מה זה IO-קישור
IO-Link הוא פרוטוקול תקשורת דיגיטלי לאוטומציה תעשייתית, שהוצע במקור על ידי סימנס וכיום תקן בינלאומי. מטרתו היא לאפשר קישוריות ותקשורת בין ציוד תעשייתי ומערכות בקרה. זה מאפשר תקשורת דו-כיוונית בין חיישנים, מפעילים והתקנים תעשייתיים אחרים עם בקרים (כגון PLCs), המאפשרים העברה- בזמן אמת של נתונים ואותות בקרה.
IO-Link הוא פרוטוקול תקשורת טורית (בדומה לאפיק I2C) המשמש כתקן תקשורת בין בקרי אוטומציה תעשייתיים לבין מפעילים או חיישנים תעשייתיים. הוא מייצג את תקן הטכנולוגיה "הרגליים האחרונות" לגישור רשתות תקשורת לתחום.
מדוע יש צורך בקישור IO-?
IO-טכנולוגיית קישור חיונית בשל היתרונות הטכניים הבאים:
העברת נתונים ובקרה-בזמן אמת:באוטומציה תעשייתית, העברת נתונים-בזמן אמת היא קריטית לשליטה ובקרה מדויקת של ציוד. IO-Link מספק-ערוץ תקשורת דיגיטלי מהיר ואמין, המאפשר לחיישנים ולמפעילים להעביר במהירות נתונים למערכות בקרה לצורך בקרה וניטור-בזמן אמת.
IO-קישור מאפשר תקשורת דו-כיוונית:הוא לא רק מקבל פקודות ונתוני תצורה ממערכת הבקרה אלא גם מעביר פרמטרים ומידע סטטוס בחזרה למערכת הבקרה. אינטליגנציה זו מאפשרת למכשירים להסתגל לדרישות ייצור ולתנאי הפעלה משתנים, תוך שיפור הגמישות של קו הייצור;
התקנה ותחזוקה פשוטה:IO-ניתן להגדיר פרמטרים ולהגדיר התקני קישור באמצעות תקשורת דיגיטלית, תוך הפחתת שגיאות הגדרה ידניות ולייעל תהליכי התקנה ותחזוקה. בנוסף, IO-Link משדר מידע אבחון, ועוזר למהנדסים לזהות ולפתור בעיות במהירות כדי למזער את זמן ההשבתה.
אבחון תקלות ותחזוקה חזויה:נתוני אבחון המועברים באמצעות IO-Link מסייע לארגונים באבחון תקלות, ומאפשר זיהוי ופתרון בעיות בזמן כדי לצמצם הפרעות והפסדים בייצור. יתר על כן, על ידי ניטור מצב המכשיר ונתוני הביצועים, תחזוקה חזויה הופכת לניתנת להשגה, המאפשרת מניעה יזומה של כשלים בציוד והגברת יעילות הייצור. תקינה ויכולת פעולה הדדית: IO-Link הוא פרוטוקול תקשורת סטנדרטי בינלאומי. מכשירים מיצרנים שונים עומדים באותם תקני תקשורת, מה שמבטיח יכולת פעולה הדדית בין ציוד מגוון. זה מאפשר לעסקים לבחור ולשלב בצורה גמישה מכשירים מספקים שונים ללא חששות תאימות.
הפיתוח של IO-קישור
מספר הצמתים של I0-Link גדל באופן אקספוננציאלי בשנים האחרונות, והגיע ל-6 מיליון צמתים כבר ב-2017.
מצב חיישן
חיישני רכישת נתונים מסורתיים מתחלקים לשתי קטגוריות:
1. חיישנים אנלוגיים:ערכי חיישנים אנלוגיים מומרים לערכים דיגיטליים באמצעות המרת A/D. המיקרו-מעבד (uP) קורא את הערכים הדיגיטליים הללו, אשר מומרים בחזרה לאותות אנלוגיים באמצעות המרה D/A לשידור ל-PLC. ה-PLC ממיר מחדש את האותות האנלוגיים הללו לאותות דיגיטליים באמצעות ממיר ה-A/D שלו. המיקרו-מעבד של ה-PLC קורא את הערכים הדיגיטליים כדי לקבל מידע חיישן.
