Cos'è IO-Link
IO-Link è un protocollo di comunicazione digitale per l'automazione industriale, originariamente proposto da Siemens e ora uno standard internazionale. Ha lo scopo di consentire la connettività e la comunicazione tra apparecchiature industriali e sistemi di controllo. Facilita la comunicazione bidirezionale tra sensori, attuatori e altri dispositivi industriali con controller (come i PLC), consentendo la trasmissione in tempo reale-di dati e segnali di controllo.
IO-Link è un protocollo di comunicazione seriale (simile al bus I2C) che funge da standard di comunicazione tra controller di automazione industriale e attuatori o sensori industriali. Rappresenta lo standard tecnologico "ultimi piedi" per collegare le reti di comunicazione al campo.
Perché è necessario IO-Link?
La tecnologia IO-Link è essenziale grazie ai seguenti vantaggi tecnici:
Trasmissione e controllo dei dati-in tempo reale:Nell'automazione industriale, il trasferimento dei dati-in tempo reale è fondamentale per il controllo e il monitoraggio precisi delle apparecchiature. IO-Link fornisce un canale di comunicazione digitale affidabile e ad alta-velocità, consentendo a sensori e attuatori di trasmettere rapidamente dati ai sistemi di controllo per il controllo-e il monitoraggio in tempo reale.
IO-Link consente la comunicazione bidirezionale:Non solo riceve comandi e dati di configurazione dal sistema di controllo, ma trasmette anche parametri e informazioni di stato al sistema di controllo. Questa intelligenza consente ai dispositivi di adattarsi alle diverse esigenze di produzione e condizioni operative, migliorando la flessibilità della linea di produzione;
Installazione e manutenzione semplificate:I dispositivi IO-Link possono essere parametrizzati e configurati tramite comunicazione digitale, riducendo gli errori di configurazione manuale e semplificando i processi di installazione e manutenzione. Inoltre, IO-Link trasmette informazioni diagnostiche, aiutando gli ingegneri a identificare e risolvere rapidamente i problemi per ridurre al minimo i tempi di inattività.
Diagnosi dei guasti e manutenzione predittiva:I dati diagnostici trasmessi tramite IO-Link aiutano le aziende nella diagnosi dei guasti, consentendo il rilevamento e la risoluzione tempestivi dei problemi per ridurre le interruzioni e le perdite di produzione. Inoltre, monitorando lo stato dei dispositivi e i dati sulle prestazioni, diventa possibile la manutenzione predittiva, consentendo la prevenzione proattiva dei guasti delle apparecchiature e aumentando ulteriormente l’efficienza della produzione. Standardizzazione e interoperabilità: IO-Link è un protocollo di comunicazione standardizzato a livello internazionale. I dispositivi di produttori diversi aderiscono agli stessi standard di comunicazione, garantendo l'interoperabilità tra apparecchiature diverse. Ciò consente alle aziende di selezionare e integrare in modo flessibile dispositivi di diversi fornitori senza problemi di compatibilità.
Lo sviluppo di IO-Link
Il numero di nodi I0-Link è cresciuto esponenzialmente negli ultimi anni, raggiungendo i 6 milioni di nodi già nel 2017.
Modalità sensore
I tradizionali sensori di acquisizione dati rientrano in due categorie:
1. Sensori analogici:I valori del sensore analogico vengono convertiti in valori digitali tramite conversione A/D. Il microprocessore (uP) legge questi valori digitali, che vengono poi riconvertiti in segnali analogici tramite conversione D/A per la trasmissione al PLC. Il PLC riconverte questi segnali analogici in segnali digitali utilizzando il suo convertitore A/D. Il microprocessore del PLC legge i valori digitali per ottenere informazioni sul sensore.
2. Sensori digitali binari:Trasmette segnali di livello digitale binario tra il sensore e il PLC tramite le porte di uscita digitale (DO) e di ingresso digitale (DI).
Driver per sensore digitale binario a porta singola-
Innanzitutto, cos'è un driver del sensore? Cosa fa?
Un driver del sensore è un componente software o hardware che controlla e fa funzionare i dispositivi sensore, consentendo loro di funzionare correttamente e di comunicare con altri sistemi. Il ruolo di un driver del sensore è convertire le quantità fisiche generate dai sensori in segnali digitali,
quindi trasmettono questi segnali ad applicazioni o sistemi di-livello superiore per l'elaborazione, l'analisi e il processo decisionale-.
