幾十年來IO-Link被廣泛運用于工業I/O，而近些年來應用更是飛速激增。正如Digi-Key文章《比較IO-Link1.0和1.1》所解釋那樣，國際電工委員會IEC 61131-9開放標準(標有IO-Link)給自動化組件賦予了易于使用的連接能力。這是一個單滴數字通信接口 (SDCI)，能夠將稱作現場設備或次設備的小型傳感器和執行器聯網到IO-Link控制器中樞或主設備，然后再進一步連接到自動化裝置的其余部分。IO-Link的優勢之一就是允許使用普通的非屏蔽電纜(可長至20m，有3至5股導線)實現連接。

本文會將更多篇幅放在解釋1.1版的三個全新IO-Link特性上：

IO-Link 1.1允許數據備份，因此工廠人員可以保存并重復使用設備參數

IO-Link 1.1可以處理的數據寬度可達每端口32字節

IO-Link 1.1允許IO-Link 1.1主設備實現230.4千波特數據速率

IO-Link 1.1作為參數分配服務器

IO-Link組件的控制集成是通過配置軟件來完成的，利用了與每個IO-Link組件關聯的標準化IO設備描述 (IODD) 文件。這些IODD文件(存放組件型號、工作范圍、支持診斷功能的數據和顯示在HMI和GUI上的符號)是由組件制造商提供的.xml文件，通過其自有網站和ioddfinder.io-link.com支持IO-Link V1.0和V1.1。

IO-Link 1.1的最新更新增加了一些IO-Link 1.1主設備的能力，使之能夠在本地存儲IODD文件和補充數據——以便為網絡上其它設備提供參數分配服務器功能。在此功能推出之前(以及在傳統的IO-Link裝置中)，最終用戶更換新的現場設備或換用其它設備時，必須先對該設備進行配置——通常是將其插入PC的USB端口并通過軟件手動執行設置。

1.1版在這一方面改進的另一項優勢是，最終用戶現在可以(在許多情況下)熱插拔來自不同制造商的同等IO-Link邊緣設備——使得基本可互換設備選擇大為增加。當需要對大規模生產線上故障或損壞的傳感器進行緊急更換時，這就特別有用。

IO-Link 1.1更高通信速度的具體細節

IO-Link 1.1版另一新功能就是COM3——速率支持更先進的現場設備功能的通信模式。COM3SDCI通信模式的指定數據速率最高可達230.4kb/s(或者本文所說的230.4千波特)。這意味著最新的IO-Link迭代 (1.1.3) 改進解決了最后一個對IO-Link的爭議之處——即該標準沒有足夠的速度適應現代自動化需要。

具體來說，1.1.3加入了支持實時通信的周期時間，現在可以周期性地發送上一篇關于此主題的Digi-Key文章中所述的過程數據，某些情況下甚至可以達到亞毫秒級。發送過程數據所需要的實時帶寬(以每秒千字節(kB/s) 計)取決于主設備從其請求消息所花費的時間、通信方向上的開關延遲、現場設備響應所花費的時間以及另一通信方向上的開關延遲。

如果掌握一些實際微控制器電路(某些情況下是獨立式 IC)背景知識，就會理解IO-Link組件是如何進行這些通信的。在主設備及其現場次設備中，會有稱作通用異步收發傳輸器 (UART) 的電路，將數據打包或組幀到數據包中發送出去。這些幀有11位長——一位用作通信開始位，八位(在IO-Link規范和官方文獻中亦稱一個八位字節)用于承載實際過程數據，另外兩位用作通信奇偶校驗和停止位。

按照2019年6月IO Link 1.1.3規范表9規定，用IO-Link COM3布局發送每個位只需4.34微秒。該時間加上主設備和次設備中數據包間的延遲(分別為最高4.34微秒和該值三倍)，以及4.34微秒至43.0微秒的通信方向開關延遲，使得最壞情況下數據傳輸速率也是亞毫秒級的，而這對于苛刻的工業應用來說仍是完全足夠的。

