Co je odkaz IO-
IO-Link je digitální komunikační protokol pro průmyslovou automatizaci, původně navržený společností Siemens a nyní je mezinárodním standardem. Jeho cílem je umožnit konektivitu a komunikaci mezi průmyslovými zařízeními a řídicími systémy. Usnadňuje obousměrnou komunikaci mezi senzory, akčními členy a dalšími průmyslovými zařízeními s řídicími jednotkami (jako jsou PLC), což umožňuje-přenos dat a řídicích signálů v reálném čase.
IO-Link je sériový komunikační protokol (podobný sběrnici I2C), který slouží jako komunikační standard mezi řídicími systémy průmyslové automatizace a průmyslovými akčními členy nebo senzory. Představuje technologický standard „posledních pár stop“ pro přemostění komunikačních sítí do terénu.
Proč je potřeba odkaz IO-?
Technologie IO-Link je nezbytná kvůli následujícím technickým výhodám:
Přenos dat v reálném čase{0} a ovládání:V průmyslové automatizaci je přenos dat v reálném čase-zásadní pro přesné řízení a monitorování zařízení. IO-Link poskytuje vysokorychlostní-rychlý a spolehlivý digitální komunikační kanál, který umožňuje senzorům a akčním členům rychle přenášet data do řídicích systémů pro-řízení a monitorování v reálném čase.
IO-Link umožňuje obousměrnou komunikaci:Nejenže přijímá příkazy a konfigurační data z řídicího systému, ale také přenáší parametry a stavové informace zpět do řídicího systému. Tato inteligence umožňuje zařízením přizpůsobit se měnícím se výrobním požadavkům a provozním podmínkám, čímž se zvyšuje flexibilita výrobní linky;
Zjednodušená instalace a údržba:Zařízení IO-Link lze parametrizovat a konfigurovat prostřednictvím digitální komunikace, čímž se sníží počet chyb ručního nastavení a zjednoduší se procesy instalace a údržby. IO-Link navíc přenáší diagnostické informace a pomáhá inženýrům rychle identifikovat a řešit problémy, aby se minimalizovaly prostoje.
Diagnostika závad a prediktivní údržba:Diagnostická data přenášená prostřednictvím IO-Link pomáhají podnikům při diagnostice chyb a umožňují včasnou detekci a řešení problémů s cílem snížit přerušení výroby a ztráty. Monitorováním stavu zařízení a údajů o výkonu je navíc dosažitelná prediktivní údržba, která umožňuje proaktivní prevenci poruch zařízení a dále zvyšuje efektivitu výroby. Standardizace a interoperabilita: IO-Link je mezinárodně standardizovaný komunikační protokol. Zařízení od různých výrobců dodržují stejné komunikační standardy, což zajišťuje interoperabilitu mezi různými zařízeními. To umožňuje podnikům flexibilně vybírat a integrovat zařízení od různých dodavatelů bez obav o kompatibilitu.
Odkaz na vývoj IO-
Počet uzlů I0-Link v posledních letech exponenciálně rostl a již v roce 2017 dosáhl 6 milionů uzlů.
Režim senzoru
Tradiční senzory pro sběr dat spadají do dvou kategorií:
1. Analogové senzory:Analogové hodnoty senzoru jsou převedeny na digitální hodnoty pomocí A/D převodu. Mikroprocesor (uP) čte tyto digitální hodnoty, které jsou poté převedeny zpět na analogové signály pomocí D/A převodu pro přenos do PLC. PLC převádí tyto analogové signály na digitální signály pomocí svého A/D převodníku. Mikroprocesor PLC čte digitální hodnoty, aby získal informace ze senzoru.
2. Binární digitální senzory:Přenášejte binární digitální signály úrovně mezi snímačem a PLC přes porty digitálního výstupu (DO) a digitálního vstupu (DI).
Ovladač binárního digitálního snímače s jedním-portem
Za prvé, co je ovladač snímače? co to dělá?
