IO-Link
IO-Link to dwukierunkowy, cyfrowy, punkt-punkt, przewodowy (lub bezprzewodowy ) przemysłowy standard komunikacji sieciowej krótkiego zasięgu ( IEC 61131-9 ) używany do podłączania cyfrowych czujników i elementów wykonawczych do przemysłowej magistrali polowej lub rodzaj przemysłowego Ethernetu. Jego celem jest zapewnienie platformy technologicznej umożliwiającej rozwój i wykorzystanie czujników i elementów wykonawczych które mogą wytwarzać i konsumować wzbogacone zestawy danych, które z kolei można wykorzystać do ekonomicznej optymalizacji zautomatyzowanych procesów i operacji przemysłowych. Standard technologiczny jest zarządzany przez stowarzyszenie branżowe Profibus i Profinet International.
Przegląd systemu
System IO-Link składa się z urządzenia nadrzędnego IO-Link i jednego lub więcej urządzeń IO-Link, tj. czujników lub elementów wykonawczych . Master IO-Link zapewnia interfejs do sterownika nadrzędnego ( PLC ) i steruje komunikacją z podłączonymi urządzeniami IO-Link.
Master IO-Link może mieć jeden lub więcej portów IO-Link, do których można podłączyć tylko jedno urządzenie w danej chwili. Może to być również „koncentrator”, który jako koncentrator umożliwia podłączenie klasycznych czujników przełączających i elementów wykonawczych.
Urządzenie IO-Link może być inteligentnym czujnikiem, siłownikiem, hubem lub, dzięki dwukierunkowej komunikacji, również elementem mechatronicznym, np. chwytakiem lub zasilaczem ze złączem IO-Link. Inteligentny w odniesieniu do IO-Link oznacza, że urządzenie posiada dane identyfikacyjne, np. oznaczenie typu i numer seryjny lub dane parametrów (np. czułości, opóźnienia przełączania lub charakterystyki), które można odczytywać lub zapisywać za pośrednictwem protokołu IO-Link. Umożliwia to na przykład zmianę parametrów przez PLC podczas pracy. Inteligentny oznacza jednak również, że może dostarczać szczegółowych informacji diagnostycznych. IO-Link i przesyłane z nim dane są często wykorzystywane do konserwacji zapobiegawczej i serwisowania, np. możliwe jest ustawienie czujnika optycznego w taki sposób, aby z odpowiednim wyprzedzeniem zgłaszał przez IO-Link, jeśli grozi zabrudzeniem. Czyszczenie nie jest już zaskoczeniem i blokuje produkcję; można go teraz umieścić na przerwie produkcyjnej.
Parametry czujników i elementów wykonawczych są specyficzne dla urządzenia i technologii, dlatego informacje o parametrach w postaci IODD ( IO Device Description) z językiem opisu XML . Społeczność IO-Link zapewnia interfejsy do „IODD Finder”, które mogą być używane przez inżynierów lub narzędzia główne do prezentowania odpowiedniego IODD dla urządzenia.
Złącze
Okablowanie ma postać nieekranowanych, trzy- lub pięciożyłowych kabli o długości nie przekraczającej dwudziestu metrów oraz znormalizowanego cztero- lub pięciostykowego złącza. Przyporządkowanie styków urządzenia głównego i urządzenia opiera się na specyfikacjach zawartych w normie IEC 60947-5-2. W przypadku modułu głównego zdefiniowane są dwie klasy portów, klasa portu A i klasa portu B. Port klasy A wykorzystuje złącza M5, M8 lub M12 z maksymalnie czterema stykami. Port klasy B wykorzystuje tylko złącza M12 z 5 pinami. Złącza M12 są mechanicznie kodowane „A” zgodnie z normą IEC 61076-2-101. Złącza żeńskie są przypisane do urządzenia nadrzędnego, a męskie do urządzenia.
Na pin 1 master do pinu 3 doprowadzane jest napięcie 24V DC o max. 200 mA dla opcjonalnego zasilania urządzenia IO-Link. Styk 4 jest używany jako wejście cyfrowe (DI) lub wyjście cyfrowe (DO) zgodnie ze specyfikacją IEC 61131-2, aby zapewnić kompatybilność wsteczną z czujnikami zbliżeniowymi zgodnie z IEC60947-5-2 lub innymi czujnikami lub przełącznikami elektrycznymi .
