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IO-Link技术浅谈及接口电路分析

作者:SENTINEL  时间:2020-02-25

    目前网上能很容易搜索到IO-Link的信息,说的都是比较官方的话并且应用介绍居多。此文章重点在于描述IO-LinK技术及研发层面的知识,用最简洁、白话般的方式描述IO-Link内部结构。

       Single-drop Digital Communication Interface (SDCI),通常叫IO-Link。主要用于小型的传感器及执行器,可取代传统的I/O信号、模拟量信号。IO-Link区别于工业以太网和现场总线,独立运行。IO-Link为点对点通信即一个主站端口接一个从站。其在自动化的定位如下图:

     IO-Link主站与从站之间使用三线连接,最大传输距离可达到20mSDCI接口与通用的24V I/O信号规范IEC 61131-2兼容。传输速率分为 4.8 kbit/s, 38.4 kbit/s and 230.4 kbit/s。接口定义如下:

    对于M12接插件端口1引脚与3引脚为DC24V电源。4引脚即可用于SIO(即标准I/O)又可以作为编码的开关即IO-Link通信。从上图可以看出,IO-Link的通信使用标准的24V I/O信号,逻辑电平‘1’对应C/QL-的电压差为0V;逻辑‘0’对应C/QL-的电压差为+24V。从速率和电平可以联想到MCU的串口,对,就是串口

    再多说一些,大家都知道传统的工业现场总线CC-LinkProfibus-DPModbus RTU其实是异步串口通信。MCU通过串口(CMOSTTL电平 3.3v5v)连接一个RS485接口芯片将MCU电平信号转换为符合RS485规范的信号。这方面IO-Link也是类似的,只不过它的接口标准是IO-Link的标准兼容24V标准I/O规范。

    说完了接口定义、接口电平、通信类型,接下来咱们说一下4引脚。大家可能比较疑惑一根线上有两种模式,通过什么切换呢?IO-Link从站设备上电默认处在SIO模式即标准IO模式。要想唤醒IO-Link通信模式,主站会发送一种所谓的电流脉冲信号进行唤醒。何为电流脉冲?说白了就是利用短路及过载报警进行唤醒。接下来看看IO-Link物理层参考原理图:

          IO-Link从站设备必须实现电路即PNP输出即控制24V+开关。电路即NPN输出即控制24V-开关为可选,可以不支持。在重新上电或者重新插拔接插件后,从站默认处于SIO模式,并对外输出。主站会根据C/Q上的电平决定,是使能PNP输出还是NPN输出,如下图:

   如果C/Q上的电压是低电平即电路使能,则主站对应打开PNP输出,这样从站电路的OVD“Overload”将产生一个过载信号唤醒从站设备的通信功能。

   如果C/Q上的电压是高电平即电路使能,则主站对应打开NPN输出,这样从站电路的OVD“Overload”将产生一个过载信号唤醒从站设备的通信功能。

   此部分内容就先介绍到这里,后续的文章再更深入的分析,敬请期待。



重点来啦

    目前天津市森特奈电子有限公司已经研发出了IO-Link的从站产品,并且可正常通信,下面来看一下精彩瞬间吧:

    使用西门子的PLC S7-1511IO_LINK_DEVICE功能块,读取本公司“M8 IP67防护等级的IO-Link从站I/O模块的非循环参数及进行循环数据传输。

图1 博途V14 IO_LINK_DEVICE功能块


图2  IO_LINK_DEVICE功能块参数读取公司名称和结果


图3  循环IO数据交换 %IB4

图4  调试期间测试板

图5  成品图