Šta je IO-link
IO-Link je digitalni komunikacijski protokol za industrijsku automatizaciju, koji je prvobitno predložio Siemens, a sada je međunarodni standard. Cilj mu je omogućiti povezivanje i komunikaciju između industrijske opreme i kontrolnih sistema. Omogućava dvosmjernu komunikaciju između senzora, aktuatora i drugih industrijskih uređaja sa kontrolerima (kao što su PLC-ovi), omogućavajući-prenos podataka i kontrolnih signala u stvarnom vremenu.
IO-Link je serijski komunikacijski protokol (sličan I2C magistrali) koji služi kao standard komunikacije između industrijskih automatizacijskih kontrolera i industrijskih aktuatora ili senzora. Predstavlja tehnološki standard "posljednjih nekoliko stopa" za premošćavanje komunikacionih mreža na terenu.
Zašto je potrebna IO-linka?
IO-Tehnologija veze je neophodna zbog sljedećih tehničkih prednosti:
Prijenos i kontrola{0}} podataka u stvarnom vremenu:U industrijskoj automatizaciji, prijenos podataka-u realnom vremenu je ključan za preciznu kontrolu i nadzor opreme. IO-Link obezbjeđuje-brzi, pouzdan digitalni komunikacioni kanal, omogućavajući senzorima i aktuatorima da brzo prenose podatke kontrolnim sistemima za kontrolu i praćenje u stvarnom{4}}vremenu.
IO-Link omogućava dvosmjernu komunikaciju:On ne samo da prima komande i podatke o konfiguraciji od kontrolnog sistema, već i prenosi parametre i informacije o statusu nazad u kontrolni sistem. Ova inteligencija omogućava uređajima da se prilagode različitim proizvodnim zahtjevima i radnim uvjetima, povećavajući fleksibilnost proizvodne linije;
Pojednostavljena instalacija i održavanje:IO-Link uređaji se mogu parametrirati i konfigurirati putem digitalne komunikacije, smanjujući greške pri ručnom postavljanju i pojednostavljujući procese instalacije i održavanja. Osim toga, IO-Link prenosi dijagnostičke informacije, pomažući inženjerima da brzo identifikuju i riješe probleme kako bi minimizirali zastoje.
Dijagnostika kvarova i prediktivno održavanje:Dijagnostički podaci koji se prenose putem IO-Link-a pomažu preduzećima u dijagnostici kvarova, omogućavajući pravovremeno otkrivanje i rješavanje problema kako bi se smanjili prekidi i gubici u proizvodnji. Nadalje, praćenjem statusa uređaja i podataka o performansama, prediktivno održavanje postaje ostvarivo, omogućavajući proaktivnu prevenciju kvarova opreme i dalje povećavajući efikasnost proizvodnje. Standardizacija i interoperabilnost: IO-Link je međunarodno standardizirani komunikacijski protokol. Uređaji različitih proizvođača pridržavaju se istih komunikacijskih standarda, osiguravajući interoperabilnost između različite opreme. Ovo omogućava preduzećima da fleksibilno biraju i integrišu uređaje različitih dobavljača bez brige o kompatibilnosti.
Razvoj IO-Link
Broj I0-Link čvorova je eksponencijalno rastao posljednjih godina, dostigavši 6 miliona čvorova već 2017.
Senzor Mode
Tradicionalni senzori za prikupljanje podataka dijele se u dvije kategorije:
1. Analogni senzori:Vrijednosti analognog senzora se pretvaraju u digitalne vrijednosti putem A/D konverzije. Mikroprocesor (uP) čita ove digitalne vrednosti, koje se zatim konvertuju nazad u analogne signale preko D/A konverzije za prenos na PLC. PLC ponovo konvertuje ove analogne signale u digitalne signale koristeći svoj A/D konvertor. Mikroprocesor PLC-a čita digitalne vrijednosti kako bi dobio informacije senzora.
2. Binarni digitalni senzori:Prenosite binarne digitalne signale nivoa između senzora i PLC-a preko digitalnog izlaza (DO) i digitalnog ulaza (DI).
Upravljački program binarnog digitalnog senzora sa jednim portom
Prvo, šta je upravljački program senzora? šta to radi?
