重要組成

　　IO-Link在過(guò)去幾年里已迅速打入市場(chǎng)。2014年IO-Link節(jié)點(diǎn)的數(shù)量為219萬(wàn)個(gè)，而2016年就已經(jīng)增長(zhǎng)到了530萬(wàn)個(gè)。未來(lái)幾年預(yù)計(jì)仍將繼續(xù)呈指數(shù)增長(zhǎng)。作為一種數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn)，IO-Link被設(shè)計(jì)為智能工廠最后一米的重要組成部分。然而，這正是問(wèn)題所在。許多用戶僅僅將這項(xiàng)技術(shù)與他們尚未明確的未來(lái)應(yīng)用關(guān)聯(lián)起來(lái)。有時(shí)候他們甚至認(rèn)為轉(zhuǎn)型也需要用昂貴的裝置來(lái)替代基本的接近開關(guān)。但是情況恰恰相反。此外，并非所有IO-Link系統(tǒng)中的交換機(jī)都必須配備IO-Link接口。在多個(gè)應(yīng)用中，IO-Link都第一時(shí)間降低了成本。因此客戶可以立即受益。同時(shí)，它還為未來(lái)將隨工業(yè)4.0興起的新應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

數(shù)字取代模擬

　　幾乎沒有任何一個(gè)行業(yè)像自動(dòng)化行業(yè)一樣與模擬信號(hào)傳輸如此密切相關(guān)。數(shù)字信息所需的帶寬要比模擬信息小得多。同時(shí)，數(shù)字傳輸更加穩(wěn)定可靠。IO-Link提供了最高230.4 kBaud的雙向點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，確保了通過(guò)非屏蔽標(biāo)準(zhǔn)電纜的可靠通信。IO-Link傳感器通常比采用模擬技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品更便宜，因?yàn)樗鼈儫o(wú)需數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。首先這使得用戶可以降低布線成本，其次還可以降低傳感器自身成本。另一個(gè)好處是IO-Link主通道向下兼容帶一個(gè)或兩個(gè)開關(guān)輸出的傳統(tǒng)二進(jìn)制傳感器。相比于模擬輸入，備用通道大部分仍然可用。

　　圖爾克從一開始就支持IO-Link，目前提供最全面的IO-Link產(chǎn)品組合之一。這包括多種傳感器、連接技術(shù)、防護(hù)等級(jí)IP20和IP67的帶IO-Link主站的現(xiàn)場(chǎng)總線和以太網(wǎng)I/O系統(tǒng)。

從無(wú)源連接到以太網(wǎng)和IO-Link

　　在大多數(shù)應(yīng)用中，二進(jìn)制I/O信號(hào)(例如電感接近開關(guān)信號(hào))代表了最常用的信號(hào)類型。即使在今天，這些信號(hào)也經(jīng)常在現(xiàn)場(chǎng)被無(wú)源接頭 (IP67) 采集，并通過(guò)控制柜中的多芯電纜連接到中央或者分布式I/O模塊 (IP20)。為了節(jié)省設(shè)備和布線成本，更現(xiàn)代化的理念是在現(xiàn)場(chǎng)使用有源分布式IP67 I/O模塊。這些模塊可以盡可能靠近動(dòng)作開關(guān)采集信號(hào)，并通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)(或者其他現(xiàn)場(chǎng)總線)直接傳輸?shù)礁呒?jí)別的控制器。這消除了對(duì)控制柜中分布式模塊的需要，從而可以設(shè)計(jì)成更小的外形尺寸。一個(gè)額外的好處是通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)的布線更便宜。這種使用直接在現(xiàn)場(chǎng)采集信號(hào)的IP67 I/O模塊的架構(gòu)在自動(dòng)化領(lǐng)域中發(fā)揮了重要作用，特別是如果現(xiàn)場(chǎng)僅采集幾個(gè)信號(hào)時(shí)，例如在機(jī)器人上。