2. חיישנים דיגיטליים בינאריים:העברת אותות ברמה דיגיטלית בינארית בין החיישן ל-PLC באמצעות יציאות פלט דיגיטלי (DO) וכניסה דיגיטלית (DI).
מנהל התקן חיישן דיגיטלי בינארי-יחיד
ראשית, מהו דרייבר חיישן? מה זה עושה?
מנהל התקן חיישן הוא רכיב תוכנה או חומרה השולט ומפעיל התקני חיישן, המאפשר להם לפעול כראוי ולתקשר עם מערכות אחרות. תפקידו של נהג חיישן הוא להמיר את הכמויות הפיזיות שנוצרות על ידי חיישנים לאותות דיגיטליים,
לאחר מכן העבירו את האותות הללו ליישומים או למערכות- ברמה גבוהה יותר לצורך עיבוד, ניתוח וקבלת החלטות-.
הבנתי שמנהל ההתקן של החיישן משמש כשכבת ביניים בין החיישנים-הנמוכים ביותר ליישומים-העליון. ללא המתווך הזה, האותות הדיגיטליים או האנלוגיים שנאספו על ידי חיישנים פשוט יתפשטו ללא מטרה דרך המעגלים. עם נהג החיישן במקום, הנתונים שנאספים על ידי החיישנים הבסיסיים מקבלים שם, כיוון ותכונות שונות. זה מאפשר ליישומים ברמה העליונה לזהות את מקור הנתונים, להבין אילו כמויות פיזיות הם מייצגים ולהנפיק פקודות פעולה מתאימות.
פונקציות של חיישנים דיגיטליים בינאריים ומנהלי התקנים:
התאמת אותות:חיישנים דיגיטליים בינאריים עשויים ליצור אותות דיגיטליים ספציפיים המייצגים מצבים או אירועים שונים, כגון מצב מתג או לחיצות על כפתורים. מנהלי חיישן מתאימים את האותות הללו לאותות חשמליים הניתנים לקריאה ולפירוש על ידי מערכות אחרות, כגון אותות מתח.
הגברה או הנחתה של אותות:לפעמים אותות פלט של חיישן דורשים הגברה או הנחתה כדי לעמוד בדרישות המעגל הבאות. מנהלי חיישן יכולים להגביר או להחליש אותות כדי להבטיח שידור אותות מדויק;
בידוד חשמלי:כדי לבודד רעשים או הפרעות בין חיישנים ומעגלים אחרים, מנהלי חיישן מספקים בידוד חשמלי, ומבטיחים את הדיוק והיציבות של אותות החיישנים;
סינון אותות:חיישנים עשויים להיות מושפעים מרעש סביבתי. מנהלי חיישן יכולים לספק פונקציות סינון כדי לחסל את הרעש הזה ולספק אותות אמינים יותר;
המרה לוגית:אותות פלט של חיישנים דיגיטליים מסוימים עשויים לדרוש המרה לוגית, כגון היפוך אותות או שילוב של אותות מרובים. מנהלי התקנים של חיישנים יכולים לבצע פעולות המרה לוגיות אלה;
ספק כוח חיישן:חיישנים דיגיטליים מסוימים עשויים לדרוש מתח חיצוני כדי לתפקד כראוי. מנהלי חיישן יכולים לספק את מתח האספקה המתאים לחיישן;
תאימות ממשק:מנהלי התקנים של חיישנים מציעים אפשרויות ממשק שונות לחיבור חיישנים למערכות או התקנים שונים, כגון אותות אנלוגיים, אותות דיגיטליים, תקשורת טורית וכו'.