Senzorski upravljački program je softverska ili hardverska komponenta koja kontroliše i upravlja senzorskim uređajima, omogućavajući im da ispravno funkcionišu i komuniciraju sa drugim sistemima. Uloga pokretača senzora je da pretvori fizičke veličine koje generiraju senzori u digitalne signale,
zatim prenijeti ove signale u aplikacije ili sisteme višeg-nivoa za obradu, analizu i-donošenje odluka.
Koliko sam shvatio, upravljački program senzora služi kao posredni sloj između najnižeg-senzora i aplikacija višeg-nivoa. Bez ovog posrednika, digitalni ili analogni signali prikupljeni senzorima jednostavno bi se besciljno širili kroz kola. Sa instaliranim upravljačkim programom senzora, podaci prikupljeni od strane senzora dobijaju ime, pravac i različite atribute. Ovo omogućava aplikacijama višeg-nivoa da prepoznaju porijeklo podataka, razumiju koje fizičke veličine oni predstavljaju i izdaju odgovarajuće naredbe za akciju.
Funkcije binarnih digitalnih senzora i drajvera:
Adaptacija signala:Binarni digitalni senzori mogu generirati specifične digitalne signale koji predstavljaju različita stanja ili događaje, kao što su status prekidača ili pritiskanje gumba. Drajveri senzora prilagođavaju ove signale u električne signale koje drugi sistemi mogu čitati i interpretirati, kao što su naponski signali.
Pojačavanje ili slabljenje signala:Ponekad izlazni signali senzora zahtijevaju pojačanje ili slabljenje kako bi se zadovoljili naknadni zahtjevi kruga. Drajveri senzora mogu pojačati ili prigušiti signale kako bi osigurali precizan prijenos signala;
električna izolacija:Da bi se izolovali šum ili smetnje između senzora i drugih kola, upravljački programi senzora obezbeđuju električnu izolaciju, obezbeđujući tačnost i stabilnost senzorskih signala;
Filtriranje signala:Na senzore može uticati buka iz okoline. Upravljački programi senzora mogu obezbijediti funkcije filtriranja kako bi eliminisali ovaj šum i isporučili pouzdanije signale;
Logička konverzija:Neki izlazni signali digitalnih senzora mogu zahtijevati logičku konverziju, kao što je inverzija signala ili kombinovanje više signala. Upravljački programi senzora mogu izvršiti ove operacije logičke konverzije;
Napajanje senzora:Neki digitalni senzori mogu zahtijevati vanjsko napajanje da bi ispravno funkcionirali. Drajveri senzora mogu obezbediti odgovarajući napon napajanja za senzor;
Kompatibilnost interfejsa:Upravljački programi senzora nude različite opcije interfejsa za povezivanje senzora na različite sisteme ili uređaje, kao što su analogni signali, digitalni signali, serijska komunikacija itd.
Nedostaci drajvera binarnih digitalnih senzora s jednim-portom:
1. Prijenos podataka je jednosmjeran{1}}samo za čitanje. Šta ako su potrebne kontrolne operacije?
2. Podaci imaju samo dva stanja: 0/1. Kako se može prenijeti više informacija?
Sistem IO uređaja
IO-Senzori veze ne pokazuju odstupanje mjerenja
Tradicionalni analogni signali (temperatura, pritisak, itd.) zahtevaju konverziju između analognog i digitalnog formata tokom prenosa. Ovaj proces konverzije dovodi do odstupanja podataka koja utiču na tačnost konačnih rezultata.
Kada je povezan preko IO-Link-a, izmjerene vrijednosti se digitalno prenose sa senzora direktno na kontroler, osiguravajući da vrijednosti prenesenih podataka uvijek tačno odgovaraju izmjerenim vrijednostima.
IO-Link povezivanje također eliminiše podložnost okolnim elektromagnetnim smetnjama svojstvenim tradicionalnom prijenosu analognog signala.Sastav IO-Link mreže
I0-Link se može koristiti sa raznim krajnjim uređajima:
Senzori:Temperatura, pritisak, fotoelektrični, protok... I0-Link senzori obezbeđuju digitalizovane podatke senzora i podržavaju daljinsko konfigurisanje i nadzor.
aktuatori:Elektromagnetni ventili, motori, servo pogoni... Ovi aktuatori omogućavaju daljinsko upravljanje, nadzor i dijagnostiku preko I0-Link-a.
