什么是IO-Link技术？

显示全部楼层 · 2024-3-18 13:06:23

什么是IO-Link技术？

IO-Link的由来

  IO-Link是由硬件和软件制造商于2006年共同开发的数字通信协议，其由来可以追溯到上世纪90年代初期的工业自动化领域。
在过去，传感器和执行器之间的通信大多采用模拟信号或离散信号，这样的通信方式存在许多问题，例如无法实现双向通信、数据传输速率慢、难以诊断等。

  为解决这些问题，欧洲各国开始研发新的数字通信标准，其中包括了Profibus、CAN、DeviceNet等。然而这些标准虽然提高了通信效率和可靠性，但相对复杂，不易使用。
  在这种情况下，硬件和软件制造商开始思考一种更加简单易用的数字通信协议，他们的目标是可以支持混合设备、快速配置和诊断、低成本的数字通信工具。
  最终，他们开发了IO-Link协议，这种协议可以通过一个统一的数字接口实现传感器和执行器之间的协作，同时具备优越的诊断与配置能力。随着IO-Link技术的发展和普及，它已经成为工业自动化领域数字化转型的一个重要选择。

什么是IO-Link？

  IO-Link是一个数字通信协议，用于连接工业自动化设备和传感器与控制器之间的通信。它提供了一个标准化的点对点接口，可以在传统的控制系统和现代工业4.0应用中使用。IO-Link网络可以实现高速、可靠和双向的数据交换，并且可以在不同的自动化设备之间进行通信，提高了控制系统的可操作性和可维护性。此外，IO-Link还可以为传感器和执行器提供额外的配置和诊断功能，从而增强了现场设备的智能化水平。

IO-Link是通向执行器和传感器的最后一步，也被誉为自动化的最后一米技术，拥有“IO-Link”通讯接口，可以使现场传感器可以更好地适应简易、快捷地修改参数设置的需要，在生产过程中您就会拥有极大的灵活性。

IO-Link技术基于传感器/执行器与接口模块之间点对点连接。到目前为止，二进制连接仅设计用于传输开关信息，但是IO-Link现在能够通过组合开关状态和数据信道，以2 ms的循环周期正常传输2个字节。IO-Link还可交换除过程值以外的其他信息，例如参数或诊断信息。这使得传感器与执行器间的通信完成了最后的技术突破，可用于通用通信。一种用于传感器和执行器、且独立于现场总线的通信接口。

IO-Link的工作原理

IO-Link的原理是通过一个统一的数字通信协议，在传感器、执行器和控制器之间进行点对点通信。这种通信使用三根线：数据线、电源线和地线。
在IO-Link网络中，控制器向每个设备发送命令，设备接收命令并返回应答。这样可以实现双向通信。设备也可以向控制器发送警报或故障状态等信息，管理员就可以快速知道设备工作状态。
每个IO-Link设备都有一个标准化的连接接口和协议，因此无论是哪个厂家的设备，都可以通过相同的IO-Link接口进行通信。此外，IO-Link还可以提供自动配置和自动诊断功能，从而简化了设备安装和维护的工作。

IO-Link的设备构成

IO-Link设备描述（IO-Link Device Description，IODD）由三个主要组成部分构成：
1.传感器/执行器：传感器和执行器是连接到IO-Link网络的设备。这些设备可以是任何类型的工业自动化设备，如温度传感器、压力传感器、电磁阀等。每个设备都有一个标准化的IO-Link接口，用于与其他设备和控制器进行通信。
2.IO-Link主站：IO-Link主站是一台计算机或控制器，用于管理IO-Link网络中的所有设备。它可以向所有设备发送命令和接收响应，并将数据传输到上层系统或云端。IO-Link主站还可以提供配置和诊断功能，以便管理员可以监测网络状态和设备运行情况。
3.IO-Link集线器：IO-Link集线器用于扩展IO-Link网络的规模。它可以将多个传感器和执行器连接到同一个网络中，并将数据传递给IO-Link主站。IO-Link集线器也可以查询每个设备的状态和诊断信息，并将其传输给IO-Link主站。

IO-Link的通讯原理

在IO-Link通信模式下，IO-Link主管会发送预先定义好的信号并等待IO-Link设备的应答。

首先，IO-Link主管会以最高的波特率来发送信号，如果没有应答，就会使用低一级的波特率来继续发送信号；对于IO-Link设备而言，通信波特率是已经确定的，当收到IO-Link主管的请求信号后，会对IO-Link主管做出应答，这样双方就建立了通信；这个过程被称作IO-Link设备的唤醒（Wakeup）。

当IO-Link设备被唤醒后，IO-Link主管与IO-Link设备之间首先互换通信参数，之后就开始周期性的数据交换。一个IO-Link系统可以交换三种数据：

1）周期性过程数据（过程输入/输出）；

2）设备参数；

3）事件（非周期性数据）；

IO-Link的主要优势

IO-Link系统作为领先的通信技术，具有巨大的应用潜力。

• IO-Link功能强大，可以简单快速地对传感器和执行器进行扩展诊断，大大缩短调试时间

• IO-Link速度很快，有4.8 k波特率、38.4 k波特率和230.4 k波特率3种通信速率。

• IO-Link体积很小，能够实现“智能”传感器和执行器的小型化。

• IO-Link智能通信，能够大大减少繁琐的工作，有效提升生产力

IO-Link的国内外品牌
国外IO-Link品牌有：Balluff、Pepperl+Fuchs、Turck、IFM等；国内IO-Link品牌有：意华股份、茂盛控制、安川电机、汇川技术等。

IO-Link 安装

IO-Link主站建立IO-Link设备和自动化系统之间的连接。作为I/O系统的一个组成部分，IO-Link主站要么安装在控制柜中，要么作为远程I/O直接安装在现场，此时其封装等级为IP65/67。IO-Link主站通过各种现场总线或特定于产品的背板总线进行通信。IO-Link主站可以有多个IO-Link端口（通道）。IO-Link设备可以连接到每个端口（点对点通信）。因此，IO-Link是一种点对点通信，而不是现场总线。

IO-Link 接口

IO-Link是一种串行，双向点对点连接，用于在任一网络，现场总线或背板总线下的信号传输和能量供应。

IP65/67中的连接技术

对于IP65/67中的连接技术，已经明确的一种可行方案是M12插头连接器，其中传感器通常具有4针插头，执行器具有5针插头。IO-Link主站通常有一个5针M12插座。

引脚分配根据IEC 60974-5-2规定如下：

引脚1：24 V

引脚3：0 V

引脚4：开关和通信线（C/Q）

除IO-Link通信外，这三个引脚还用于为设备提供至少200 mA的电流（见图2）。

图2：IO-Link设备的引脚分配

IP65/67中的端口类型

该规范区分了IO-Link主站的两种类型的端口：

端口A类（A型）

在这种类型中，未指定引脚2和5的功能。制造商定义了这些功能。引脚2通常被分配一个附加的数字通道。

图3：A类端口引脚分配

端口B类（B型）

这种类型提供额外的电源电压，并且适合于电力需量增加的设备的连接。在这种情况下，引脚2和5用于提供额外的（电气隔离）电源电压。为了使用这个附加电源电压，需要一个5芯标准电缆。

图4：B类端口引脚分配

连接电缆

设备通过非屏蔽3引脚或5引脚标准电缆连接到主设备，电缆长度最长为20 m，横截面》 = 0.34 mm2。屏蔽不是必需的。同样，铺设电缆时也不必遵循规范的准则。

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