IO-Link收發(fā)器實(shí)現更高效率

　　用于連接傳感器和激發(fā)器的IC組合件

　　摘要-到目前為止，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)中的傳感器和執行器都通過(guò)接通的24V或標準模擬信號與控制系統連接。在這方面ELMOS提供了能夠明顯提高效率節省空間的解決方案——例如IO-Link收發(fā)器E981.10。有了這套系統的幫助，只要用一根三芯連接線(xiàn)便可實(shí)現數字解碼進(jìn)行工藝數據、參數和診斷數據的傳輸，其傳輸速度可達230.4 kbit/s。

　　IO-Link(圖1)與傳統的現場(chǎng)總線(xiàn)系統的總線(xiàn)連接正相反，其采用平行布線(xiàn)，可通過(guò)最長(cháng)20m的線(xiàn)路實(shí)現最高230.4 kbit/s的數據傳輸率。信號傳輸通過(guò)24V的脈沖調制過(guò)程以及標準UART協(xié)議實(shí)現。

　　IO-Link使用標準化非屏蔽三芯連接線(xiàn)(M12、M8、M5)，這種線(xiàn)也可用于連接傳統的標準I/O傳感器/執行器。它不僅可以減少額外的布線(xiàn)成本，而且可以保護現有的資源和設施。

　　IO-Link的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)：由于減少了模擬測量值的傳輸，該技術(shù)避免了使用昂貴的屏蔽線(xiàn)。雙向IO-Link通訊可以把上一級自動(dòng)化系統的參數和配置數據寫(xiě)入傳感器/執行器，同時(shí)也可以從傳感器/執行器中讀出工藝參數和診斷數據。

　　此外IO-Link還可以通過(guò)使用傳統標準I/O傳感器的雙重轉換狀態(tài)控制通訊。這種新的通訊標準可毫無(wú)限制的向下兼容，而且可以與不兼容IO-Link的設備自由連接。

　　由于是開(kāi)放性標準，IO-Link可以集成所有常用自動(dòng)化和現場(chǎng)總線(xiàn)系統，從而最大程度為客戶(hù)提供在選擇生產(chǎn)廠(chǎng)商方面的靈活性。目前IO-Link已經(jīng)成功的集成在了Profibus、Profinet、Interbus、ASi 和EtherCAT中，并且很快就能在ODVA中實(shí)現。

　　通過(guò)方案集成，分立的解決方案可以互相交換

　　為了保證IO-Link設計說(shuō)明中規定的要求，例如過(guò)電流和過(guò)電壓保護，到目前為止市面上有的IO-Link設備大部分在連接線(xiàn)路上仍然要使用大量零部件，例如晶體管、二極管以及其他被動(dòng)組合件，只有這樣才能建立連接線(xiàn)路的界面并且滿(mǎn)足IO-Link設計說(shuō)明。如此一來(lái)最大的問(wèn)題是能否與控制器同時(shí)使用，因為相對應的電氣連接只能以IO-Link的設計說(shuō)明為導向。

　　IO-Link收發(fā)器E981.10給出了最優(yōu)的解決辦法(圖2)，它是一種高度集成的芯片用于傳感器/執行器的連接。這款組件與目前的標準I/O應用向下兼容，符合所有相關(guān)標準的要求，其特點(diǎn)是寬輸入電壓范圍，從8至36V，驅動(dòng)器功率可達200mA，并且集成喚醒識別功能，其數據傳輸速度可達230 kbit/s。驅動(dòng)器的輸出功能可選擇為低邊、高邊端以及推挽輸出。此外具有防反接、短路、過(guò)電流以及過(guò)溫保護功能，確保系統的安全工作。

　　由于E981.10內部配備有5V電壓調節器和3.3/5V兼容性數字界面，因此它可以與許多常用微型控制器組合使用，例如NEC歐洲電子公司的78K-MCU，在這種情況下后者用于實(shí)現協(xié)議。該組合件可在+150 °C的芯片溫度下使用，裝在4mmX4mm的小型QFN外殼中，從而適用于緊湊型傳感器和激發(fā)器。

　　E981.10的多樣化功能在實(shí)際應用中非常實(shí)用，特別表現在內置的喚醒識別等。

　　一般來(lái)說(shuō)，一套IO-Link系統包括一個(gè)IO-Link主站和一個(gè)或多個(gè)IO-Link設備，即傳感器和激發(fā)器。IO-Link主站提供連接疊加控制系統(SPS)的界面，并且控制與所連接的IO-Link設備之間的通訊。

　　由于受到IO-Link組件對于上級控制系統的標準I/O接口的向下兼容性的限制，IO-Link傳感器和激發(fā)器首先表現為標準I/O設備。但是IO-Link主站能夠識別網(wǎng)絡(luò )中可以與IO-Link兼容的設備，并且切換至IO-Link通訊模式. 這點(diǎn)通過(guò)所謂的喚醒信號實(shí)現。喚醒過(guò)程中，在標準I/O模式下位于傳感器線(xiàn)路上的信號通過(guò)主站使用一個(gè)典型80μs的短脈沖覆蓋。在這里線(xiàn)路可根據傳感器輸出信號表現出高峰或低峰。

　　關(guān)于喚醒結果的信息針對軟件包括兩位：一位針對驅動(dòng)器峰值(TXD)，一位針對接收峰值(RXD)。一般來(lái)說(shuō)在所使用的微型控制器上兩個(gè)I/O接口的組合連接導致干擾生成是不存在的。通過(guò)E981.10對喚醒過(guò)程的支持降低了對軟件的要求，否則必須通過(guò)發(fā)出和接收信號的對比監控通訊線(xiàn)路。通過(guò)收發(fā)器處理的雙向喚醒信號可?！　?/p>

　　

 

　　消除干擾，從而減輕微型控制器的負荷。E981.10高功能范圍的另一個(gè)例子是對于由線(xiàn)路短路或超電流而導致的錯誤狀態(tài)發(fā)出信號(ILIM信號)?？刂栖浖梢酝ㄟ^(guò)識別錯誤智能化的做出反應，并解除功能驅動(dòng)器的運行。通過(guò)對線(xiàn)路超電流間隔較長(cháng)時(shí)間的檢查可以減少損失功率。

　　成功通過(guò)認證測試和EMV測試

　　E981.10的開(kāi)發(fā)工作現在已經(jīng)在著(zhù)名的測試和認證單位FTZ茨維考完成了資質(zhì)認證和緊接著(zhù)的EMV測試。如果需要可提供FTZ茨維考的公共檢測報告，報告說(shuō)明在達到230.4 kbit/s的數據傳輸率時(shí)遵守了EMV極限值。