Master IO-Link wysyła impuls prądu budzenia, aby przełączyć urządzenie IO-Link ze stanu szeregowego wejścia-wyjścia (SIO) do stanu interfejsu komunikacji cyfrowej (SDCI). W stanie SDCI master IO-Link wymienia ramki informacyjne z urządzeniem IO-Link.
W porcie klasy A piny 2 i 5 nie są połączone (NC). W porcie klasy B piny 2 i 5 można skonfigurować jako NC, DI, DO lub dodatkowe zasilanie.
Protokół
Protokół komunikacyjny IO-Link składa się z portów komunikacyjnych, trybów komunikacji, typów danych i prędkości transmisji. Porty są fizycznie zlokalizowane na urządzeniu nadrzędnym i zapewniają mu możliwość łączenia się z urządzeniami końcowymi oraz mostkowania z magistralą polową lub siecią Ethernet. Istnieją cztery tryby komunikacji, które można zastosować do portu podłączonego do urządzenia końcowego: IO-Link, DI, DQ i dezaktywowany. Tryb IO-Link konfiguruje port do komunikacji dwukierunkowej, tryb DI konfiguruje go jako wejście, DQ konfiguruje go jako wyjście, a Deactivated po prostu dezaktywuje port. Istnieją cztery typy danych: dane procesowe, dane stanu wartości, dane urządzenia i dane zdarzenia. Protokół można skonfigurować do pracy z szybkością transmisji 4,8 kiloboda, 38,4 kiloboda lub 230,4 kiloboda. Minimalny czas transmisji przy 230,4 kilobodach wynosi 400 mikrosekund. Narzędzie inżynierskie służy do konfigurowania urządzenia nadrzędnego do pracy jako most sieciowy.
Bezprzewodowe połączenie IO-Link
IO-Link Wireless jest rozszerzeniem IO-Link na poziomie fizycznym. Bezprzewodowy moduł główny IO-Link („W-Master”) zachowuje się jak moduł główny w systemie nadrzędnym. Istnieją tylko porty wirtualne „w dół” do urządzeń bezprzewodowych IO-Link („W-Devices”).
Cykl transmisji składa się z dwóch faz. Aby przesłać dane wyjściowe, W master wysyła Multicast -W ( łącze w dół ) z danymi dla urządzeń W w przydzielonych szczelinach czasowych. Następnie W-Master przechodzi do odbioru i zbiera w Uplink Dane z W-Devices, które transmitują jedno po drugim zgodnie z uzgodnionym ustalonym schematem.
W celu zabezpieczenia transmisji stosuje się przeskakiwanie częstotliwości i czarną listę kanałów.
Bezpieczeństwo IO-Link
IO-Link Safety jest rozszerzeniem IO-Link, zapewniając dodatkową warstwę komunikacji bezpieczeństwa na istniejących warstwach master i device, które w ten sposób stają się "FS master" i "FS device". Mówi się również o zasadzie Czarnego Kanału. Koncepcja została przetestowana przez TÜV SÜD .
IO-Link Safety rozszerzył również elementy przełączające wyjścia OSSD (Output Switching Signal Device), powszechnie stosowane do bezpieczeństwa funkcjonalnego w bezdotykowym urządzeniu ochronnym, takim jak kurtyna świetlna, do OSSDe. Podobnie jak w przypadku standardowego IO-Link, FS-Device może pracować zarówno w trybie przełączania jako OSSDe, jak i poprzez funkcjonalnie bezpieczną komunikację IO-Link.
należy przestrzegać zasad bezpieczeństwa IEC 61508 i/lub ISO 13849 .
Literatura
- Joachim R. Uffelmann, Peter Wienzek, Myriam Jahn: IO-Link. DNA Przemysłu 4.0. Wydanie 1. Vulkan-Verlag GmbH, Essen 2018, ISBN 978-3-8356-7390-8 .