¿Qué es el enlace IO-
IO-Link es un protocolo de comunicación digital para la automatización industrial, propuesto originalmente por Siemens y ahora un estándar internacional. Su objetivo es permitir la conectividad y comunicación entre equipos industriales y sistemas de control. Facilita la comunicación bidireccional entre sensores, actuadores y otros dispositivos industriales con controladores (como PLC), lo que permite la transmisión en tiempo real-de datos y señales de control.
IO-Link es un protocolo de comunicación en serie (similar al bus I2C) que sirve como estándar de comunicación entre controladores de automatización industrial y actuadores o sensores industriales. Representa el estándar tecnológico de "últimos pies" para conectar redes de comunicación con el campo.
¿Por qué se necesita IO-Link?
La tecnología IO-Link es esencial debido a las siguientes ventajas técnicas:
Transmisión y control de datos-en tiempo real:En la automatización industrial, la transferencia de datos-en tiempo real es fundamental para un control y supervisión precisos de los equipos. IO-Link proporciona un canal de comunicación digital confiable y de alta-velocidad, que permite que los sensores y actuadores transmitan datos rápidamente a los sistemas de control para control y monitoreo en tiempo real-.
IO-Link permite la comunicación bidireccional:No solo recibe comandos y datos de configuración del sistema de control, sino que también transmite parámetros e información de estado al sistema de control. Esta inteligencia permite que los dispositivos se adapten a las diferentes demandas de producción y condiciones operativas, mejorando la flexibilidad de la línea de producción;
Instalación y mantenimiento simplificados:Los dispositivos IO-Link se pueden parametrizar y configurar mediante comunicación digital, lo que reduce los errores de configuración manual y agiliza los procesos de instalación y mantenimiento. Además, IO-Link transmite información de diagnóstico, lo que ayuda a los ingenieros a identificar y resolver problemas rápidamente para minimizar el tiempo de inactividad.
Diagnóstico de fallas y mantenimiento predictivo:Los datos de diagnóstico transmitidos a través de IO-Link ayudan a las empresas en el diagnóstico de fallas, lo que permite la detección y resolución oportuna de problemas para reducir las interrupciones y pérdidas de producción. Además, al monitorear el estado del dispositivo y los datos de rendimiento, se puede lograr un mantenimiento predictivo, lo que permite la prevención proactiva de fallas en los equipos y aumenta aún más la eficiencia de la producción. Estandarización e interoperabilidad: IO-Link es un protocolo de comunicación estandarizado internacionalmente. Los dispositivos de diferentes fabricantes se adhieren a los mismos estándares de comunicación, lo que garantiza la interoperabilidad entre diversos equipos. Esto permite a las empresas seleccionar e integrar de manera flexible dispositivos de varios proveedores sin problemas de compatibilidad.
El desarrollo de IO-Link
El número de nodos I0-Link ha crecido exponencialmente en los últimos años, alcanzando los 6 millones de nodos ya en 2017.
Modo de sensor
Los sensores de adquisición de datos tradicionales se dividen en dos categorías:
1. Sensores analógicos:Los valores de los sensores analógicos se convierten en valores digitales mediante conversión A/D. El microprocesador (uP) lee estos valores digitales, que luego se convierten nuevamente en señales analógicas mediante conversión D/A para su transmisión al PLC. El PLC reconvierte estas señales analógicas en señales digitales mediante su convertidor A/D. El microprocesador del PLC lee los valores digitales para obtener información del sensor.
2. Sensores digitales binarios:Transmita señales de nivel digitales binarias entre el sensor y el PLC a través de los puertos de salida digital (DO) y entrada digital (DI).
Controlador de sensor digital binario de puerto único-
Primero, ¿qué es un controlador de sensor? ¿Qué hace?
Un controlador de sensor es un componente de software o hardware que controla y opera dispositivos sensores, permitiéndoles funcionar correctamente y comunicarse con otros sistemas. La función de un controlador de sensor es convertir las cantidades físicas generadas por los sensores en señales digitales,
luego transmite estas señales a aplicaciones o sistemas-de nivel superior para su procesamiento, análisis y toma de decisiones-.