Ovladač snímače je softwarová nebo hardwarová součást, která řídí a obsluhuje zařízení snímačů a umožňuje jim správné fungování a komunikaci s jinými systémy. Úkolem ovladače snímače je převádět fyzikální veličiny generované snímači na digitální signály,
poté tyto signály přenést do aplikací nebo systémů vyšší{0}}úrovně pro zpracování, analýzu a rozhodování-.
Chápu to tak, že ovladač snímače slouží jako prostřední vrstva mezi snímači nejnižší{0}}úrovně a aplikacemi vyšší{1}}úrovně. Bez tohoto prostředníka by se digitální nebo analogové signály shromážděné senzory jednoduše bezcílně šířily obvody. S ovladačem senzoru na místě získají data shromážděná základními senzory název, směr a různé atributy. To umožňuje aplikacím vyšší{5}}úrovně rozpoznat původ dat, pochopit, jaké fyzikální veličiny představují, a vydávat odpovídající akční příkazy.
Funkce binárních digitálních senzorů a ovladačů:
Přizpůsobení signálu:Binární digitální snímače mohou generovat specifické digitální signály představující různé stavy nebo události, jako je stav spínače nebo stisknutí tlačítka. Ovladače snímačů adaptují tyto signály na elektrické signály čitelné a interpretovatelné jinými systémy, jako jsou napěťové signály.
Zesílení nebo útlum signálu:Někdy výstupní signály snímače vyžadují zesílení nebo útlum, aby byly splněny následné požadavky na obvod. Ovladače snímačů mohou zesilovat nebo zeslabovat signály pro zajištění přesného přenosu signálu;
Elektrická izolace:K izolaci šumu nebo rušení mezi senzory a jinými obvody poskytují ovladače senzorů elektrickou izolaci a zajišťují přesnost a stabilitu signálů senzorů;
Filtrování signálu:Snímače mohou být ovlivněny okolním hlukem. Ovladače snímačů mohou poskytovat funkce filtrování k odstranění tohoto šumu a poskytovat spolehlivější signály;
Převod logiky:Výstupní signály některých digitálních snímačů mohou vyžadovat logickou konverzi, jako je inverze signálu nebo kombinování více signálů. Ovladače snímačů mohou provádět tyto operace převodu logiky;
Napájení senzoru:Některé digitální senzory mohou ke správné funkci vyžadovat externí napájení. Ovladače snímačů mohou poskytnout vhodné napájecí napětí pro snímač;
Kompatibilita rozhraní:Ovladače snímačů nabízejí různé možnosti rozhraní pro připojení snímačů k různým systémům nebo zařízením, jako jsou analogové signály, digitální signály, sériová komunikace atd.
Nevýhody jednoportových binárních digitálních ovladačů snímače{0}:
1. Přenos dat je jednosměrný-pouze pro čtení. Co když jsou vyžadovány kontrolní operace?
2. Data mají pouze dva stavy: 0/1. Jak lze předávat více informací?
Systém IO zařízení
IO-Snímače Link nevykazují žádnou odchylku měření
Tradiční analogové signály (teplota, tlak atd.) vyžadují během přenosu převod mezi analogovým a digitálním formátem. Tento proces převodu zavádí nesrovnalosti v datech, které ovlivňují přesnost konečných výsledků.
Při připojení přes IO-Link jsou naměřené hodnoty přenášeny digitálně ze senzoru přímo do řídicí jednotky, čímž je zajištěno, že přenášené hodnoty dat vždy přesně odpovídají naměřeným hodnotám.
Připojení IO-Link také eliminuje náchylnost k okolnímu elektromagnetickému rušení, které je vlastní tradičnímu přenosu analogového signálu.Složení IO-Link Network
I0-Link lze použít s různými koncovými zařízeními:
Senzory:Teplotní, tlakové, fotoelektrické, průtokové... Senzory I0-Link poskytují digitalizovaná data senzorů a podporují vzdálenou konfiguraci a monitorování.
Akční členy:Elektromagnetické ventily, ovladače motorů, servopohony... Tyto pohony umožňují dálkové ovládání, monitorování a diagnostiku přes I0-Link.