Da quanto ho capito, il driver del sensore funge da livello intermedio tra i sensori di-livello più basso e le applicazioni di-livello superiore. Senza questo intermediario, i segnali digitali o analogici raccolti dai sensori si propagherebbero semplicemente senza meta attraverso i circuiti. Una volta installato il driver del sensore, i dati raccolti dai sensori sottostanti ottengono un nome, una direzione e vari attributi. Ciò consente alle applicazioni di livello-superiore di riconoscere l'origine dei dati, comprendere quali quantità fisiche rappresentano ed emettere i comandi di azione corrispondenti.
Funzioni dei sensori e dei driver digitali binari:
Adattamento del segnale:I sensori digitali binari possono generare segnali digitali specifici che rappresentano diversi stati o eventi, come lo stato dell'interruttore o la pressione di pulsanti. I driver dei sensori adattano questi segnali in segnali elettrici leggibili e interpretabili da altri sistemi, come segnali di tensione.
Amplificazione o attenuazione del segnale:A volte i segnali di uscita del sensore richiedono un'amplificazione o un'attenuazione per soddisfare i successivi requisiti del circuito. I driver dei sensori possono amplificare o attenuare i segnali per garantire una trasmissione precisa del segnale;
Isolamento elettrico:Per isolare il rumore o l'interferenza tra i sensori e altri circuiti, i driver dei sensori forniscono l'isolamento elettrico, garantendo l'accuratezza e la stabilità dei segnali dei sensori;
Filtraggio del segnale:I sensori potrebbero essere influenzati dal rumore ambientale. I driver dei sensori possono fornire funzioni di filtraggio per eliminare questo rumore e fornire segnali più affidabili;
Conversione logica:I segnali di uscita di alcuni sensori digitali potrebbero richiedere una conversione logica, come l'inversione del segnale o la combinazione di più segnali. I driver dei sensori possono eseguire queste operazioni di conversione logica;
Alimentazione sensore:Alcuni sensori digitali potrebbero richiedere un'alimentazione esterna per funzionare correttamente. I driver del sensore possono fornire la tensione di alimentazione appropriata per il sensore;
Compatibilità dell'interfaccia:I driver dei sensori offrono varie opzioni di interfaccia per collegare i sensori a diversi sistemi o dispositivi, come segnali analogici, segnali digitali, comunicazione seriale, ecc.
Svantaggi dei driver per sensori digitali-binari a porta singola:
1. La trasmissione dei dati è di sola lettura unidirezionale-. Cosa succede se sono necessarie operazioni di controllo?
2. I dati hanno solo due stati: 0/1. Come si possono trasmettere più informazioni?
Sistema di dispositivi IO
I sensori IO-Link non mostrano deviazioni di misurazione
I segnali analogici tradizionali (temperatura, pressione, ecc.) richiedono la conversione tra formati analogici e digitali durante la trasmissione. Questo processo di conversione introduce discrepanze nei dati che influiscono sull'accuratezza dei risultati finali.
Quando sono collegati tramite IO-Link, i valori misurati vengono trasmessi digitalmente dal sensore direttamente al controller, garantendo che i valori dei dati trasmessi corrispondano sempre esattamente ai valori misurati.
La connettività IO-Link elimina inoltre la suscettibilità alle interferenze elettromagnetiche circostanti intrinseche alla tradizionale trasmissione del segnale analogico.Composizione della rete IO-Link
I0-Link può essere utilizzato con diversi dispositivi terminali:
Sensori:Temperatura, pressione, fotoelettrico, flusso... I sensori I0-Link forniscono dati del sensore digitalizzati e supportano la configurazione e il monitoraggio remoto.
Attuatori:Elettrovalvole, azionamenti motore, servoazionamenti... Questi attuatori consentono il controllo remoto, il monitoraggio e la diagnostica tramite I0-Link.
Convertitori da analogico-a-digitale (ADC/DAC):Collegando convertitori da digitale-ad-analogico, i segnali analogici possono essere emessi dalla rete IO-Link.