החסרונות של מנהלי התקנים של חיישן דיגיטלי בינארי-יחיד:
1. העברת נתונים היא חד-כיוונית לקריאה-בלבד. מה אם נדרשות פעולות בקרה?
2. לנתונים יש רק שני מצבים: 0/1. כיצד ניתן להעביר מידע נוסף?
מערכת התקני IO
IO-חיישני קישור לא מראים סטיית מדידה
אותות אנלוגיים מסורתיים (טמפרטורה, לחץ וכו') דורשים המרה בין פורמטים אנלוגיים ודיגיטליים במהלך השידור. תהליך המרה זה מציג אי התאמות בנתונים המשפיעים על דיוק התוצאות הסופיות.
כאשר מחוברים באמצעות IO-קישור, הערכים הנמדדים מועברים באופן דיגיטלי מהחיישן ישירות לבקר, מה שמבטיח שערכי הנתונים המועברים תמיד מתאימים בדיוק לערכים הנמדדים.
IO-קישוריות קישור מבטלת גם את הרגישות להפרעות אלקטרומגנטיות שמסביב הטבועות בשידור אותות אנלוגי מסורתי.הרכב ה-IO-Link Network
ניתן להשתמש ב-I0-Link עם התקני קצה שונים:
חיישנים:טמפרטורה, לחץ, פוטואלקטרי, זרימה... חיישני I0-Link מספקים נתוני חיישן דיגיטליים ותומכים בתצורה וניטור מרחוק.
מפעילים:שסתומי סולנואיד, נהגי מנוע, כונני סרוו... מפעילים אלו מאפשרים שליטה מרחוק, ניטור ואבחון באמצעות I0-Link.
ממירים אנלוגיים-ל-דיגיטליים (ADC/DAC):על ידי חיבור דיגיטלי-ל-ממירים אנלוגיים, ניתן להוציא אותות אנלוגיים מרשת ה-IO-Link.
מכשירי זיהוי:כגון קוראי/כותבי RFID, סורקי ברקוד וכו', כדי לאפשר פונקציות זיהוי ומעקב אחר אובייקטים.
IO-Link Interconnection Bus (תקן חיווט מאוחד)
IO-חיבורי קישור משתמשים בשלושת סוגי המחברים הנבדלים הבאים:
1. כבל אות:מחבר את המאסטר לרכזת או למכשיר ה-IO-Link מסוף. אותות השכבה הפיזית של IO-Link מועברים דרך כבל האות (כבל שלוש-ליבות סטנדרטי).
2. כבל נתונים:מחבר את המאסטר להתקני בקרה-ברמה גבוהה יותר, כגון ציוד Ethernet.
3. כבל חשמל:מספק זרם גבוה למאסטר
IO-Link Unified Wiring Standard:
• ה-IO-Link Master דורש רק כבל 3- ליבות סטנדרטי כדי לחבר את כל התקני IO-Link
• גם אותות מתגים דיגיטליים וגם אותות אנלוגיים יכולים לתקשר נתונים עם הבקר ברמה העליונה- באמצעות כבל 3 ליבות זה
• חיזוי: בעתיד, כל האותות האנלוגיים, RS232 ו-RS485 יוחלפו בקישור IO-
IO-מפרט חיישן קישור
IO-חיישן קישור=IO-חיישן קישור (עם IO-ממשק קישור ולוגו) + קובץ תיאור מכשיר IODD + הצהרת יצרן
המיקום של IO-קישור באינטרנט תעשייתיהמטר האחרון לרשת
IO-תקשורת קישור
ממשקי תקשורת וסוגי נתונים
מה ההבדל בין סוג A לסוג B?
