IO-Link成為現(xiàn)代智能工廠的核心技術(shù)

IO-Link已經(jīng)成為推動(dòng)制造業(yè)改革的核心，是現(xiàn)代智能工廠不可缺少的部分，能將傳統(tǒng)傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄軅鞲衅鳎瑸檫吘壴O(shè)備帶來(lái)更多智能。IO-Link將可讓制造商能在不拆除和更換設(shè)備的情況，直接讓工廠實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型。本文將為您介紹IO-Link在智能工廠中扮演的角色，以及由ADI推出的IO-Link相關(guān)解決方案。

IO-Link技術(shù)將優(yōu)化生產(chǎn)線并簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程

建立專用生產(chǎn)線來(lái)生產(chǎn)不同產(chǎn)品的傳統(tǒng)方法已經(jīng)過(guò)時(shí)，且不具備成本效益。采用IO-Link主機(jī)作為生產(chǎn)核心，為工廠車間帶來(lái)靈活性和可配置性，實(shí)現(xiàn)傳感器和執(zhí)行器的自主調(diào)試，將成為智能工廠發(fā)展的重要方向。

在制造環(huán)境中，所有制成品都需要一系列傳感器協(xié)同工作，以幫助機(jī)器確定與物體的距離，檢測(cè)物體、確定物體的顏色和組成，以及監(jiān)控物體或液體的溫度和壓力。想象一下，如果我們派遣技術(shù)人員前往工廠車間來(lái)手動(dòng)更改傳感器并重新校準(zhǔn)其參數(shù)，進(jìn)而生產(chǎn)出單個(gè)產(chǎn)品，將會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間和成本，這種低效方式會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)制造流程，并會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)力的全面損失。

如果延伸到生產(chǎn)不同產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)線，還需要停止生產(chǎn)，然后更換或重新配置無(wú)數(shù)個(gè)傳感器，將使生產(chǎn)線付出極高的時(shí)間成本。采用IO-Link技術(shù)將使傳感器和執(zhí)行器發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)自主調(diào)試和雙向通信，進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)線并簡(jiǎn)化整個(gè)生產(chǎn)流程。

IO-Link將可簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)流程縮短上市時(shí)間

采用IO-Link主機(jī)將可望為邊緣設(shè)備帶來(lái)智能，IO-Link主機(jī)可為工廠邊緣的傳感器和執(zhí)行器提供高速、雙向的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信。這種通信助力實(shí)現(xiàn)真正的智能傳感器和執(zhí)行器，并提供新的測(cè)量、監(jiān)控方法來(lái)影響每個(gè)生產(chǎn)階段。

另一方面，IO-Link可簡(jiǎn)化安裝過(guò)程和接口，IO-Link使用標(biāo)準(zhǔn)化接口，這種接口使用便捷的M12 3引腳連接來(lái)取代傳統(tǒng)的模擬、二進(jìn)制和串行RS232接口。除了能夠切實(shí)簡(jiǎn)化安裝過(guò)程之外，IO-Link使得用戶能夠?qū)崿F(xiàn)支持自動(dòng)設(shè)置參數(shù)的自主調(diào)試設(shè)備，從而快速輕松地更換傳感器。

此外，IO-Link可減少工廠停機(jī)時(shí)間，IO-Link提供雙向通信功能，使傳感器、執(zhí)行器和IO-Link網(wǎng)關(guān)能夠持續(xù)與主可編程邏輯控制器（PLC）通信。提供實(shí)時(shí)診斷信息和更新，讓工程師能夠及早發(fā)現(xiàn)并快速解決問(wèn)題，以免對(duì)生產(chǎn)流程造成影響。

IO-Link還可簡(jiǎn)化以太網(wǎng)連接，為了將IO-Link主機(jī)連接至以太網(wǎng)，我們可預(yù)先對(duì)第二代RapID平臺(tái)（RPG2），也就是ADI的工業(yè)以太網(wǎng)平臺(tái)解決方案進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證其是否符合工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議供應(yīng)商的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，采用ADI解決方案的設(shè)計(jì)能在任何受支持的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中正常運(yùn)行，從而簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)流程，縮短上市時(shí)間。

IO-Link主機(jī)收發(fā)器的低功耗解決方案

針對(duì)IO-Link主機(jī)應(yīng)用，ADI推出集成幀處理器和L+電源控制器的MAX14819雙通道IO-Link主機(jī)收發(fā)器。MAX14819/MAX14819A是低功耗雙通道IO-Link主機(jī)收發(fā)器，包含傳感器／執(zhí)行器電源控制器。它們完全符合最新的IO-Link和二進(jìn)制輸入標(biāo)準(zhǔn)，也符合測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。為了簡(jiǎn)化微控制器的選擇，MAX14819/MAX14819A采用包含UART和FIFO的幀處理器，且經(jīng)過(guò)配置，可以采用外部UART或者采用集成幀處理器運(yùn)行。此外，它們配有兩個(gè)輔助數(shù)字輸入通道、兩個(gè)低功耗傳感器電源控制器和反極性保護(hù)功能，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健可靠的低功耗解決方案。MAX14819/MAX14819A完全兼容最新IO-Link和二進(jìn)制輸入標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試規(guī)范IEC 61131-2、IEC 61131-9 SDCI和IO-Link 1.1.3。主機(jī)收發(fā)器也包括兩路輔助數(shù)字輸入(DI_)通道。