Según tengo entendido, el controlador del sensor actúa como capa intermediaria entre los sensores de nivel más bajo-y las aplicaciones de nivel-superior. Sin este intermediario, las señales digitales o analógicas recogidas por los sensores simplemente se propagarían sin rumbo a través de los circuitos. Con el controlador del sensor en su lugar, los datos recopilados por los sensores subyacentes obtienen un nombre, una dirección y varios atributos. Esto permite que las aplicaciones-de nivel superior reconozcan el origen de los datos, comprendan qué cantidades físicas representan y emitan los comandos de acción correspondientes.
Funciones de los sensores y controladores digitales binarios:
Adaptación de señal:Los sensores digitales binarios pueden generar señales digitales específicas que representan diferentes estados o eventos, como el estado de un interruptor o la pulsación de un botón. Los controladores de sensores adaptan estas señales en señales eléctricas legibles e interpretables por otros sistemas, como señales de voltaje.
Amplificación o atenuación de señal:A veces, las señales de salida del sensor requieren amplificación o atenuación para cumplir con los requisitos posteriores del circuito. Los controladores de sensores pueden amplificar o atenuar señales para garantizar una transmisión precisa de la señal;
Aislamiento eléctrico:Para aislar el ruido o la interferencia entre sensores y otros circuitos, los controladores de sensores proporcionan aislamiento eléctrico, lo que garantiza la precisión y estabilidad de las señales de los sensores;
Filtrado de señal:Los sensores pueden verse afectados por el ruido ambiental. Los controladores de sensores pueden proporcionar funciones de filtrado para eliminar este ruido y entregar señales más confiables;
Conversión lógica:Las señales de salida de algunos sensores digitales pueden requerir conversión lógica, como inversión de señal o combinación de múltiples señales. Los controladores de sensores pueden ejecutar estas operaciones de conversión lógica;
Fuente de alimentación del sensor:Ciertos sensores digitales pueden requerir alimentación externa para funcionar correctamente. Los controladores de sensores pueden proporcionar el voltaje de suministro adecuado para el sensor;
Compatibilidad de interfaz:Los controladores de sensores ofrecen varias opciones de interfaz para conectar sensores a diferentes sistemas o dispositivos, como señales analógicas, señales digitales, comunicación en serie, etc.
Desventajas de los controladores de sensores digitales binarios de un solo puerto-:
1. La transmisión de datos es de sólo lectura-unidireccional. ¿Qué pasa si se requieren operaciones de control?
2. Los datos tienen sólo dos estados: 0/1. ¿Cómo se puede transmitir más información?
Sistema de dispositivo IO
Los sensores IO-Link no muestran desviación de medición
Las señales analógicas tradicionales (temperatura, presión, etc.) requieren conversión entre formatos analógicos y digitales durante la transmisión. Este proceso de conversión introduce discrepancias en los datos que afectan la precisión de los resultados finales.
Cuando se conecta a través de IO-Link, los valores medidos se transmiten digitalmente desde el sensor directamente al controlador, lo que garantiza que los valores de datos transmitidos siempre correspondan exactamente a los valores medidos.
La conectividad IO-Link también elimina la susceptibilidad a las interferencias electromagnéticas circundantes inherentes a la transmisión de señales analógicas tradicionales.Composición de la red IO-Link
I0-Link se puede utilizar con varios dispositivos finales:
Sensores:Temperatura, presión, fotoeléctrico, flujo... Los sensores I0-Link proporcionan datos de sensor digitalizados y admiten configuración y monitoreo remotos.
Actuadores:Válvulas solenoides, controladores de motor, servoaccionamientos... Estos actuadores permiten control, monitorización y diagnóstico remotos a través de I0-Link.
Convertidores analógicos-a-digitales (ADC/DAC):Al conectar convertidores digitales-a-analógicos, se pueden emitir señales analógicas desde la red IO-Link.
Dispositivos de identificación:Como lectores/escritores RFID, escáneres de códigos de barras, etc., para permitir funciones de seguimiento e identificación de objetos.