IO-התקני מאסטר ו-slave מתקשרים באמצעות חיווט פיזי. התקני מאסטר ועבדים מחוברים פיזית באמצעות כבלים, כולל קווי מתח, קווי נתונים וקווי אות. אותות חיישן/מפעיל IO מסורתיים נאספים מעת לעת על ידי המכשיר הראשי במצב סטנדרטי 10 (SI0). כפי שמוצג באיור למעלה, פינים 1-4 הם פיני החיווט הפיזיים בין התקני 10-Link.
הפונקציות של כל סיכה הן כדלקמן:
הנתונים מועברים באמצעות פין Pin4 באמצעות פרוטוקול UART טורי מאופנן של דופק 24V-. סוגי הנתונים המועברים כוללים נתוני תהליך, פרמטרים, אבחון ונתוני שירות אחרים.
למעשה, סוגי הנתונים הללו דומים לאלו המועברים ב-CANopen. כאן, נתוני תהליך ונתוני שירות תואמים ל-PDO ו-SDO ב-CANopen.
קצב התקשורת בין התקני IO-Link תלוי בהתקני ה-IO-Link המחוברים ופועל בשלושה מצבים:
- 4.8 kBaud (COM1)
- 38.4 kBaud (COM2)
- 230.4 kBaud (COM3)
סוגי הנתונים עבור קישור IO- מוצגים בטבלה למטה:
נתוני תהליך: סוג הנתונים הנפוץ ביותר, המשמש להעברת כמויות פיזיות נמדדות על ידי חיישנים, כגון טמפרטורה, לחץ, קצב זרימה ומדידות אחרות. נתוני תהליך משמשים בדרך כלל ביישומי ניטור ובקרה;
נתוני שירות:
חבילות נתוני תצורה:משמש להגדיר ולהגדיר פרמטרים עבור התקני 10-Link, כגון קצב דגימה, מצב פעולה, סף וכו'. התקנים יכולים לשלוח מנות תצורה כדי לשנות את ההתנהגות והפונקציונליות שלהם.
חבילות נתוני אבחון:משמש להעברת מידע אבחון על התקנים, כולל קודי שגיאה, הודעות אזהרה, מצבי תקלה וכו'. מנות אלו מסייעות למערכות באבחון ותחזוקה של תקלות.
מנות זיהוי:העברת מזהי מכשירים ייחודיים, מידע ייצור וכו' (כדי למנוע תפוצה של מוצרים מזויפים). נתונים אלה מסייעים בזיהוי מערכת וניהול של מכשירים שונים.
מנות סטטוס:העברת מצב תפעולי המכשיר, זמן ריצה (לרישום זמן של תמיכה טכנית), מידע על אזעקה, שינויי סטטוס ופרטים קשורים.
חבילות יכולות מכשיר:העברת מידע תפקודי ומאפיין של המכשיר, כגון מצבי הפעלה נתמכים, פורמטים של נתונים וכו'.
I/O סטנדרטי:משדר אותות שהופעלו-אירועים, כגון אירועים המופעלים כאשר מכשיר מגיע למצב או מצב מסוים.
התרשים שלמעלה ממחיש את תהליך העברת הנתונים בין התקני IO-Link Master ו-IO-Link slave. זה מדגים את היתרונות של IO-Link על פני חיישנים מסורתיים בהעברת נתונים. הופעתה של טכנולוגיית IO-Link מאפשרת לחיישנים לא רק לאסוף נתונים ולהעלות אותם למערכות- ברמה גבוהה יותר, אלא גם מאפשרת למערכות- ברמה גבוהה יותר לשלוח נתונים לחיישנים או מפעילים. בנוסף, תהליך העברת הנתונים מהיר ביותר, בדרך כלל לוקח רק 2-3 אלפיות שניות.
