Konfiguracija je podobna pri različnih vodilih; komunikacija je dosežena na podlagi zahtevane velikosti vhodnih/izhodnih procesnih podatkov podrejenega.
IO-Diagnostiko povezovalne komunikacije je enostavno implementirati!.
IO-Link komunikacija zlahka pridobi različne podatke o napravi, kar olajša vzdrževanje in nadzor
IO-Sklad protokolov programske opreme povezovalne naprave
AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack je zasnovan na podlagi AsiaInfo Electronics AXM-IOLS IO-Link Evaluation Board, ki vključuje mikrokrmilnik STMicroelectronics STM32F469AI in je bil razvit v razvojnem okolju STM32Cube IDE. Ta paket programskega sklada vključuje poskusno knjižnico za AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack, IO-Gonilnike senzorja Link in predstavitvene aplikacije. Arhitektura programske opreme sklada protokolov programske opreme AsiaInfo IO-Link Device je zgrajena na kompletu za razvoj programske opreme STEVAL-BFA001V2 podjetja STMicroelectronics, ki integrira neodvisno razvito knjižnico skladov protokolov programske opreme IO-Link naprave AsiaInfo. Stranke, ki uporabljajo AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board, lahko v 72-urnem preskusnem obdobju po aktivaciji izvajajo polno-testiranje in ocenjevanje preizkusne knjižnice sklada protokolov programske opreme AXM IO-Link Device Software, razen nadgradnje vdelane programske opreme.
Lastnosti
• Skladen z IO-link vmesnikom in sistemsko specifikacijo V1.1.3
• Nazaj združljiv z glavnimi napravami IO-Link V1.0
• Izvorna koda je v skladu s standardom ANSI-C 99
• Podpira posodobitve vdelane programske opreme prek vmesnika IO-Link
• Načini delovanja: način povezave IO- in standardni način V/I
• Podpira ISDU komunikacijo in shranjevanje podatkov
• Dosega konsistentno izmenjavo procesnih podatkov (PDE) prek izmeničnih medpomnilnikov
• Podpira vse vrste telegramov in hitrosti prenosa: 4,8Kbps (COM1), 38,4Kbps (COM2) in 230,4Kbps (COM3)
• Minimalni odtis: RAM < 1 KB, Flash < 10 KB
• Razvito na podlagi AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board, ki vključuje ST L6362A IO-Link transc
Aplikacije izdelkov
IO-senzorji povezave
Senzorji za temperaturo/vlažnost/tlak/fotoelektrične senzorje/senzorje vida/ToF geste itd.
IO-Aktuatorji povezav
Aktuatorji ventilov/krmiljenje motorjev/pametni LED-svetilniki itd.
IO-Povezovalna vozlišča
IO-Link Valve Islands