Analogové-na-digitální převodníky (ADC/DAC):Připojením digitálních-na{1}}analogových převodníků lze ze sítě IO-Link získat analogové signály.
Identifikační zařízení:Jako jsou čtečky/zapisovače RFID, snímače čárových kódů atd., které umožňují identifikaci a sledování objektů.
IO -Link Interconnect Bus (Unified Wiring Standard)
Připojení IO-Link využívají následující tři různé typy konektorů:
1. Signální kabel:Připojuje hlavní zařízení k rozbočovači nebo koncovému zařízení IO{0}}Link. Signály fyzické vrstvy IO-Linku jsou přenášeny přes signálový kabel (standardní tří-žilový kabel).
2. Datový kabel:Připojuje hlavní zařízení k řídicím zařízením vyšší{0}}úrovně, jako je zařízení Ethernet.
3. Napájecí kabel:Dodává masteru vysoký proud
IO-Link Unified Wiring Standard:
• IO-Link Master vyžaduje k připojení všech zařízení IO-Link pouze standardní 3{2}}žilový kabel
• Jak signály digitálních přepínačů, tak analogové signály mohou komunikovat data s řídicím systémem vyšší{0}}úrovně prostřednictvím tohoto 3žilového kabelu
• Předpověď: V budoucnu budou všechny analogové signály, RS232 a RS485 nahrazeny IO-Link
Specifikace IO-Link Sensor
IO-Link Sensor=IO-Link senzor (s IO-Link rozhraním a logem) + soubor s popisem zařízení IODD + prohlášení výrobce
Pozice IO-odkazu v průmyslovém internetuPoslední 1 metr k síti
Komunikace prostřednictvím propojení IO-
Komunikační rozhraní a datové typy
Jaký je rozdíl mezi typem A a typem B?
IO-Zařízení propojení master a slave komunikují prostřednictvím fyzické kabeláže. Hlavní a podřízená zařízení jsou fyzicky propojena kabely, včetně napájecích, datových a signálních. Tradiční signály IO senzorů/aktorů jsou periodicky shromažďovány hlavním zařízením ve standardním režimu 10 (SI0). Jak je znázorněno na obrázku výše, kolíky 1-4 jsou fyzické kolíky kabelů mezi zařízeními 10-Link.
Funkce každého pinu jsou následující:
Data jsou přenášena pomocí pinu Pin4 pomocí 24V pulzního-modulovaného sériového protokolu UART. Mezi přenášené datové typy patří procesní data, parametry, diagnostika a další servisní data.
Ve skutečnosti jsou tyto datové typy podobné těm, které jsou přenášeny v CANopen. Zde procesní a servisní data odpovídají PDO a SDO v CANopen.
Komunikační rychlost mezi zařízeními IO{0}Link závisí na připojených zařízeních IO{1}}Link a funguje ve třech režimech:
- 4.8 kBaud (COM1)
- 38.4 kBaud (COM2)
- 230.4 kBaud (COM3)
Datové typy pro IO-Link jsou uvedeny v tabulce níže:
Procesní data: Nejběžnější datový typ používaný k přenosu skutečných fyzikálních veličin měřených senzory, jako je teplota, tlak, průtok a další měření. Procesní data se typicky používají v aplikacích pro monitorování a řízení;
Servisní údaje:
Konfigurační datové pakety:Používá se k nastavení a konfiguraci parametrů pro 10-linková zařízení, jako je vzorkovací frekvence, provozní režim, prahové hodnoty atd. Zařízení mohou odesílat konfigurační pakety a upravovat tak jejich chování a funkčnost.
Diagnostické datové pakety:Slouží k přenosu diagnostických informací o zařízeních, včetně chybových kódů, varovných zpráv, poruchových stavů atd. Tyto pakety pomáhají systémům při diagnostice a údržbě chyb.
Identifikační balíčky:Předávejte jedinečné identifikátory zařízení, výrobní informace atd. (aby se zabránilo oběhu padělaného zboží). Tato data napomáhají identifikaci systému a správě různých zařízení.
Stavové pakety:Přenášejte provozní stav zařízení, dobu běhu (pro protokolování času technické podpory), informace o poplachu, změny stavu a související podrobnosti.