Dispositivi di identificazione:Come lettori/scrittori RFID, scanner di codici a barre, ecc., per abilitare le funzioni di identificazione e tracciamento degli oggetti.
Bus di interconnessione IO-Link (standard di cablaggio unificato)
Le connessioni IO-Link utilizzano i seguenti tre tipi di connettori distinti:
1. Cavo del segnale:Collega il master all'hub o al dispositivo terminale IO-Link. I segnali del livello fisico di IO-Link vengono trasmessi sul cavo del segnale (cavo standard a tre-core).
2. Cavo dati:Collega il master a dispositivi di controllo di livello-superiore, come apparecchiature Ethernet.
3. Cavo di alimentazione:Fornisce corrente elevata al master
Standard di cablaggio unificato IO-Link:
• L'IO-Link Master richiede solo un cavo standard a 3-core per collegare tutti i dispositivi IO-Link
• Sia i segnali di commutazione digitali che i segnali analogici possono comunicare dati con il controller-di livello superiore tramite questo cavo a 3 conduttori
• Previsione: in futuro, tutti i segnali analogici, RS232 e RS485 saranno sostituiti da IO-Link
Specifiche del sensore IO-Link
Sensore IO-Link=Sensore IO-Link (con interfaccia e logo IO-Link) + file di descrizione del dispositivo IODD + dichiarazione del produttore
La posizione dell'IO-Link nell'Internet industrialeL'ultimo metro alla rete
Comunicazione IO-Link
Interfacce di comunicazione e tipi di dati
Qual è la differenza tra il tipo A e il tipo B?
I dispositivi IO-Link master e slave comunicano tramite cablaggio fisico. I dispositivi master e slave sono fisicamente collegati tramite cavi, comprese linee di alimentazione, linee dati e linee di segnale. I tradizionali segnali del sensore/attuatore IO vengono periodicamente raccolti dal dispositivo master in modalità standard 10 (SI0). Come mostrato nella figura sopra, i pin 1-4 sono i pin di cablaggio fisico tra i dispositivi a 10 collegamenti.
Le funzioni di ciascun pin sono le seguenti:
I dati vengono trasmessi tramite il pin Pin4 utilizzando un protocollo UART seriale modulato a impulsi da 24 V-. I tipi di dati trasmessi includono dati di processo, parametri, diagnostica e altri dati di servizio.
In effetti, questi tipi di dati sono simili a quelli trasmessi in CANopen. Qui i dati di processo e di servizio corrispondono a PDO e SDO in CANopen.
La velocità di comunicazione tra i dispositivi IO-Link dipende dai dispositivi IO-Link collegati e funziona in tre modalità:
- 4.8 kBaud (COM1)
- 38.4 kBaud (COM2)
- 230.4 kBaud (COM3)
I tipi di dati per IO-Link sono mostrati nella tabella seguente:
Dati di processo: il tipo di dati più comune, utilizzato per trasmettere le quantità fisiche effettive misurate dai sensori, come temperatura, pressione, portata e altre misurazioni. I dati di processo vengono generalmente utilizzati nelle applicazioni di monitoraggio e controllo;
Dati di servizio:
Pacchetti dati di configurazione:Utilizzato per impostare e configurare parametri per dispositivi 10-Link, come frequenza di campionamento, modalità operativa, soglie, ecc. I dispositivi possono inviare pacchetti di configurazione per modificare il loro comportamento e funzionalità.
Pacchetti di dati diagnostici:Utilizzato per trasmettere informazioni diagnostiche sui dispositivi, inclusi codici di errore, messaggi di avviso, stati di errore, ecc. Questi pacchetti assistono i sistemi nella diagnosi e nella manutenzione dei guasti.
Pacchetti di identificazione:Trasmettere identificatori univoci del dispositivo, informazioni sulla produzione, ecc. (per prevenire la circolazione di merci contraffatte). Questi dati aiutano l'identificazione del sistema e la gestione di dispositivi distinti.
Pacchetti di stato:Trasmettere lo stato operativo del dispositivo, il tempo di esecuzione (per la registrazione del tempo di supporto tecnico), le informazioni sugli allarmi, le modifiche di stato e i relativi dettagli.