Analogni{0}}u-digitalni pretvarači (ADC/DAC):Povezivanjem digitalnih-na-analognih pretvarača, analogni signali se mogu emitovati iz IO-Link mreže.
Uređaji za identifikaciju:Kao što su RFID čitači/pisači, skeneri bar kodova, itd., kako bi se omogućile funkcije identifikacije objekata i praćenja.
IO{0}}Sabirnica za povezivanje veze (jedinstveni standard ožičenja)
IO-Veze veze koriste sljedeća tri različita tipa konektora:
1. Signalni kabl:Povezuje master sa čvorištem ili IO-Link terminalnim uređajem. Signali fizičkog sloja IO-linka se prenose preko signalnog kabla (standardni trožilni kabl).
2. Data kabl:Povezuje master sa kontrolnim uređajima višeg-nivoa, kao što je Ethernet oprema.
3. Kabl za napajanje:Napaja veliku struju do mastera
IO-Link Unified Wiring Standard:
• IO-Link Master zahtijeva samo standardni kabl sa 3-jezgre za povezivanje svih IO-Link uređaja
• I signali digitalnog prekidača i analogni signali mogu komunicirati podatke s kontrolerom višeg-nivoa putem ovog 3-žilnog kabla
• Predviđanje: U budućnosti će svi analogni signali, RS232 i RS485 biti zamijenjeni IO-linkom
IO-Specifikacija senzora veze
IO-Senzor veze=IO-Senzor veze (sa IO-Interfejsom veze i logotipom) + fajl opisa IODD uređaja + deklaracija proizvođača
Položaj IO-linka u industrijskom internetuPoslednji 1 metar do mreže
IO-Link komunikacija
Komunikacioni interfejsi i tipovi podataka
Koja je razlika između tipa A i tipa B?
IO-Master i slave uređaji veze komuniciraju putem fizičkog ožičenja. Glavni i podređeni uređaji su fizički povezani putem kablova, uključujući električne vodove, vodove podataka i signalne vodove. Tradicionalne signale IO senzora/aktivatora periodično prikuplja glavni uređaj u standardnom 10 (SI0) načinu rada. Kao što je prikazano na gornjoj slici, pinovi 1-4 su pinovi fizičkog ožičenja između 10-Link uređaja.
Funkcije svakog pina su sljedeće:
Podaci se prenose preko Pin4 pina koristeći 24V impulsno-moduliran serijski UART protokol. Tipovi prenesenih podataka uključuju procesne podatke, parametre, dijagnostiku i druge servisne podatke.
U stvari, ovi tipovi podataka su slični onima koji se prenose u CANopen-u. Ovdje procesni i servisni podaci odgovaraju PDO i SDO u CANopen-u.
Brzina komunikacije između IO-Link uređaja zavisi od povezanih IO-Link uređaja i radi u tri načina:
- 4.8 kBaud (COM1)
- 38.4 kBaud (COM2)
- 230.4 kBaud (COM3)
Tipovi podataka za IO-link su prikazani u tabeli ispod:
Procesni podaci: Najčešći tip podataka, koji se koristi za prijenos stvarnih fizičkih veličina mjerenih senzorima, kao što su temperatura, pritisak, brzina protoka i druga mjerenja. Podaci o procesu se obično koriste u aplikacijama za praćenje i kontrolu;
Servisni podaci:
Paketi podataka o konfiguraciji:Koristi se za postavljanje i konfiguraciju parametara za 10-Link uređaje, kao što su brzina uzorkovanja, način rada, pragovi, itd. Uređaji mogu slati konfiguracijske pakete kako bi modificirali svoje ponašanje i funkcionalnost.
Dijagnostički paketi podataka:Koriste se za prenos dijagnostičkih informacija o uređajima, uključujući kodove grešaka, poruke upozorenja, statuse greške, itd. Ovi paketi pomažu sistemima u dijagnostici i održavanju kvarova.
Identifikacioni paketi:Prenesite jedinstvene identifikatore uređaja, informacije o proizvodnji itd. (kako biste spriječili cirkulaciju krivotvorene robe). Ovi podaci pomažu identifikaciji sistema i upravljanju različitim uređajima.