MAX14819/MAX14819A可配置為配合外部UART工作，或者使用IC上的集成成幀器。為便于選擇微控制器，主機(jī)收發(fā)器具有幀處理電路，帶有UART和FIFO。器件設(shè)計(jì)用于簡(jiǎn)化所有IO-Link M序列幀類型的時(shí)間關(guān)鍵控制。MAX14819/MAX14819A也具有自主循環(huán)定時(shí)器，降低對(duì)高精度控制器時(shí)序的要求，集成建立通信排序器也簡(jiǎn)化喚醒管理。

為了加速IO-Link應(yīng)用的開(kāi)發(fā)速度，ADI還推出MAX14819評(píng)估板（EV kit），包括評(píng)估電路板和軟件。評(píng)估板為完全裝配并經(jīng)過(guò)測(cè)試的電路板，可用于評(píng)估MAX14819雙通道IO-Link主機(jī)收發(fā)器。

支持不同的協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)解決方案

ADI還推出用于上行鏈路的ADIN2299 RapID平臺(tái)第2代（RPG2）網(wǎng)絡(luò)接口，RPG2是一種工業(yè)以太網(wǎng)平臺(tái)解決方案，包含加入星型、線型或環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渌璧乃屑夹g(shù)，包括通信控制器、閃存、RAM、以太網(wǎng)交換機(jī)和物理層（PHY）。其中包括完整的多協(xié)議軟件解決方案，可以在具有不同軟件映像的所有終端系統(tǒng)中使用一種硬件設(shè)計(jì)，以支持不同的工業(yè)協(xié)議。

主機(jī)處理器通過(guò)ADI的統(tǒng)一接口和以太網(wǎng)、串行外設(shè)接口（SPI）或通用異步接收器發(fā)送器（UART）連接到網(wǎng)絡(luò)接口。統(tǒng)一接口簡(jiǎn)化了與任何主機(jī)控制器的通信，并提供一個(gè)通用接口以支持所有協(xié)議堆棧。這樣可確保實(shí)現(xiàn)多協(xié)議連接，無(wú)需對(duì)應(yīng)用程序主機(jī)代碼進(jìn)行任何更改，從而消除了軟件集成的設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)。

ADIN2299是一款經(jīng)過(guò)預(yù)先測(cè)試的完整解決方案，用于管理應(yīng)用處理器的工業(yè)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)流量。該模塊包含部署實(shí)施Ether-CAT、PROFINET實(shí)時(shí)（RT）和同步實(shí)時(shí)（IRT）、EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)所需的一切，包括通信控制器、協(xié)議棧、閃存、RAM、跟隨控制器和PHY。應(yīng)用處理器通過(guò)UART、SPI或以太網(wǎng)接口進(jìn)行連接。

ADI也有推出ADIN2299的評(píng)估套件 ― EVAL-ADIN2299，該評(píng)估套件提供從主機(jī)處理器到PLC或基于PC工具的通信路徑端到端評(píng)估。在將網(wǎng)絡(luò)接口集成到終端現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之前，利用該評(píng)估套件可以全面驗(yàn)證主機(jī)處理器和PLC之間的通信路徑。

多款具特色的IO-Link解決方案

除了上述兩個(gè)主要IO-Link解決方案之外，ADI還有多款I(lǐng)O-Link特色產(chǎn)品，包括MAX14916緊湊型工業(yè)八路1A/四路2A高壓端開(kāi)關(guān)（具有診斷功能），MAX14916具有八個(gè)高壓端開(kāi)關(guān)，每通道可提供高達(dá)1.1A（最小值）連續(xù)電流。兩個(gè)相鄰?fù)ǖ揽梢圆⒙?lián)，從而構(gòu)成四個(gè)2.4A高壓端開(kāi)關(guān)。在125℃環(huán)境溫度下，高壓端開(kāi)關(guān)具有250mΩ（最大值）的導(dǎo)通電阻。

此外還有 MAXM15065 這款 4.5V至60V、300mA、μSLIC 降壓型電源模塊，這款喜馬拉雅系列穩(wěn)壓器 IC 和電源模塊，是可提供低溫升、小尺寸、較簡(jiǎn)單的電源方案。MAXM15465 / MAXM15466 / MAXM15065 / MAXM15066 / MAXM15067 為高效、同步降壓型 DC-DC 電源模塊系列，集成控制器、MOSFET、補(bǔ)償組件和電感，工作在較寬輸入電壓范圍。模塊工作在 4.5V 至 60V 輸入電壓范圍，提供高達(dá) 300mA 輸出電流。