通配符(對實時帶寬有很大影響)是為 IO-Link 網絡選擇的消息序列類型。不同序列類型針對不同數據量的非周期性或請求式數據傳輸。因此，如要估計IO-Link布局的實時帶寬，就必須計算系統消息發送所容許的過程數據和非周期性數據的兩者數據量。有些類型定義了固定的過程和非周期性請求式八位字節值，而另一些類型則讓供應商或用戶設置1到32的過程數據八位字節值，非周期性數據八位字節值則設置為1、2、8或32。簡而言之，系統需要移動的數據越少，周期時間就可以越快。

通過分析上述因素后就可以得出實時帶寬——即發送的過程數據(以千位計)除以總計算周期時間(以千位每秒計)。例如，當只有一個非周期數據八位字節(記為18)和32個過程數據八位字節(記為32·8)時，周期時間只有幾毫秒，而帶寬會超過100千位每秒。

所有新型IO-Link 1.1主設備均支持COM3和采用此數據速度的自動化組件——自動適應其所連接的次設備所使用的速率。實際上，讓具有不同周期時間的現場設備從一個主設備上運行，以允許使用不同復雜程度的傳感器和執行器，以及進行增量式設計升級，是很常見的。采用COM3的230.4千波特數據速率的執行器(通常采用本文下一節所述的B類端口布局)包括液壓傳動和機電組件——氣動閥門、直線氣缸、歧管以及基于步進電機的小型現場設備。最常使用COM3的傳感器包括位置和位移傳感器以及顏色、溫度和壓力傳感器，所有這些傳感器在過程控制中最常見。選擇機械開關也會利用這個COM3通信模式。

IO-Link 1.1物理連接(包括數據端口)

現在我們來看一下IO-Link的數據帶寬——過程數據可達每端口32字節。IO-Link主設備上所有激活的端口設置為處理數字輸出或輸入，或使用UART以半雙工模式(因此數據位以單位序列發送和接收)作為IO-Link點運行。典型的四端口和八端口IO-Link主設備可以直接連接到多個現場設備或充當中樞(傳輸寬度取決于這個主設備)。典型的IO-Link現場設備連接包括供電導體L+和M以及C/Q1導體，后者承載過程數據以及參數化、配置和診斷數據。

這里稍復雜的事是，IO-Link規范同時允許主設備和次設備使用A類和B類端口。按IEC 60947-5-2規范定義，A類端口不會與IEC 61076-2-101定義的A字碼M12連接器混淆。如需詳細了解IO-Link環境中無處不在的M12連接器，請參閱Digi-Key文章《IO-Link基礎知識》。簡言之，IO-Link連接器引腳2和5有時用，有時不用，且用法各不相同，而引腳1、3和4是始終使用，只是后者用法不同。A類布局(基于四引腳M5、M8或M12連接器)允許更多的I/O連接變化，甚至用于高電流輸出來驅動執行器。相反，B類布局則始終是5引腳M12連接。

無論是A類還是B類，母頭連接器插座要位于主設備上，公頭連接器引腳要位于現場次設備上。

每端口32字節的過程數據量只是最先進的IO-Link連接型傳感器和執行器的最大值;實際上，像開關這樣的較簡單IO-Link次設備數據寬度可能只有一個位。當應用的設置數據寬度不足時，有些IO-Link主設備會允許分段進行過程數據傳輸。IO-Link的其它數據容量擴充方案包括使用多個引腳4導體進行雙向IO-Link和開關通信，以及對引腳4 IO-Link數據進行并行雙通道數據傳輸。對于后者，引腳2導體可承載設備特定I/O或開關信號(盡管通常不與狀態監控相關)，并空出IO-Link通道以承載補充信號。這種IO-Link雙通信數據傳輸可實現實時通信，而無與遠程PLC(包括周期時間)有關的延遲，反過來支持需要立即對機器或設備狀況進行分析并做出響應的應用。

結語

IO-Link 1.1版的三個新功能包括：數據備份(用于保存并重復使用設備參數)、處理每端32字節的數據寬度的能力，以及主設備的230.4千波特數據傳輸速率。這些功能加快了IO-Link 1.1在工業自動化領域的運用。

原文標題：IO-Link 1.1標準深度解讀：三大新功能的威力，你都get到了嗎?

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審核編輯：湯梓紅