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IO-Link

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IO-Link是将智能感测器及执行器连接到自动化系统的通讯系统，依照IEC 61131-9标准中的Single-drop digital communication interface for small sensors and actuators（SDCI）。此规范包括电气的连接方式以及数位的通讯协定，智能感测器及执行器可以依此和自动化系统互动。

系统简介

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IO-Link系统会包括一个IO-Link主站，一台或是多台的IO-Link设备（可能是感测器或是执行器）。IO-Link主站提供介面给上层的控制器（PLC），并且透过通讯控制连接的IO-Link设备。

IO-Link主站会可以有一个或多个IO-Link接口，基本上每个接口只能连结一个设备，不过现在也有可以串接的设备或是集线器。

IO-Link设备可以是智能感测器、动作器或是集线器。在市面上也有不用额外电源，直接用IO-Link网路线供电的设备。在IO-Link中，“智能”的定义是指设备上有序号或是参数（例如灵敏度、切换延迟时间等）可以透过IO-Link通讯协定读写。PLC可以在和设备通讯时调整其参数。IO-Link以及其传输的参数可以进行设备的预防性维修以及维护，例如光感测器若变脏了，会透过IO-Link通知PLC，因此可以及时进行清洁，而不会像定时清洁时，有设备太早清洁，或是没有及时清洁的情形。

感测器及执行器的参数依设备而不同，不过也有IODD（英语：IODD）（IO设备描述）格式的参数资讯。

设备商的声明

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各设备IO-Link或是SDCI标准的品质是由设备商的声明来保证的。要准备设备商的声明，除了CE认证的测试外，还需要依照IO-Link测试规范V1.1版进行测试。测试需要有一个主站以及一个设备。 目前已有三个可以提供支援的认证中心，其任务是在厂商开发IO-Link设备时提供建议。 自从2011年7月1日起，已强制IO-Link设备都需要设备商的声明。

连结器

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IO-Link缆线是无屏蔽的三芯或五芯线，不超过20公尺，有标准的四针或五针连接器。主站及设备的针脚定义是依照 [1]。主站有定义两种接头，class A埠及class B埠。

class A埠使用M5、M8或M12连接器，class B埠只有五针的M12连接器。依照IEC 61076-2-101，M12连结器在机构上是属于"A"-coded[2]。主站使用母接头，设备使用公接头。

主站的第1脚及第3脚提供24V，最大200 mA电流的直流电，可以提供IO-Link设备额外的电源。第4脚依IEC 61131-2规范，可以是数位输入（DI）或数位输出（DO），也可以向后相容到依IEC60947-5-2的接近传感器或其他感测器或是电子开关。

IO-Link的主站会送唤醒电流脉冲所所有设备，使其从串列输入输出（SIO）状态到纯串列数位通讯（single-drop digital communication interface，SDCI）状态。主站会在SDCI状态中和IC-Link设备交换资讯。

在class A埠的连接器中，第2脚及第5脚未使用（NC）。在class B埠的连接器中，第2脚及第5脚可以规划为未使用、数位输入、数位输出，或是额外的电源[3]。

IO-Link的讯号电压是24V，若传输失败了，会重送二次要传输的资料，若第二次仍然没有成功，IO-Link主站会侦测到通讯失败，并且回报给上位的控制器。

通讯协定

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IO-Link通讯协定包括了通讯埠、通讯模式、资料型态及传播速度。通讯埠的实体在主站上，可以连接到终端设备，也可以桥接到现场总线及乙太网。连接到终端设备的埠，有四种通讯模式：IO-Link、DI、DQ及不激活（Deactivated）。IO-Link模式会配置通讯埠可以做双向通讯，DI模式配置为输入，DQ模式配置为输出、不激活（Deactivated）模式会使通讯埠无效。资料型态有四种：过程资料（process data）、值状态资料（value status data）、设备资料（device data）及事件资料（event data）。通讯协定可以配置在 4.8 kilobaud、38.4 kilobaud或230.4 kilobaud的速度下运作。230.4 kilobaud下的最小传输时间是400 ms。有工程工具可以规划主站，运作为网路桥接模式[4]。

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无线IO-Link（IO-Link Wireless）[5]是IO-Link在实体层上的扩展。无线IO-Link主站（W-Master）类似给上层系统的立主站。只有下行给IO-Link无线设备（W-Device）的虚拟埠。

传输周期包括二个阶段。要传送输出资料时，W master会送多播-W 页框（下行），其中在指定的时间区域中有给W-Device的资料。W-Master会接送并且收集W-Device上行的资料，W-Device会依给定的固定时间内，依序的传送资讯。

为了资料传输的安全性，可以使用跳频扩频及Channel-Blacklisting。

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IO-Link Safety[6]是IO-Link的扩展，在已有的主站及设备中增加安全通讯层，因此主站及设备会变成FS master及FS device。也是利用Black Channel原则的概念来通讯。此概念已由TÜV组织测试过。

IO-Link Safety也将功能安全中常见用的OSSD（输出切换信号设备（英语：Output Switching Signal Device））元件扩展到非接触式保护设备（例如安全光栅）的OSSDe。和标准的IO-Link相同，FS-Device可以运作在OSSDe的切换模式，也可以运作在机能上具有安全性的IO-Link通讯。

在实施中，需要依循IEC 61508及/或ISO 13849的安全规范。

来源

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  1. ^ IEC 60947: Low-voltage switchgear and controlgear - Part 5-2: Control circuitdevices and switching elements - Proximity switches. International Electrotechnical Commission. [20 June 2018]. （原始内容存档于2018-09-27）. 
  2. ^ IEC 61076-2-101: Connectors for electronic equipment - Product requirements - Part 2-101: Circular connectors - Detail specification for M12 connectors with screw-locking. International Electrotechnical Commission. [20 June 2018]. （原始内容存档于2019-01-04）. 
  3. ^ IO-Link Interface and System Specification (PDF). IO-Link Community Consortium. [20 June 2018]. （原始内容存档 (PDF)于2020-08-09）. 
  4. ^ What is IO-Link?. IO-Link Cosortium Community. [12 June 2018]. （原始内容存档于2020-08-03）. 
  5. ^ IO-Link Wireless Exposé (PDF). IO-Link Consortium Community. [27 September 2018]. （原始内容存档 (PDF)于2018-09-26）. 
  6. ^ IO-Link Safety System Description, Technology and Application (PDF). IO-Link Consortium Community. [10 October 2018]. （原始内容存档 (PDF)于2018-10-10）. 

参考资料

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  • Peter Wienzek, Joachim R. Uffelmann: IO-Link. Intelligente Geräte brauchen einfache Schnittstellen Oldenbourg Industrieverlag, München 2010, ISBN 978-3-8356-3115-1.
  • Joachim R. Uffelmann, Peter Wienzek, Myriam Jahn: IO-Link. The DNA of Industry 4.0. Edition 1. Vulkan-Verlag GmbH, Essen 2018, ISBN 978-3-8356-7390-8.
  • Beschreibung von IO-Link（页面存档备份，存于互联网档案馆） IO-Link组织

外部链接

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