Pakety funkcí zařízení:Přenášejte funkční a charakteristické informace zařízení, jako jsou podporované provozní režimy, datové formáty atd.
Standardní I/O:Přenáší signály spouštěné událostmi-, jako jsou události spuštěné, když zařízení dosáhne určitého stavu nebo podmínky.
Výše uvedený diagram znázorňuje proces přenosu dat mezi IO-Link master a IO-Link slave zařízeními. Ukazuje výhody IO-linku oproti tradičním senzorům při přenosu dat. Vznik technologie IO-Link umožňuje senzorům nejen shromažďovat data a nahrávat je do-systémů vyšší úrovně, ale také umožňuje systémům vyšší{7}}úrovně odesílat data do senzorů nebo akčních členů. Proces přenosu dat je navíc extrémně rychlý, obvykle trvá pouze 2-3 milisekundy.
IO-Link Device Development and Testing
Vývoj zařízení IO-Link
Definice aplikace:
1. Funkčnost aktuátoru nebo senzoru
2. Definujte cyklická data (data procesu)
3. IO-Propojení funkcí zařízení (parametry, události, systémové příkazy, úložiště dat)
Výběr MCU:
- COM2: Doporučený 8bitový procesor
- COM3: Doporučená 16-bitová verze, např. Cortex-M0 nebo vyšší
Typické parametry výkonu:
- 6-15 MHz
- Flash: ±16 kB
- RAM: ±0,5 kB
- Aktuální spotřeba:<10 mA
Výběr čipu PHY:.
Dva typické PHY čipy.
Základní funkce.
Detekce automatického probuzení-požadavku (WURQ).
RX, TX CIQ.
Povolit TX.
Všechny komunikační rychlosti, Hi-strana, Nízká-strana, Push-Pull výstup.
Integrované zpracování snímků.
SPI, I2C
.UART
.Další funkce
.LDO, DC/DC měnič
.Snímač teploty
.Ochrana proti přepólování
.RC oscilátor / PLL jako náhrada krystalu
.Přepínání režimů: NPN, PNP, Push-Vytáhněte...
.Hot swap, ochrana vedení...
PS: Co je to PHY čip?
Čip PHY, zkratka pro Physical Layer chip, označuje integrovaný obvod používaný v počítačových sítích ke zpracování komunikace na fyzické vrstvě. Fyzická vrstva je vrstva v architektuře počítačové sítě zodpovědná za řízení fyzického přenosu dat a konverzi elektrického signálu. Transformuje logická data do formátu signálu vhodného pro přenos po síti. Čipy PHY se obvykle používají k připojení počítačů, serverů, směrovačů, přepínačů a dalších síťových zařízení, což umožňuje fyzický přenos dat mezi linkami.
Čipy PHY se používají v různých síťových protokolech, přičemž běžné příklady zahrnují:
• Ethernetové PHY čipy:Používá se pro komunikaci Ethernet, převod datových rámců na vhodné elektrické signály pro přenos přes Ethernet.
• USB PHY čipy:Používá se v rozhraních USB (Universal Serial Bus), obsluhující přenos dat a konverzi elektrického signálu pro zařízení USB.
• PCIe PHY čipy:Používá se pro rozhraní PCI Express, zvládá vysokorychlostní{0}}přenos dat mezi zařízeními PCIe.
• Bezdrátové komunikační PHY čipy:V bezdrátových komunikacích, jako je WiFi, Bluetooth a mobilní sítě, čipy PHY převádějí data na bezdrátové signály a naopak.
• Komunikační PHY čipy z optických vláken:Používá se pro komunikaci z optických vláken, převádí data na optické signály pro přenos přes vlákno.
Testování konzistence:
Proč provádět testování shody?
Testování shody ověřuje, zda jsou zařízení, systémy nebo aplikace správně implementovány a fungují podle standardu IO{0}}Link.
Testování shody musí být provedeno před zveřejněním MD.
Pracovní skupina IO-Link Quality Working Group je odpovědná za návrh a údržbu dokumentace.