IO-פיתוח ובדיקה של מכשיר קישור
IO-פיתוח מכשיר קישור
הגדרת יישום:
1. פונקציונליות של מפעיל או חיישן
2. הגדר נתונים מחזוריים (נתוני תהליך)
3. IO-קישור פונקציות המכשיר (פרמטרים, אירועים, פקודות מערכת, אחסון נתונים)
בחירת MCU:
- COM2: מעבד 8 סיביות מומלץ
- COM3: 16-bit מומלץ, למשל, Cortex-M0 ומעלה
פרמטרי ביצועים אופייניים:
- 6-15 מגה-הרץ
- פלאש: ±16 קילובייט
- זיכרון RAM: ±0.5 קילובייט
- צריכה נוכחית:<10 mA
בחירת שבב PHY:.
שני שבבי PHY טיפוסיים.
פונקציות בסיסיות.
זיהוי אוטומטי של בקשת השכמה-(WURQ).
RX, TX CIQ.
הפעלת TX.
כל מהירויות התקשורת, Hi-side, Low-side, Push-Pull output.
עיבוד מסגרת משולב.
SPI, I2C
.UART
.תכונות נוספות
ממיר .LDO, DC/DC
.חיישן טמפרטורה
.הגנה על קוטביות הפוכה
מתנד RC / PLL כתחליף קריסטל
.החלפת מצבים: NPN, PNP, Push-משוך...
.החלפה חמה, הגנה על קו...
נ.ב.: מהו שבב PHY?
שבב PHY, קיצור של Physical Layer chip, מתייחס למעגל משולב המשמש ברשתות מחשבים לטיפול בתקשורת בשכבה פיזית. השכבה הפיזית היא שכבה בתוך ארכיטקטורת רשת המחשבים האחראית לניהול השידור הפיזי של נתונים והמרת אותות חשמליים. זה הופך נתונים לוגיים לפורמט אות המתאים לשידור דרך הרשת. שבבי PHY משמשים בדרך כלל לחיבור מחשבים, שרתים, נתבים, מתגים והתקני רשת אחרים, המאפשרים העברה פיזית של נתונים בין קישורים.
שבבי PHY מיושמים על פני פרוטוקולי רשת שונים, עם דוגמאות נפוצות כולל:
• שבבי Ethernet PHY:משמש לתקשורת Ethernet, המרת מסגרות נתונים לאותות חשמליים מתאימים לשידור דרך Ethernet.
• שבבי USB PHY:מועסק בממשקי USB (אפיק טורי אוניברסלי), טיפול בהעברת נתונים והמרת אותות חשמליים עבור התקני USB.
• שבבי PCIe PHY:משמש עבור ממשקי PCI Express, טיפול בהעברת נתונים-במהירות גבוהה בין התקני PCIe.
• שבבי PHY תקשורת אלחוטית:בתקשורת אלחוטית כמו WiFi, Bluetooth ורשתות סלולריות, שבבי PHY ממירים נתונים לאותות אלחוטיים ולהיפך.
• שבבי תקשורת סיבים אופטיים PHY:משמש לתקשורת סיבים אופטיים, המרת נתונים לאותות אופטיים לשידור דרך סיבים.
בדיקת עקביות:
מדוע לבצע בדיקת התאמה?
בדיקת התאמה מוודאת אם מכשירים, מערכות או יישומים מיושמים כהלכה ופועלים בהתאם לתקן IO-Link.
יש לערוך בדיקות התאמה לפני פרסום MD.
קבוצת העבודה של IO-Link Quality אחראית על ניסוח התיעוד ותחזוקתו.
המסמך מפרט את המפרט הטכני לבדיקת מאסטר ומכשיר.
הוא כולל מפרטים למידע על ציוד בדיקה.