Statusni paketi:Prenesite operativni status uređaja, vrijeme rada (za bilježenje vremena tehničke podrške), informacije o alarmu, promjene statusa i povezane detalje.
Paketi mogućnosti uređaja:Prenesite funkcionalne i karakteristične informacije uređaja, kao što su podržani načini rada, formati podataka itd.
Standardni I/O:Prenosi signale{0}}pokrenute događajima, kao što su događaji koji se aktiviraju kada uređaj dostigne određeno stanje ili stanje.
Gornji dijagram ilustruje proces prijenosa podataka između IO-master veze i IO-slave uređaja. On demonstrira prednosti IO-linka u odnosu na tradicionalne senzore u prijenosu podataka. Pojava IO-Link tehnologije omogućava senzorima ne samo da prikupljaju podatke i otpremaju ih u sisteme višeg-nivoa, već i omogućava sistemima višeg-nivoa da šalju podatke senzorima ili aktuatorima. Osim toga, proces prijenosa podataka je izuzetno brz, obično traje samo 2-3 milisekunde.
IO-Link razvoj i testiranje uređaja
IO-Poveži razvoj uređaja
Definicija aplikacije:
1. Funkcionalnost aktuatora ili senzora
2. Definirajte ciklične podatke (procesni podaci)
3. IO-Funkcije uređaja za povezivanje (parametri, događaji, sistemske komande, pohrana podataka)
MCU izbor:
- COM2: Preporučeni 8-bitni procesor
- COM3: Preporučeni 16-bit, npr. Cortex-M0 ili noviji
Tipični parametri performansi:
- 6-15 MHz
- Flash: ±16 kByte
- RAM: ±0,5 kByte
- Trenutna potrošnja:<10 mA
PHY odabir čipa:.
Dva tipična PHY čipa.
Osnovne funkcije.
Automatsko otkrivanje-zahtjeva za buđenje (WURQ).
RX, TX CIQ.
TX omogućen.
Sve brzine komunikacije, Hi-strana, Niska-strana, Push-povlačenje izlaz.
Integrirana obrada okvira.
SPI, I2C
.UART
.Dodatne karakteristike
.LDO, DC/DC pretvarač
.Senzor temperature
.Zaštita od obrnutog polariteta
.RC oscilator / PLL kao zamjena za kristal
.Promjena načina rada: NPN, PNP, Push-Pull...
.Hot zamjena, zaštita linije...
PS: Šta je PHY čip?
PHY čip, skraćenica za Physical Layer chip, odnosi se na integrisano kolo koje se koristi u računarskim mrežama za upravljanje komunikacijama fizičkog sloja. Fizički sloj je sloj unutar arhitekture računarske mreže odgovoran za upravljanje fizičkim prijenosom podataka i konverzijom električnog signala. On pretvara logičke podatke u format signala pogodan za prijenos preko mreže. PHY čipovi se obično koriste za povezivanje računara, servera, rutera, prekidača i drugih mrežnih uređaja, omogućavajući fizički prenos podataka između veza.
PHY čipovi se primjenjuju na različite mrežne protokole, s uobičajenim primjerima koji uključuju:
• Ethernet PHY čipovi:Koristi se za Ethernet komunikaciju, pretvarajući okvire podataka u odgovarajuće električne signale za prijenos preko Etherneta.
• USB PHY čipovi:Zaposlen u USB (Universal Serial Bus) sučeljima, rukovanju prijenosom podataka i pretvaranjem električnih signala za USB uređaje.
• PCIe PHY čipovi:Koristi se za PCI Express interfejse, rukovanje brzim{0}}prijenosom podataka između PCIe uređaja.
• PHY čipovi za bežičnu komunikaciju:U bežičnim komunikacijama kao što su WiFi, Bluetooth i mobilne mreže, PHY čipovi pretvaraju podatke u bežične signale i obrnuto.
• Fiber optički komunikacioni PHY čipovi:Koristi se za komunikaciju putem optičkih vlakana, pretvarajući podatke u optičke signale za prijenos kroz vlakna.
Ispitivanje konzistentnosti:
Zašto vršiti testiranje usklađenosti?
Testiranje usklađenosti potvrđuje da li su uređaji, sistemi ili aplikacije ispravno implementirani i rade u skladu sa IO-Link standardom.
Ispitivanje usklađenosti mora se provesti prije objavljivanja MD.