Dokument podrobně popisuje technické specifikace pro testování hlavního zařízení a zařízení.
Obsahuje specifikace pro informace o testovacím zařízení.
Přístup k dokumentu: IO-Odkaz na oficiální web
Testovací položky
• Test fyzické vrstvy: Vyžaduje elektronické vybavení a obvykle se provádí ručně
• Test protokolu: Musí být proveden pomocí systému testování protokolu schváleného technickým výborem IO{0}}Link
• Test EMC: Testování EMC je specifikováno ve specifikaci rozhraní IO{0}}Link a vyžaduje vyhrazené zařízení pro testování elektromagnetické kompatibility
Proces testování konzistence
Konfigurace připojení IO-na různých autobusech
Vztah mezi IO-linkovými a sběrnicovými systémy
Jak je znázorněno na obrázku výše, 10-Link nemá vliv na systémovou sběrnici. Naopak 10-Link překlenuje „poslední míli“ mezi ovladači a senzory/aktory. Nekonkuruje sběrnici, ale spíše zlepšuje integraci a standardizaci systému.
. 10-Link se nespoléhá na stávající technologie sběrnic a lze do nich integrovat.
Používá standardní konektory M12 a M8 s 3pinovým a 5pinovým kabelem.
Jednotné rozhraní schopné přenášet D1, DO, analogové signály atd.
IO-Přehled konfigurace propojení.
IO-Link je kompatibilní s běžnými sběrnicovými protokoly.
Součásti systému IO-Link jsou jednoduché, snadno se montují a mají nízké požadavky na komunikační kabel.
Konfigurace je u různých sběrnic podobná; komunikace je dosažena na základě požadované velikosti vstupních/výstupních procesních dat slave.
IO-Diagnostiku komunikace propojení lze snadno implementovat!.
Komunikace IO-Link snadno získává různá data zařízení, což usnadňuje údržbu a monitorování
Zásobník softwarových protokolů zařízení IO-Link Device
AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack je navržen na základě AsiaInfo Electronics AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board s mikrokontrolérem STMicroelectronics STM32F469AI a vyvinut ve vývojovém prostředí STM32Cube IDE. Tato sada softwarových balíků obsahuje zkušební knihovnu pro AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack, IO-ovladače senzorů Link a demonstrační aplikace. Softwarová architektura AsiaInfo IO{10}}Link Device Software Protocol Stack je postavena na STMicroelectronics STEVAL{11}}BFA001V2 vývojářské sadě, která integruje samostatně vyvinutou knihovnu protokolu IO{14}}Link zařízení společnosti AsiaInfo. Zákazníci používající AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board mohou provádět úplné{18}}testování a hodnocení zkušební knihovny AXM IO{19}Link Device Software Protocol Stack během 72hodinového zkušebního období po aktivaci, s výjimkou funkce upgradu firmwaru.
Vlastnosti
• V souladu s IO{0}}rozhraním odkazu a specifikací systému V1.1.3
• Zpětně kompatibilní s mastery IO{0}}Link V1.0
• Zdrojový kód odpovídá standardu ANSI{0}}C 99
• Podporuje aktualizace firmwaru prostřednictvím rozhraní IO{0}}Link
• Provozní režimy: IO{0}}Režim připojení a standardní režim I/O
• Podporuje ISDU komunikaci a ukládání dat
• Dosahuje konzistentní výměny procesních dat (PDE) prostřednictvím střídavých vyrovnávacích pamětí
• Podporuje všechny typy telegramů a přenosové rychlosti: 4,8 Kbps (COM1), 38,4 Kbps (COM2) a 230,4 Kbps (COM3)
• Minimální rozměry: RAM < 1 KB, Flash < 10 KB
• Vyvinuto na základě AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board obsahující ST L6362A IO-Link transc
Aplikace produktů
IO-Link Sensors
Teplotní/vlhkostní/tlakové/fotoelektrické/vision/ToF senzory gest atd.
IO-Aktory propojení
Pohony ventilů / ovládání motoru / inteligentní LED majáky atd.
IO-Link Hubs
IO-Link Valve Islands
