10分钟解锁一种新的通信技术——IO-Link

古有秦始皇统一文字与货币，今有手机充电口统一USB Type-C。在工业控制系统中，同样也有很多统一的标准，比如IO-Link，统一工控系统中传感器和执行器的通信标准。什么是IO-Link呢？强势科普来了——

为什么需要IO-Link统一？

在工业系统中，传感器和执行器是设备的“眼睛、耳朵、手”，“监视”设备的一举一动，并完成相应的动作指令。工业4.0时代，如果说来自传感器和执行器的数据出现问题了，那么作为大脑的主机控制器就被“蒙蔽”，无法知道工控系统最底层的数据，不作为或者乱作为，这样对于工厂来说，损失不可计数。

为什么传感器和执行器的数据会有问题？无论过去还是现在，有很多工业传感器都采用模拟信号或者是离散的信号，且数据采用单向方式进行传输。虽然之后出现了可提供数字开/关信号的二进制传感器，比如电感 、电容 、超声波、光电等检测元件，以及半导体开关元件，他们输出可能是：高边开关或低边开关，或者是推挽式，但数据仍然受到限制，只能从传感器单向传输至主机，也同时存在模拟数据转换精度损失、数据传输速率慢、没有故障信息等问题。

 

 

虽然有一些协议，比如CAN、Profibus可以提高工控系统的通信效率、可靠性，但他们都有一定程度的复杂，不易使用。

 

于是，IO-Link就横空出世了！由于IO-Link用在工控系统的最前端的传感器和执行器上，因此IO-Link被誉为工控系统直到“最后一米的连续通信”。

IO-Link的工作原理

 

 

首先，我们要明白一点：IO-Link不是现场总线，独立于现场总线之外，但可集成到所有现场总线系统中。

IO-Link 是全球首个标准化的IO 技术 （IEC 61131-9），用于与传感器、执行器进行通信。它是一种点对点系统的串行数字通信协议，每个IO设备都有一个单独的通道，连接到主站单元。从下图典型的IO-Link应用框图，可以直观看出IO-Link在工控系统中的应用：

IO-Link系统这里有3个部分组成：

1）Master，对上与PLC等控制器连接，对下连接IO-link标准的传感器、执行器或者hub。

 

 

2）设备：传感器、执行器，或是IO-Linkhub，其中传感器通常是M12的四针接口，执行器通常是M12的五针接口，满足IO-Link设备针脚的定义要求，IO-link hub可以连接没有IO-Link输入输出的设备。

 

 

3）IO-Link线缆，连接IO-link Master和设备的标准的3芯线缆：数据线、电源线和地线。

每个IO-Link设备都有标准化的连接接口和协议。在IO-Link通信模式下，IO-Link Master会发送预先定义好的信号并等待IO-Link设备的应答。当IO-Link设备被唤醒后，IO-Link Master与IO-Link设备之间首先互换通信参数，之后就开始周期性的数据交换。数据可能是过程数据，也可能是设备的警报或故障状态等信息，实现了双向通信。IO-Link Master除了可以作为IO-Link来使用之外，还可以配置为普通的IO模式，像使用普通数字量IO口一样来使用它。

IO-Link硬件解决方案

作为技术型授权代理商，Excelpoint世健与ADI合作三十余年，能提供基于ADI芯片的IO-Link应用解决方案，并提供专业的技术支持。

根据功能划分，包含下面这些芯片类型：

控制器MCU：MAX32670，用于处理数据，运行协议栈；

 

 

IO-Link Master收发器：

MAX14819/MAX14819A，低功耗、双通道的IO-Link Master收发器；

 

 

IO-Link设备收发器：

MAX22513/MAX22514，具有高效的DC-DC降压稳压器和两个内部线性稳压器，以及集成的浪涌保护器件，非常鲁棒性的通信；

 

 

IO-Link Hub收发器：

MAX14827A/MAX14828，集成了工业传感器中常见的高压功能；

 

 

IO-Link Hub高边输出开关：

MAX14915/MAX14916/MAX14917，控制高压侧的导通与关断。

 

 

前段时间，我们正好收到了世健提供的业界超小的八通道工业高侧开关MAX14917评估套件，第一时间体验了这套开发板的工作流程。

 

 

这套MAX14917评估套件，由一块USB转SPI通讯转接板和MAX14917AFM+为核心的IO-Link评估板组成，IO-Link评估板供电为DC 24V，板载 8个高边输出开关，每个输出通道提供高达700mA的连续电流。板上还有一个SPI接口，可以进行菊花链连接，将多片MAX14917共用一个SPI总线。板载有4 x 4 LED交叉矩阵，可提供每个通道状态的视觉指示。测试使用到的上位软件是MAX14915_6_7EVKITSetupV1.15.exe，将IO-Link评估板卡与USB转SPI通讯转接板连接好，同时把评估板的供电也连接好，再通过USB将通讯转接板与PC连接即可开始测试。

 

 

 

最后，用三个词总结一下IO-Link：

 

 

通用：IO-Link独立于现场总线，可集成到所有现场总线系统中。只要是M12、M8 或 M5 连接器和三芯电缆等标准，即可工作。

 

 

智能 ：IO-Link 功能强，可实现传感器和执行器的扩展诊断，或者通过双轴通信实现简单快速的参数设置。IO-Link速度快，三种通信速率，4.8 k波特率，38.4 k波特率和230.4 k波特率。IO-Link体积小，可实现“智能”传感器和执行器的小型化。

 

 

简单：IO-Link采用最简单的无屏蔽三芯电缆进行连接。通过双向的通信，可以最短时间知道设备上发了什么，并第一时间对设备进行设置，简单的远程维护。