IO-Link成為現代智能工廠(chǎng)的核心技術(shù)

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

建立專(zhuān)用生產(chǎn)線(xiàn)來(lái)生產(chǎn)不同產(chǎn)品的傳統方法已經(jīng)過(guò)時(shí)，且不具備成本效益。采用IO-Link主機作為生產(chǎn)核心，為工廠(chǎng)車(chē)間帶來(lái)靈活性和可配置性，實(shí)現傳感器和執行器的自主調試，將成為智能工廠(chǎng)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3幫助機器確定與物體的距離，檢測物體、確定物體的顏色和組成，以及監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(chǎng)車(chē)間來(lái)手動(dòng)更改傳感器并重新校準其參數，進(jìn)而生產(chǎn)出單個(gè)產(chǎn)品，將會(huì )耗費大量的時(shí)間和成本，這種低效方式會(huì )嚴重影響整個(gè)制造流程，并會(huì )導致生產(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(xiàn)，還需要停止生產(chǎn)，然后更換或重新配置無(wú)數個(gè)傳感器，將使生產(chǎn)線(xiàn)付出極高的時(shí)間成本。采用IO-Link技術(shù)將使傳感器和執行器發(fā)生改變，實(shí)現自主調試和雙向通信，進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)線(xiàn)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主機將可望為邊緣設備帶來(lái)智能，IO-Link主機可為工廠(chǎng)邊緣的傳感器和執行器提供高速、雙向的數字數據通信。這種通信助力實(shí)現真正的智能傳感器和執行器，并提供新的測量、監控方法來(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使用標準化接口，這種接口使用便捷的M12 3引腳連接來(lái)取代傳統的模擬、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(hù)能夠實(shí)現支持自動(dòng)設置參數的自主調試設備，從而快速輕松地更換傳感器。

此外，IO-Link可減少工廠(chǎng)停機時(shí)間，IO-Link提供雙向通信功能，使傳感器、執行器和IO-Link網(wǎng)關(guān)能夠持續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)現并快速解決問(wèn)題，以免對生產(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主機連接至以太網(wǎng)，我們可預先對第二代RapID平臺（RPG2），也就是ADI的工業(yè)以太網(wǎng)平臺解決方案進(jìn)行測試，驗證其是否符合工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議供應商的測試標準，采用ADI解決方案的設計能在任何受支持的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )中正常運行，從而簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)流程，縮短上市時(shí)間。

IO-Link主機收發(fā)器的低功耗解決方案

針對IO-Link主機應用，ADI推出集成幀處理器和L+電源控制器的MAX14819雙通道IO-Link主機收發(fā)器。MAX14819/MAX14819A是低功耗雙通道IO-Link主機收發(fā)器，包含傳感器／執行器電源控制器。它們完全符合最新的IO-Link和二進(jìn)制輸入標準，也符合測試標準。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行。此外，它們配有兩個(gè)輔助數字輸入通道、兩個(gè)低功耗傳感器電源控制器和反極性保護功能，以實(shí)現穩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)制輸入標準及測試規范IEC 61131-2、IEC 61131-9 SDCI和IO-Link 1.1.3。主機收發(fā)器也包括兩路輔助數字輸入(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，主機收發(fā)器具有幀處理電路，帶有UART和FIFO。器件設計用于簡(jiǎn)化所有IO-Link M序列幀類(lèi)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I(mǎi)O-Link應用的開(kāi)發(fā)速度，ADI還推出MAX14819評估板（EV kit），包括評估電路板和軟件。評估板為完全裝配并經(jīng)過(guò)測試的電路板，可用于評估MAX14819雙通道IO-Link?主機收發(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平臺第2代（RPG2）網(wǎng)絡(luò )接口，RPG2是一種工業(yè)以太網(wǎng)平臺解決方案，包含加入星型、線(xiàn)型或環(huán)型網(wǎng)絡(luò )拓撲所需的所有技術(shù)，包括通信控制器、閃存、RAM、以太網(wǎng)交換機和物理層（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中使用一種硬件設計，以支持不同的工業(yè)協(xié)議。