　　IO-Link還可降低高I/O密度應(yīng)用的成本。所謂的I/O分線盒最多可壓縮16個(gè)額外信號(hào)并通過(guò)IO-Link傳輸。帶4個(gè)或8個(gè)端口的IO-Link主站最遠(yuǎn)可采集20米距離外的數(shù)據(jù)，并通過(guò)一根以太網(wǎng)電纜將數(shù)據(jù)打包傳輸?shù)娇刂破髦小＿@種情況下，用戶可以獲得三次費(fèi)用節(jié)省：相比于工業(yè)以太網(wǎng)模塊，I/O分線盒更加廉價(jià)：使用非屏蔽標(biāo)準(zhǔn)電纜取代了以太網(wǎng)屏蔽電纜;IO-Link只需要一根電纜即可傳輸數(shù)據(jù)和電力，因此無(wú)需單獨(dú)的電力電纜。另一個(gè)好處是只有各個(gè)IO-Link主站才需要IP地址，而不是所有I/O模塊都需要。圖爾克的TBIL I/O分線盒(IP67) 可通過(guò)帶金屬螺紋的M12圓形連接器傳輸多達(dá)16個(gè)I/O信號(hào)。

　　圖爾克通過(guò)廣泛的IO-Link產(chǎn)品組合為其客戶邁向工業(yè)4.0提供支持

隨執(zhí)行器集成到IO-Link總體系統(tǒng)

　　很長(zhǎng)一段時(shí)間里，人們都認(rèn)為未來(lái)的所有智能執(zhí)行器或傳感器都會(huì)基于工業(yè)以太網(wǎng)。然而，目前的工程實(shí)踐展示出以太網(wǎng)在自動(dòng)化領(lǐng)域的局限。傳輸速率為100Mbit/s甚至1 Gbit/s、最小幀尺寸為64字節(jié)的以太網(wǎng)對(duì)于許多設(shè)備來(lái)說(shuō)性能過(guò)高了。以太網(wǎng)接口還相對(duì)昂貴并且會(huì)產(chǎn)生很多熱量。IO-Link憑借超高的性價(jià)比，可以從技術(shù)上填補(bǔ)這項(xiàng)空白。盡管IO-Link通常被定位為智能傳感器接口，該技術(shù)從一開始就指定用于傳感器與執(zhí)行器的通信。這使得它相比于以太網(wǎng)具有一項(xiàng)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，因?yàn)殡娏屯ㄐ哦纪ㄟ^(guò)一根電纜傳輸。

　　帶IO-Link接口的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的最典型例子是閥組。現(xiàn)在所有主要制造商的產(chǎn)品組合中都有IO-Link閥門和閥組。使用帶Sub-D多芯連接器的適配器進(jìn)行的復(fù)雜連接可以用廉價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)電纜替代。使用IO-Link的執(zhí)行器模塊的例子還有抓爪系統(tǒng)、電機(jī)、帶數(shù)字輸出的變頻器和I/O分線盒。圖爾克的TBEN-L-8IOL IO-Link master專門針對(duì)執(zhí)行器操作進(jìn)行了優(yōu)化。不同于其他制造商，它們可通過(guò)兩個(gè)端口提供高達(dá)4安培的電力。用戶尤其可以從IO-Link提供的可能性中獲益，例如多段信號(hào)指示器。使用數(shù)字多芯電纜連接超過(guò)兩段的指示燈是非常復(fù)雜的。然而，可配置各個(gè)燈段的顏色、聲音信號(hào)和多種附加功能的IO-Link指示燈可以通過(guò)一根標(biāo)準(zhǔn)電纜方便地接線和操作。圖爾克光學(xué)傳感器合作伙伴邦納公司的TL50指示燈可選用IO-Link。因此，指示燈元件的配置和數(shù)量不再受限于相關(guān)的接線工作。用戶因此更多地決定使用兩個(gè)以上的信號(hào)段。這樣能夠顯示更多的機(jī)器狀態(tài)，而不僅僅只是 “OK” 和“Error”。集成在更高級(jí)別系統(tǒng)中不同選項(xiàng)可用于更高級(jí)別系統(tǒng)的配置和集成。通過(guò)配置工具的幫助，設(shè)備第一次可以通過(guò)IO-Link主站、USB主站或USB適配器分配。或者，配置也可以通過(guò)控制器中的功能模塊進(jìn)行。例如，作為配置文件修改的一部分，這能夠在運(yùn)行期間修改設(shè)備的配置。如Profinet或EtherNet/IP等更高級(jí)別網(wǎng)絡(luò)的屬性意味著仍然沒有制造商獨(dú)立選項(xiàng)，可用于直接通過(guò)工程系統(tǒng)配置IO-Link設(shè)備。然而， 已經(jīng)可以看見情況的改善。在2 0 1 7年，“IO-Link集成 – Profinet IO版本2”規(guī)范定義了用于Profinet的制造商獨(dú)立工程接口。

