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)線并簡化生產(chǎn)流程

建立專用生產(chǎn)線來生產(chǎn)不同產(chǎn)品的傳統(tǒng)方法已經(jīng)過時，且不具備成本效益。采用IO-Link主機作為生產(chǎn)核心，為工廠車間帶來靈活性和可配置性，實現(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(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手動更改傳感器并重新校準(zhǔn)其參數(shù)，進(jìn)而生產(chǎn)出單個產(chǎn)品，將會耗費大量的時間和成本，這種低效方式會嚴(yán)重影響整個制造流程，并會導(dǎo)致生產(chǎn)力的全面損失。

如果延伸到生產(chǎn)不同產(chǎn)品的整個生產(chǎn)線，還需要停止生產(chǎn)，然后更換或重新配置無數(shù)個傳感器，將使生產(chǎn)線付出極高的時間成本。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)線并簡化整個生產(chǎn)流程。

IO-Link將可簡化開發(fā)流程縮短上市時間

采用IO-Link主機將可望為邊緣設(shè)備帶來智能，IO-Link主機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。這種通信助力實現(xiàn)真正的智能傳感器和執(zhí)行器，并提供新的測量、監(jiān)控方法來影響每個生產(chǎn)階段。

另一方面，IO-Link可簡化安裝過程和接口，IO-Link使用標(biāo)準(zhǔn)化接口，這種接口使用便捷的M12 3引腳連接來取代傳統(tǒng)的模擬、二進(jìn)制和串行RS232接口。除了能夠切實簡化安裝過程之外，IO-Link使得用戶能夠?qū)崿F(xiàn)支持自動設(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可減少工廠停機時間，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。提供實時診斷信息和更新，讓工程師能夠及早發(fā)現(xiàn)并快速解決問題，以免對生產(chǎn)流程造成影響。

IO-Link還可簡化以太網(wǎng)連接，為了將IO-Link主機連接至以太網(wǎng)，我們可預(yù)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(yīng)商的測試標(biāo)準(zhǔn)，采用ADI解決方案的設(shè)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，從而簡化開發(fā)流程，縮短上市時間。

IO-Link主機收發(fā)器的低功耗解決方案

針對IO-Link主機應(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(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)，也符合測試標(biāo)準(zhǔn)。為了簡化微控制器的選擇，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，它們配有兩個輔助數(shù)字輸入通道、兩個低功耗傳感器電源控制器和反極性保護(hù)功能，以實現(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)及測試規(guī)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(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，主機收發(fā)器具有幀處理電路，帶有UART和FIFO。器件設(shè)計用于簡化所有IO-Link M序列幀類型的時間關(guān)鍵控制。MAX14819/MAX14819A也具有自主循環(huán)定時器，降低對高精度控制器時序的要求，集成建立通信排序器也簡化喚醒管理。

為了加速IO-Link應(yīng)用的開發(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，以支持不同的工業(yè)協(xié)議。

主機處理器通過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)一接口簡化了與任何主機控制器的通信，并提供一個通用接口以支持所有協(xié)議堆棧。這樣可確保實現(xiàn)多協(xié)議連接，無需對應(yīng)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(shè)計負(fù)擔(dān)。

ADIN2299是一款經(jīng)過預(yù)先測試的完整解決方案，用于管理應(yīng)用處理器的工業(yè)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)流量。該模塊包含部署實施Ether-CAT、PROFINET實時（RT）和同步實時（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(xiàn)場設(shè)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高壓端開關(guān)（具有診斷功能），MAX14916具有八個高壓端開關(guān)，每通道可提供高達(dá)1.1A（最小值）連續(xù)電流。兩個相鄰?fù)ǖ揽梢圆⒙?lián)，從而構(gòu)成四個2.4A高壓端開關(guān)。在125℃環(huán)境溫度下，高壓端開關(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(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、高性價比、高可靠性的32位微控制器，在實現(xiàn)復(fù)雜的傳感器處理設(shè)計的同時不會影響電池壽命。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（帶浮點運算單元，F(xiàn)PU）。MAX32670也為傳統(tǒng)設(shè)計從8或16位微控制器升級提供了簡便、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(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24V線路驅(qū)動器、一個集成式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、主機和工業(yè)開關(guān)傳感器應(yīng)用，可以通過標(biāo)準(zhǔn)SPI接口進(jìn)行配置和監(jiān)控。

IO-Link參考設(shè)計加快產(chǎn)品開發(fā)速度

ADI也推出多款特色參考設(shè)計，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。該設(shè)計使用TEConcept的IO-Link主站堆棧，既是IO-Link主站參考設(shè)計，也是IO-Link傳感器／執(zhí)行器開發(fā)和測試系統(tǒng)。八個IO-Link端口允許同時測試多達(dá)八個不同的傳感器（或執(zhí)行器）。該參考設(shè)計具有八個堅固的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(zhí)行器。交流轉(zhuǎn)直流（24VDC/1A）電源組能夠同時向每個端口提供至少125mA的電流，當(dāng)未使用的端口較少時，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。該設(shè)計使用TMG TE IO-Link主站堆棧，既是IO-Link主站參考設(shè)計，又是IO-Link傳感器／執(zhí)行器的開發(fā)和測試系統(tǒng)。四個IO-Link端口允許同時測試多達(dá)四個不同的傳感器（或執(zhí)行器）。該參考設(shè)計具有四個堅固的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(zhí)行器。交流轉(zhuǎn)直流（24VDC/1A）電源能夠同時向每個端口提供至少250mA的電流，當(dāng)使用較少的端口時可以提供更多電流。

MAXREFDES277#則是一款雙通道IO-Link主站參考設(shè)計，針對快速原型設(shè)計進(jìn)行了優(yōu)化。該設(shè)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(zhí)行器開發(fā)和測試系統(tǒng)。兩個IO-Link端口允許同時測試最多兩個不同的傳感器或執(zhí)行器。

結(jié)語

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，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IO-Link應(yīng)用的解決方案，并提供完整的開發(fā)工具套件與參考設(shè)計，將可加速客戶開發(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