Pacchetti di capacità del dispositivo:Trasmettere informazioni funzionali e caratteristiche del dispositivo, come modalità operative supportate, formati dati, ecc.
I/O standard:Trasmette segnali attivati da eventi-, come eventi attivati quando un dispositivo raggiunge un determinato stato o condizione.
Il diagramma sopra illustra il processo di trasmissione dei dati tra un dispositivo IO-Link master e IO-Link slave. Dimostra i vantaggi di IO-Link rispetto ai sensori tradizionali nel trasferimento dei dati. L'emergere della tecnologia IO-Link consente ai sensori non solo di raccogliere dati e caricarli su sistemi di-livello superiore, ma consente anche ai sistemi di-livello superiore di inviare dati a sensori o attuatori. Inoltre, il processo di trasmissione dei dati è estremamente veloce e richiede in genere solo 2-3 millisecondi.
IO-Collega sviluppo e test di dispositivi
Sviluppo di dispositivi IO-Link
Definizione dell'applicazione:
1. Funzionalità dell'attuatore o del sensore
2. Definire i dati ciclici (dati di processo)
3. Funzioni del dispositivo IO-Link (parametri, eventi, comandi di sistema, archiviazione dati)
Selezione MCU:
- COM2: processore consigliato a 8 bit
- COM3: consigliato 16-bit, ad esempio Cortex-M0 o superiore
Parametri prestazionali tipici:
- 6-15 MHz
- Flash: ±16 kByte
- RAM: ±0,5 kByte
- Consumo attuale:<10 mA
Selezione del chip PHY:.
Due tipici chip PHY.
Funzioni di base.
Rilevamento automatico della richiesta di riattivazione (WURQ).
RX,TX CIQ.
Abilitazione TX.
Tutte le velocità di comunicazione, uscita Hi-side, Low-side, Push-Pull.
Elaborazione frame integrata.
SPI, I2C
.UART
.Caratteristiche aggiuntive
.LDO, convertitore CC/CC
.Sensore di temperatura
.Protezione da inversione di polarità
Oscillatore .RC/PLL in sostituzione del cristallo
.Modalità di commutazione: NPN, PNP, Push-Pull...
.Hot swap, protezione della linea...
PS: Cos'è un chip PHY?
Un chip PHY, abbreviazione di Physical Layer chip, si riferisce a un circuito integrato utilizzato nelle reti di computer per gestire le comunicazioni del livello fisico. Lo strato fisico è uno strato all'interno dell'architettura della rete informatica responsabile della gestione della trasmissione fisica dei dati e della conversione del segnale elettrico. Trasforma i dati logici in un formato di segnale adatto alla trasmissione sulla rete. I chip PHY vengono generalmente utilizzati per connettere computer, server, router, switch e altri dispositivi di rete, consentendo la trasmissione fisica dei dati tra i collegamenti.
I chip PHY vengono applicati su vari protocolli di rete, con esempi comuni tra cui:
• Chip PHY Ethernet:Utilizzato per la comunicazione Ethernet, convertendo i frame di dati in segnali elettrici appropriati per la trasmissione su Ethernet.
• Chip USB PHY:Impiegato nelle interfacce USB (Universal Serial Bus), gestendo il trasferimento di dati e la conversione del segnale elettrico per dispositivi USB.
• Chip PCIe PHY:Utilizzato per le interfacce PCI Express, che gestiscono la trasmissione di dati ad alta-velocità tra dispositivi PCIe.
• Chip PHY di comunicazione wireless:Nelle comunicazioni wireless come WiFi, Bluetooth e reti mobili, i chip PHY convertono i dati in segnali wireless e viceversa.
• Chip PHY di comunicazione in fibra ottica:Utilizzato per la comunicazione in fibra ottica, convertendo i dati in segnali ottici per la trasmissione attraverso la fibra.
Test di coerenza:
Perché eseguire test di conformità?
I test di conformità verificano se dispositivi, sistemi o applicazioni sono implementati correttamente e funzionano secondo lo standard IO-Link.
I test di conformità devono essere condotti prima della pubblicazione di un MD.
Il gruppo di lavoro IO-Link Quality Working Group è responsabile della stesura e del mantenimento della documentazione.
Il documento descrive in dettaglio le specifiche tecniche per il test del master e del dispositivo.