גישה למסמכים: IO-קישור לאתר רשמי
פריטי בדיקה
• בדיקת שכבה פיזית: דורשת ציוד אלקטרוני ומתבצעת בדרך כלל באופן ידני
• בדיקת פרוטוקול: חייבת להתבצע באמצעות מערכת בדיקת פרוטוקול שאושרה על ידי הוועדה הטכנית של IO-Link
• בדיקת EMC: בדיקת EMC מצוינת במפרט ממשק ה-IO- ומצריכה ציוד ייעודי לבדיקת תאימות אלקטרומגנטית
תהליך בדיקת עקביות
IO-תצורת קישור באוטובוסים שונים
הקשר בין IO-Link ו-Bus Systems
כפי שמוצג בתרשים למעלה, 10-Link אינו משפיע על אפיק המערכת. להיפך, 10-Link מגשרת על "המייל האחרון" בין בקרים לחיישנים/מפעילים. זה לא מתחרה באוטובוס אלא משפר את אינטגרציה וסטנדרטיזציה של המערכת.
. 10-Link אינו מסתמך על טכנולוגיות אוטובוסים קיימות וניתן לשלב בהן.
משתמש במחברי M12 ו-M8 סטנדרטיים עם כבלים 3 פינים ו-5 פינים.
ממשק אחיד המסוגל לשדר D1, DO, אותות אנלוגיים וכו'.
IO-סיכום תצורת קישור.
IO-Link תואם לפרוטוקולי אוטובוס מיינסטרים.
IO-רכיבי מערכת קישור הם פשוטים, קלים להרכבה ויש להם דרישות נמוכות של כבלי תקשורת.
התצורה דומה באוטובוסים שונים; תקשורת מושגת על סמך גודל נתוני תהליך הקלט/פלט הנדרש של העבד.
IO-ניתן ליישם אבחון תקשורת קישורים בקלות!.
IO-תקשורת קישור רוכשת בקלות נתוני מכשירים שונים, מה שמקל על תחזוקה וניטור
IO-Link Device Software Protocol Stack
ה-AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack תוכנן על בסיס AsiaInfo Electronics AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board, הכולל את המיקרו-בקר STMicroelectronics STM32F469AI ופותח בתוך סביבת הפיתוח STM32Cube IDE. חבילת ערימת תוכנה זו כוללת את ספריית הניסיון עבור AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack, IO-מנהלי התקן חיישן קישור ויישומי הדגמה. ארכיטקטורת התוכנה של AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack בנויה על ערכת פיתוח התוכנה STEVAL-BFA001V2 של STMicroelectronics, המשלבת את ספריית ערימת פרוטוקולי התוכנה של AsiaInfo שפותחה באופן עצמאי של AsiaInfo-. לקוחות המשתמשים ב-AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board יכולים לבצע בדיקות והערכה מלאה-של AXM IO-Link Device Software Protocol Trial Library במהלך תקופת הניסיון של 72 שעות לאחר ההפעלה, לא כולל שדרוג קושחה.
תכונות
• תואם ל-IO-ממשק קישור ומפרט מערכת V1.1.3
• תואם לאחור עם מאסטרים של IO-Link V1.0
• קוד המקור תואם לתקן ANSI-C 99
• תומך בעדכוני קושחה באמצעות ממשק IO-Link
• מצבי הפעלה: IO-מצב קישור ומצב I/O סטנדרטי
• תומך בתקשורת ISDU ואחסון נתונים
• משיגה חילופי נתונים עקביים בתהליך (PDE) באמצעות מאגרים מתחלפים
• תומך בכל סוגי הטלגרם וקצבי הביאוד: 4.8Kbps (COM1), 38.4Kbps (COM2) ו-230.4Kbps (COM3)
• טביעת רגל מינימלית: זיכרון RAM < 1KB, Flash < 10KB
• פותח על בסיס AXM-IOLS IO-Link Device Evaluation Board הכולל את ST L6362A IO-Transc Link
יישומי מוצר
IO-חיישני קישור
חיישני תנועות טמפרטורה/לחות/לחץ/פוטואלקטרי/ראייה/ToF וכו'.
IO-מפעילי קישור
מפעילי שסתומים/בקרת מנוע/משואות LED חכמות וכו'.
IO-רכזות קישור
IO-Link Valve Islands