Bus de interconexión IO-Link (estándar de cableado unificado)
Las conexiones IO-Link utilizan los siguientes tres tipos de conectores distintos:
1. Cable de señal:Conecta el maestro al concentrador o al dispositivo terminal IO-Link. Las señales de la capa física de IO-Link se transmiten a través del cable de señal (cable estándar de tres-núcleos).
2. Cable de datos:Conecta el maestro a dispositivos de control de nivel-superior, como equipos Ethernet.
3. Cable de alimentación:Suministra alta corriente al maestro.
Estándar de cableado unificado IO-Link:
• IO-Link Master requiere solo un cable estándar de 3-núcleos para conectar todos los dispositivos IO-Link
• Tanto las señales de interruptor digitales como las señales analógicas pueden comunicar datos con el controlador de nivel-superior a través de este cable de 3 núcleos.
• Predicción: en el futuro, todas las señales analógicas, RS232 y RS485 serán reemplazadas por IO-Link
Especificación del sensor de enlace IO-
Sensor IO-Link=Sensor IO-Link (con interfaz y logotipo IO-Link) + archivo de descripción del dispositivo IODD + declaración del fabricante
La posición de IO-Link en Internet industrialEl último metro hasta la red.
IO-Comunicación de enlace
Interfaces de comunicación y tipos de datos
¿Cuál es la diferencia entre el tipo A y el tipo B?
Los dispositivos IO-Link maestro y esclavo se comunican mediante cableado físico. Los dispositivos maestro y esclavo están conectados físicamente a través de cables, incluidas líneas eléctricas, líneas de datos y líneas de señal. El dispositivo maestro recopila periódicamente las señales tradicionales de sensor/actuador IO en modo estándar 10 (SI0). Como se muestra en la figura anterior, los pines 1 a 4 son los pines de cableado físico entre dispositivos 10-Link.
Las funciones de cada pin son las siguientes:
Los datos se transmiten a través del pin Pin4 mediante un protocolo UART serie modulado por pulsos- de 24 V. Los tipos de datos transmitidos incluyen datos de proceso, parámetros, diagnósticos y otros datos de servicio.
De hecho, estos tipos de datos son similares a los transmitidos en CANopen. Aquí los datos de proceso y los datos de servicio corresponden a PDO y SDO en CANopen.
La velocidad de comunicación entre dispositivos IO-Link depende de los dispositivos IO-Link conectados y funciona en tres modos:
- 4.8 kBaudios (COM1)
- 38.4 kBaudios (COM2)
- 230.4 kBaudios (COM3)
Los tipos de datos para IO-Link se muestran en la siguiente tabla:
Datos de proceso: el tipo de datos más común, utilizado para transmitir cantidades físicas reales medidas por sensores, como temperatura, presión, caudal y otras mediciones. Los datos de proceso se emplean normalmente en aplicaciones de seguimiento y control;
Datos de servicio:
Paquetes de datos de configuración:Se utiliza para establecer y configurar parámetros para dispositivos 10-Link, como frecuencia de muestreo, modo de funcionamiento, umbrales, etc. Los dispositivos pueden enviar paquetes de configuración para modificar su comportamiento y funcionalidad.
Paquetes de datos de diagnóstico:Se utiliza para transmitir información de diagnóstico sobre dispositivos, incluidos códigos de error, mensajes de advertencia, estados de falla, etc. Estos paquetes ayudan a los sistemas en el diagnóstico y mantenimiento de fallas.
Paquetes de identificación:Transmitir identificadores únicos de dispositivos, información de producción, etc. (para evitar la circulación de productos falsificados). Estos datos ayudan al sistema a identificar y gestionar distintos dispositivos.
Paquetes de estado:Transmita el estado operativo del dispositivo, el tiempo de ejecución (para el registro del tiempo de soporte técnico), información de alarmas, cambios de estado y detalles relacionados.
Paquetes de capacidad del dispositivo:Transmitir información funcional y característica del dispositivo, como modos de funcionamiento admitidos, formatos de datos, etc.
E/S estándar:Transmite señales activadas por eventos-, como eventos que se activan cuando un dispositivo alcanza un determinado estado o condición.