另外還有MAX32670這款高可靠性、超低功耗微控制器，采用Arm Cortex M4 FPU處理器，適用于工業(yè)和IoT應(yīng)用，在Darwin家族中，MAX32670是一款超低功耗、高性價(jià)比、高可靠性的32位微控制器，在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的傳感器處理設(shè)計(jì)的同時(shí)不會(huì)影響電池壽命。器件集成了高度靈活性的多功能電源管理單元與功能強(qiáng)大的Arm Cortex-M4（帶浮點(diǎn)運(yùn)算單元，F(xiàn)PU）。MAX32670也為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)從8或16位微控制器升級(jí)提供了簡(jiǎn)便、成本優(yōu)化的途徑。MAX32670EVKIT則是MAX32670的評(píng)估套件，為評(píng)估MAX32670提供平臺(tái)。

MAX22514則是一款浪涌保護(hù)IO-Link器件收發(fā)器，帶DC-DC轉(zhuǎn)換器，MAX22514 IO-Link收發(fā)器集成高壓功能，包括一個(gè)24V線路驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)集成式DC-DC降壓穩(wěn)壓器，以及5V和3.3V線性穩(wěn)壓器。MAX22514適用于IO-Link器件、主機(jī)和工業(yè)開(kāi)關(guān)傳感器應(yīng)用，可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)SPI接口進(jìn)行配置和監(jiān)控。

IO-Link參考設(shè)計(jì)加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度

ADI也推出多款特色參考設(shè)計(jì)，像是MAXREFDES1458通道IO-Link主站，MAXREFDES145#是一款完全符合IO-Link 標(biāo)準(zhǔn)的8端口IO-Link主站參考設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)使用TEConcept的IO-Link主站堆棧，既是IO-Link主站參考設(shè)計(jì)，也是IO-Link傳感器／執(zhí)行器開(kāi)發(fā)和測(cè)試系統(tǒng)。八個(gè)IO-Link端口允許同時(shí)測(cè)試多達(dá)八個(gè)不同的傳感器（或執(zhí)行器）。該參考設(shè)計(jì)具有八個(gè)堅(jiān)固的M12母頭連接器（IO-Link最常用的連接器），并附帶兩根IO-Link電纜，可快速連接到IO-Link兼容的傳感器和執(zhí)行器。交流轉(zhuǎn)直流（24VDC/1A）電源組能夠同時(shí)向每個(gè)端口提供至少125mA的電流，當(dāng)未使用的端口較少時(shí)，可以提供更多電流。

MAXREFDES165#四通道IO-Link主站則是一款完全符合IO-Link標(biāo)準(zhǔn)的4端口IO-Link主站參考設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)使用TMG TE IO-Link主站堆棧，既是IO-Link主站參考設(shè)計(jì)，又是IO-Link傳感器／執(zhí)行器的開(kāi)發(fā)和測(cè)試系統(tǒng)。四個(gè)IO-Link端口允許同時(shí)測(cè)試多達(dá)四個(gè)不同的傳感器（或執(zhí)行器）。該參考設(shè)計(jì)具有四個(gè)堅(jiān)固的M12母頭連接器，并附帶IO-Link電纜，用于快速連接到IO-Link兼容的傳感器和執(zhí)行器。交流轉(zhuǎn)直流（24VDC/1A）電源能夠同時(shí)向每個(gè)端口提供至少250mA的電流，當(dāng)使用較少的端口時(shí)可以提供更多電流。

MAXREFDES277#則是一款雙通道IO-Link主站參考設(shè)計(jì)，針對(duì)快速原型設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化。該設(shè)計(jì)將Technologie Management Gruppe (TMG TE) IO-Link主站堆棧用于MAX14819A IO-Link主站收發(fā)器，既是IO-Link主站的評(píng)估模型，也是IO-Link傳感器／執(zhí)行器開(kāi)發(fā)和測(cè)試系統(tǒng)。兩個(gè)IO-Link端口允許同時(shí)測(cè)試最多兩個(gè)不同的傳感器或執(zhí)行器。

結(jié)語(yǔ)

當(dāng)工業(yè)制造朝向工業(yè)4.0智能工廠的道路前進(jìn)時(shí)，IO-Link將成為串聯(lián)各種傳感器／執(zhí)行器的關(guān)鍵技術(shù)，并進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)線的生產(chǎn)流程。ADI推出了多款針對(duì)IO-Link應(yīng)用的解決方案，并提供完整的開(kāi)發(fā)工具套件與參考設(shè)計(jì)，將可加速客戶開(kāi)發(fā)IO-Link相關(guān)產(chǎn)品的速度，值得您進(jìn)一步深入了解與采用。

審核編輯：劉清