　　TBEN-L和TBEN-S系列的IO-Link master主模塊配備簡(jiǎn)單的IO-Link設(shè)備集成功能 (SIDI)，現(xiàn)在已經(jīng)可以即插即用地集成圖爾克和邦納設(shè)備。公司的所有IO-Link設(shè)備都被集成在TBEN系列IO-Link主模塊的站點(diǎn)GSDML文件中。這顯著簡(jiǎn)化了設(shè)置。當(dāng)通過(guò)工程軟件(TIA Portal或其他軟件)讀取GSDML文件時(shí)，所有圖爾克設(shè)備都被選擇為特定端口配置。再也無(wú)需進(jìn)行任何額外的參數(shù)化或者編程。

IO-Link釋放了開發(fā)資源

　　IO-Link的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是其無(wú)關(guān)任何現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的獨(dú)立性。相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的數(shù)量給分布式現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的制造商帶來(lái)了真正的挑戰(zhàn)。為每種協(xié)議開發(fā)不同設(shè)備型號(hào)，在整個(gè)生命周期中進(jìn)行維護(hù)并提供必要的支持，這些都需要很高的成本。這還束縛了人力資源，使他們無(wú)法投入未來(lái)的發(fā)展和創(chuàng)新。因此一些制造商已經(jīng)承諾完全轉(zhuǎn)向IO-Link接口，而不再集成總線接口。他們將更高級(jí)別系統(tǒng)的集成交給了IO-Link主站的制造商。因此在這一點(diǎn)上，釋放了開發(fā)資源的IO-Link也是一臺(tái)創(chuàng)新發(fā)動(dòng)機(jī)。

總體系統(tǒng)的成本效益

　　如果轉(zhuǎn)向IO-Link的決定取決于單個(gè)組件，則由于IO-Link主模塊的間接成本，IO-Link主模塊可能會(huì)被視為不利因素。然而，如果系統(tǒng)進(jìn)行整體考慮并且對(duì)傳感器、執(zhí)行器和I/O系統(tǒng)更改進(jìn)行評(píng)估，則使用IO-Link可以顯著節(jié)省成本。將布線和電纜裝配花費(fèi)的時(shí)間也考慮在內(nèi)后，IO-Link節(jié)約成本的優(yōu)勢(shì)才會(huì)完全顯現(xiàn)。許多經(jīng)常涉及使用智能接口進(jìn)行連接的工業(yè)4.0場(chǎng)景都是不必要的。然而，IO-Link系統(tǒng)讓用戶已經(jīng)為這些場(chǎng)景做好了準(zhǔn)備。來(lái)自控制器的更靈活的傳感器設(shè)置或者用于預(yù)測(cè)性維護(hù)的傳感器數(shù)據(jù)的查詢可以在稍后設(shè)置。不僅是IO-Link設(shè)備，主模塊的功能對(duì)于未來(lái)系統(tǒng)的智能使用也是至關(guān)重要的。然而，制造商的設(shè)備也在不斷變化，盡管通信標(biāo)準(zhǔn)始終一樣。Turck IO-Link主模塊安裝在多協(xié)議I/O模塊中，因此也可以通過(guò)Modbus TCP和Profinet并行訪問(wèn)。這可以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁呒?jí)別的I4.0或者IIoT系統(tǒng)，例如SAP Pco、MicrosoftAzure或者IBM Bluemix。

展望

　　IO-Link產(chǎn)品領(lǐng)域現(xiàn)在已為自動(dòng)化完整解決方案的經(jīng)濟(jì)實(shí)施提供了所有必要的組件。IO-Link產(chǎn)業(yè)界的最新活動(dòng)展示了IO-Link如何幫助客戶為未來(lái)做好準(zhǔn)備。IOLink安全規(guī)范使得未來(lái)在IO-Link各個(gè)方面實(shí)施安全理念成為可能。IO-Link產(chǎn)業(yè)界也正在制定規(guī)范，允許從更高級(jí)別的I4.0系統(tǒng)訪問(wèn)IO-Link主模塊和設(shè)備。