El diagrama anterior ilustra el proceso de transmisión de datos entre un dispositivo maestro IO-Link y un dispositivo esclavo IO-Link. Demuestra las ventajas de IO-Link sobre los sensores tradicionales en la transferencia de datos. La aparición de la tecnología IO-Link permite que los sensores no solo recopilen datos y los carguen en sistemas de nivel-superior, sino que también permite que los sistemas-de nivel superior envíen datos a sensores o actuadores. Además, el proceso de transmisión de datos es extremadamente rápido y normalmente tarda sólo entre 2 y 3 milisegundos.
Desarrollo y prueba de dispositivos IO-Link
Desarrollo de dispositivos IO-Link
Definición de aplicación:
1. Funcionalidad del actuador o sensor
2. Definir datos cíclicos (datos de proceso)
3. Funciones del dispositivo IO-Link (parámetros, eventos, comandos del sistema, almacenamiento de datos)
Selección de MCU:
- COM2: Procesador de 8 bits recomendado
- COM3: 16-bit recomendado, por ejemplo, Cortex-M0 o superior
Parámetros de rendimiento típicos:
- 6-15MHz
- Flash: ±16 kbytes
- RAM: ±0,5 kbytes
- Consumo actual:<10 mA
Selección de chips PHY:.
Dos chips PHY típicos.
Funciones básicas.
Detección automática de solicitud de activación-(WURQ).
RX, TX CIQ.
Habilitar TX.
Todas las velocidades de comunicación, salida Hi-lado, lado-bajo, salida Push-Pull.
Procesamiento de cuadros integrado.
SPI, I2C
.UART
.Características adicionales
.LDO, convertidor CC/CC
.Sensor de temperatura
.Protección contra polaridad inversa
.Oscilador RC / PLL como reemplazo de cristal
.Modos de conmutación: NPN, PNP, Push-Pull...
.Intercambio en caliente, protección de línea...
PD: ¿Qué es un chip PHY?
Un chip PHY, abreviatura de chip de capa física, se refiere a un circuito integrado utilizado en redes informáticas para manejar las comunicaciones de la capa física. La capa física es una capa dentro de la arquitectura de la red informática responsable de gestionar la transmisión física de datos y la conversión de señales eléctricas. Transforma datos lógicos en un formato de señal adecuado para su transmisión a través de la red. Los chips PHY se utilizan normalmente para conectar computadoras, servidores, enrutadores, conmutadores y otros dispositivos de red, lo que permite la transmisión física de datos entre enlaces.
Los chips PHY se aplican en varios protocolos de red, con ejemplos comunes que incluyen:
• Chips físicos de Ethernet:Se utiliza para la comunicación Ethernet, convirtiendo tramas de datos en señales eléctricas apropiadas para su transmisión a través de Ethernet.
• Chips físicos USB:Empleado en interfaces USB (Universal Serial Bus), manejando la transferencia de datos y la conversión de señales eléctricas para dispositivos USB.
• Chips PCIe PHY:Se utiliza para interfaces PCI Express, que manejan la transmisión de datos de alta-velocidad entre dispositivos PCIe.
• Chips PHY de comunicación inalámbrica:En comunicaciones inalámbricas como WiFi, Bluetooth y redes móviles, los chips PHY convierten datos en señales inalámbricas y viceversa.
• Chips PHY de comunicación de fibra óptica:Se utiliza para la comunicación por fibra óptica, convirtiendo datos en señales ópticas para su transmisión a través de fibra.
Pruebas de coherencia:
¿Por qué realizar pruebas de conformidad?
Las pruebas de conformidad verifican si los dispositivos, sistemas o aplicaciones están implementados correctamente y funcionan de acuerdo con el estándar IO-Link.
Se deben realizar pruebas de conformidad antes de publicar un MD.
El grupo de trabajo de calidad de enlaces de IO-es responsable de redactar y mantener la documentación.
El documento detalla las especificaciones técnicas para las pruebas de maestros y dispositivos.
Incluye especificaciones para información del equipo de prueba.