IO-Radna grupa za kvalitet veze je odgovorna za izradu i održavanje dokumentacije.
Dokument detaljno opisuje tehničke specifikacije za testiranje glavnog i uređaja.
Sadrži specifikacije za informacije o opremi za testiranje.
Pristup dokumentu: IO-Link službena web stranica
Test Items
• Test fizičkog sloja: Zahtijeva elektronsku opremu i obično se izvodi ručno
• Testiranje protokola: Mora se provesti korištenjem sistema za testiranje protokola koji je odobrio IO-Link tehnički komitet
• EMC test: EMC testiranje je navedeno u specifikaciji IO-Link interfejsa i zahtijeva namjensku opremu za testiranje elektromagnetne kompatibilnosti
Proces testiranja konzistentnosti
IO-Konfiguracija veze na različitim sabirnicama
Odnos između IO-link i sabirničkih sistema
Kao što je prikazano na dijagramu iznad, 10-Link ne utiče na sistemsku magistralu. Naprotiv, 10-Link premošćuje "posljednju milju" između kontrolera i senzora/aktuatora. Ne takmiči se sa sabirnicom, već poboljšava integraciju i standardizaciju sistema.
. 10-Link se ne oslanja na postojeće tehnologije sabirnice i može se integrirati u njih.
Koristi standardne M12 i M8 konektore sa 3-pinskim i 5-pinskim kablovima.
Unificirani interfejs sposoban za prijenos D1, DO, analognih signala, itd.
IO-Sažetak konfiguracije veze.
IO-Link je kompatibilan sa mainstream protokolima sabirnice.
IO-Komponente sistema veze su jednostavne, lako se sklapaju i imaju niske zahtjeve za komunikacijskim kablovima.
Konfiguracija je slična na različitim sabirnicama; komunikacija se ostvaruje na osnovu potrebne veličine ulazno/izlaznih procesnih podataka slave-a.
IO-Dijagnostiku komunikacije veze je lako implementirati!.
IO-Link komunikacija lako preuzima različite podatke uređaja, olakšavajući održavanje i nadzor
IO-Stog protokola za povezivanje softvera uređaja
AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack je dizajniran na osnovu AsiaInfo Electronics AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board, koji sadrži STMicroelectronics STM32F469AI mikrokontroler i razvijen u STM32Cube IDE razvojnom okruženju. Ovaj softverski paket uključuje probnu biblioteku za AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack, IO-Upravljačke programe za senzore veze i demonstracijske aplikacije. Arhitektura softvera AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack je izgrađena na STMicroelectronics-ovom STEVAL-BFA001V2 kompletu za razvoj softvera, integrirajući AsiaInfo nezavisno razvijenu IO-Link biblioteku softverskog protokola protokola uređaja. Korisnici koji koriste AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board mogu provesti kompletno-obuhvatno testiranje i evaluaciju AXM IO-Link Device Software Protocol Stack Trial Library unutar probnog perioda od 72 sata nakon aktivacije funkcionalnosti firmvera, isključujući.
Karakteristike
• Usklađen sa IO-Interfejsom veze i specifikacijom sistema V1.1.3
• Kompatibilan unatrag sa IO-Link V1.0 masterima
• Izvorni kod je u skladu sa ANSI-C 99 standardom
• Podržava ažuriranja firmvera putem IO-Link interfejsa
• Načini rada: IO-Link mod i standardni I/O mod
• Podržava ISDU komunikaciju i skladištenje podataka
• Postiže dosljednu razmjenu procesnih podataka (PDE) putem naizmjeničnih bafera
• Podržava sve vrste telegrama i brzine prenosa: 4,8Kbps (COM1), 38,4Kbps (COM2) i 230,4Kbps (COM3)
• Minimalni otisak: RAM < 1KB, Flash < 10KB
• Razvijeno na osnovu AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board-a sa ST L6362A IO-Link transc
Primjena proizvoda
IO{0}}Link senzori
Senzori za temperaturu/Vlažnost/Pritisak/Fotoelektrični/Vision/ToF gesture, itd.
IO{0}}Aktuatori veze
Pogoni ventila/Kontrola motora/Pametni LED farovi, itd.
IO{0}}Link Hubs
IO-Link Valve Islands