Include le specifiche per le informazioni sulle apparecchiature di prova.
Accesso ai documenti: IO-Link al sito web ufficiale
Articoli di prova
• Test del livello fisico: richiede apparecchiature elettroniche e viene generalmente eseguito manualmente
• Test del protocollo: deve essere condotto utilizzando un sistema di test del protocollo approvato dal comitato tecnico IO-Link
• Test EMC: i test EMC sono specificati nelle specifiche dell'interfaccia IO-Link e richiedono apparecchiature di test di compatibilità elettromagnetica dedicate
Processo di test di coerenza
Configurazione IO-Link su bus diversi
La relazione tra IO-Link e sistemi bus
Come mostrato nello schema precedente, 10-Link non influisce sul bus di sistema. Al contrario, 10-Link colma "l'ultimo miglio" tra controller e sensori/attuatori. Non compete con l’autobus ma piuttosto migliora l’integrazione e la standardizzazione del sistema.
. 10-Link non si basa sulle tecnologie bus esistenti e può essere integrato in esse.
Utilizza connettori standard M12 e M8 con cavi a 3 e 5 pin.
Interfaccia unificata in grado di trasmettere D1, DO, segnali analogici, ecc.
Riepilogo configurazione collegamento IO-.
IO-Link è compatibile con i protocolli bus tradizionali.
I componenti del sistema IO-Link sono semplici, facili da assemblare e richiedono pochi cavi di comunicazione.
La configurazione è simile su diversi bus; la comunicazione viene ottenuta in base alla dimensione dei dati di processo di ingresso/uscita richiesta dello slave.
IO-La diagnostica della comunicazione di collegamento è facile da implementare!.
La comunicazione IO-Link acquisisce facilmente vari dati del dispositivo, facilitando la manutenzione e il monitoraggio
IO-Collega stack di protocolli software del dispositivo
Lo stack di protocolli software del dispositivo AsiaInfo IO-Link è progettato sulla base della scheda di valutazione dispositivo AsiaInfo Electronics AXM-IOLS IO-Link, dotata del microcontroller STM32F469AI di STMicroelectronics e sviluppato all'interno dell'ambiente di sviluppo IDE STM32Cube. Questa suite di stack software include la libreria di prova per lo stack di protocolli software del dispositivo AsiaInfo IO-Link, i driver dei sensori IO-Link e le applicazioni dimostrative. L'architettura software dello stack di protocolli software per dispositivi IO-Link AsiaInfo si basa sul kit di sviluppo software STEVAL-BFA001V2 di STMicroelectronics, integrando la libreria di stack di protocolli software per dispositivi IO-Link sviluppata in modo indipendente da AsiaInfo. I clienti che utilizzano AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board possono condurre-test e valutazioni completi della libreria di prova AXM IO-Link Device Software Protocol Stack Trial Library entro il periodo di prova di 72 ore dopo l'attivazione, esclusa la funzionalità di aggiornamento del firmware.
Caratteristiche
• Conforme all'interfaccia IO-Link e alle specifiche di sistema V1.1.3
• Retrocompatibile con i master IO-Link V1.0
• Il codice sorgente è conforme allo standard ANSI-C 99
• Supporta gli aggiornamenti del firmware tramite l'interfaccia IO-Link
• Modalità operative: modalità IO-Link e modalità I/O standard
• Supporta la comunicazione ISDU e l'archiviazione dei dati
• Raggiunge uno scambio coerente dei dati di processo (PDE) tramite buffer alternati
• Supporta tutti i tipi di telegrammi e velocità di trasmissione: 4,8 Kbps (COM1), 38,4 Kbps (COM2) e 230,4 Kbps (COM3)
• Ingombro minimo: RAM < 1 KB, Flash < 10 KB
• Sviluppato sulla base della scheda di valutazione dispositivo AXM-IOLS IO-Link con ST L6362A IO-Link transc
Applicazioni del prodotto
Sensori IO-Link
Sensori di temperatura/umidità/pressione/fotoelettrici/di visione/gesti ToF, ecc.
Attuatori IO-Link
Attuatori per valvole/Controllo motore/Segnali LED intelligenti, ecc.
Hub IO-Link
IO-Collega Isole Valvole