Acceso al documento: IO-Enlace al sitio web oficial
Artículos de prueba
• Prueba de capa física: requiere equipo electrónico y normalmente se realiza manualmente
• Prueba de protocolo: debe realizarse utilizando un sistema de prueba de protocolo aprobado por el Comité Técnico de IO-Link
• Prueba de EMC: las pruebas de EMC se especifican en la especificación de interfaz IO-Link y requieren equipo de prueba de compatibilidad electromagnética dedicado.
Proceso de prueba de coherencia
Configuración de enlace IO-en diferentes buses
La relación entre IO-Link y sistemas de bus
Como se muestra en el diagrama anterior, 10-Link no afecta el bus del sistema. Por el contrario, 10-Link sirve de puente entre el controlador y los sensores/actuadores. No compite con el autobús sino que mejora la integración y estandarización del sistema.
. 10-Link no depende de tecnologías de autobuses existentes y puede integrarse en ellas.
Utiliza conectores estándar M12 y M8 con cables de 3 y 5 pines.
Interfaz unificada capaz de transmitir señales D1, DO, analógicas, etc.
IO-Resumen de configuración del enlace.
IO-Link es compatible con los principales protocolos de bus.
Los componentes del sistema IO-Link son simples, fáciles de ensamblar y requieren pocos cables de comunicación.
La configuración es similar en diferentes buses; la comunicación se logra en función del tamaño de datos del proceso de entrada/salida requerido del esclavo.
¡Los diagnósticos de comunicación de IO-Link son fáciles de implementar!
La comunicación IO-Link adquiere fácilmente diversos datos del dispositivo, lo que facilita el mantenimiento y la supervisión.
Pila de protocolo de software de dispositivo de enlace IO-
La pila de protocolos de software de dispositivo Link de AsiaInfo IO-está diseñada en base a la placa de evaluación de dispositivos Link AXM-IOLS IO-AsiaInfo Electronics, que incluye el microcontrolador STMicroelectronics STM32F469AI y se desarrolló dentro del entorno de desarrollo IDE STM32Cube. Este paquete de software incluye la biblioteca de prueba para AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack, controladores de sensores IO-Link y aplicaciones de demostración. La arquitectura de software de AsiaInfo IO-Link Device Software Protocol Stack se basa en el kit de desarrollo de software STEVAL-BFA001V2 de STMicroelectronics, que integra la biblioteca de protocolos de software de dispositivo IO-Link desarrollada independientemente por AsiaInfo. Los clientes que utilizan la placa de evaluación de dispositivos Link AXM-IOLS IO-Link pueden realizar-pruebas y evaluaciones con todas las funciones de la biblioteca de prueba de pila de protocolos de software de dispositivos AXM IO-Link dentro del período de prueba de 72 horas después de la activación, excluyendo la funcionalidad de actualización de firmware.
Características
• Cumple con la interfaz IO-Link y la especificación del sistema V1.1.3
• Compatible con versiones anteriores de los maestros IO-Link V1.0
• El código fuente cumple con el estándar ANSI-C 99
• Admite actualizaciones de firmware a través de la interfaz IO-Link
• Modos de funcionamiento: modo IO-Link y modo de E/S estándar
• Admite comunicación ISDU y almacenamiento de datos
• Logra un intercambio de datos de proceso (PDE) consistente a través de buffers alternos
• Admite todos los tipos de telegramas y velocidades en baudios: 4,8 Kbps (COM1), 38,4 Kbps (COM2) y 230,4 Kbps (COM3)
• Tamaño mínimo: RAM < 1 KB, Flash < 10 KB
• Desarrollado en base a la placa de evaluación de dispositivos Link AXM-IOLS IO-Link que incluye el transmisor ST L6362A IO-Link
Aplicaciones de productos
Sensores de enlace IO-
Sensores de temperatura/humedad/presión/fotoeléctricos/visión/gestos ToF, etc.
Actuadores de enlace IO-
Actuadores de válvulas/control de motores/balizas LED inteligentes, etc.
Centros de enlace IO-
IO-Islas de válvulas de enlace