主機處理器通過(guò)ADI的統一接口和以太網(wǎng)、串行外設接口（SPI）或通用異步接收器發(fā)送器（UART）連接到網(wǎng)絡(luò )接口。統一接口簡(jiǎn)化了與任何主機控制器的通信，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)現多協(xié)議連接，無(wú)需對應用程序主機代碼進(jìn)行任何更改，從而消除了軟件集成的設計負擔。

ADIN2299是一款經(jīng)過(guò)預先測試的完整解決方案，用于管理應用處理器的工業(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的評估套件――EVAL-ADIN2299，該評估套件提供從主機處理器到PLC或基于PC工具的通信路徑端到端評估。在將網(wǎng)絡(luò )接口集成到終端現場(chǎng)設備之前，利用該評估套件可以全面驗證主機處理器和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1.1A（最小值）連續電流。兩個(gè)相鄰通道可以并聯(lián)，從而構成四個(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應用，在Darwin家族中，MAX32670是一款超低功耗、高性?xún)r(jià)比、高可靠性的32位微控制器，在實(shí)現復雜的傳感器處理設計的同時(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大的Arm? Cortex?-M4（帶浮點(diǎn)運算單元，FPU）。MAX32670也為傳統設計從8或16位微控制器升級提供了簡(jiǎn)便、成本優(yōu)化的途徑。MAX32670EVKIT則是MAX32670的評估套件，為評估MAX32670提供平臺。

MAX22514則是一款浪涌保護IO-Link器件收發(fā)器，帶DC-DC轉換器，MAX22514 IO-Link收發(fā)器集成高壓功能，包括一個(gè)24V線(xiàn)路驅動(dòng)器、一個(gè)集成式DC-DC降壓穩壓器，以及5V和3.3V線(xiàn)性穩壓器。MAX22514適用于IO-Link器件、主機和工業(yè)開(kāi)關(guān)傳感器應用，可以通過(guò)標準SPI接口進(jìn)行配置和監控。

IO-Link參考設計加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度

ADI也推出多款特色參考設計，像是MAXREFDES1458通道IO-Link主站，MAXREFDES145#是一款完全符合IO-Link?標準的8端口IO-Link主站參考設計。該設計使用TEConcept的IO-Link主站堆棧，既是IO-Link主站參考設計，也是IO-Link傳感器／執行器開(kāi)發(fā)和測試系統。八個(gè)IO-Link端口允許同時(shí)測試多達八個(gè)不同的傳感器（或執行器）。該參考設計具有八個(gè)堅固的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兼容的傳感器和執行器。交流轉直流（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?標準的4端口IO-Link主站參考設計。該設計使用TMG TE IO-Link主站堆棧，既是IO-Link主站參考設計，又是IO-Link傳感器／執行器的開(kāi)發(fā)和測試系統。四個(gè)IO-Link端口允許同時(shí)測試多達四個(gè)不同的傳感器（或執行器）。該參考設計具有四個(gè)堅固的M12母頭連接器，并附帶IO-Link電纜，用于快速連接到IO-Link兼容的傳感器和執行器。交流轉直流（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?主站參考設計，針對快速原型設計進(jìn)行了優(yōu)化。該設計將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主站的評估模型，也是IO-Link傳感器／執行器開(kāi)發(fā)和測試系統。兩個(gè)IO-Link端口允許同時(shí)測試最多兩個(gè)不同的傳感器或執行器。

結語(yǔ)

當工業(yè)制造朝向工業(yè)4.0智能工廠(chǎng)的道路前進(jìn)時(shí)，IO-Link將成為串聯(lián)各種傳感器／執行器的關(guān)鍵技術(shù)，并進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)流程。ADI推出了多款針對IO-Link應用的解決方案，并提供完整的開(kāi)發(fā)工具套件與參考設計，將可加速客戶(hù)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。