深入探讨IO-Link技术：工业自动化中的数字化通信关键
在前面的文章中，我们详细探讨了Modbus的RTU、ASCII、TCP等通信协议，以及MES、SCADA、PLC项目中的串口通信（，，）及其常见问题。今天，我们将目光转向IO-Link技术，深入剖析这一在工业自动化领域扮演着重要角色的数字化通信桥梁。
.IO-Link技术的发展历程IO-Link接口与协议的详细解析IO-Link技术，这一基于IEC63-9开放标准的技术，为工业自动化领域带来了革命性的变化。它是一种数字化的双向点对点通信方式，能够与标准非屏蔽电缆协同工作，类似于我们日常使用的USB接口。通过IO-Link，各种设备能够轻松连接，进而与其他系统，如PROFIBUS、PROFINET等，实现无缝集成。其最终目标是为智能工厂解决最后一公里的通信难题。值得注意的是，IO-Link并非另一种现场总线，而是作为现场总线、传感器和执行器之间沟通的纽带，发挥着至关重要的作用。IO-Link技术的独立性IO-Link技术，这一革命性的工业自动化技术，以其独特的开放性和独立性脱颖而出。它不受控制器的影响，类似于我们熟悉的USB接口，通过更换支持不同现场总线协议的IO-Link主站，便能轻松满足终端用户对不同现场总线的多样化需求。值得一提的是，IO-Link技术能兼容市面上几乎所有主流的现场总线协议，展现出其卓越的通用性和灵活性。通过智能化的IO-Link技术，所有传感器的参数数据都可以被保存在IO-Link主站或PLC中。在更换新的传感器时，系统能够自动从主站或PLC中获取设备参数，无需进行繁琐的参数设置或校准，极大地简化了操作流程。便捷的日常维护得益于智能化的IO-Link技术，设备具备自诊断功能，使得装配与维护变得轻而易举。简洁的接线方式——只需普通三芯线缆，便能满足大多数应用场景。此外，双向通信功能极大地方便了远程维护，推动了预测性维护和保养新理念的实现。采集更多数据信息传统的传感器设备在系统运行过程中，往往只能检测到单一的信息，例如存在与否。然而，配备IO-Link接口的传感器能够捕获更丰富的数据信息，涵盖设备通用信息、服务类别信息以及预测性维护信息等。这些信息为ERP或MES层提供了更为广泛的数据支持，进一步拓展了数据应用的范围。接下来，我们将探讨IO-Link技术的最新发展。年，IO-Link国际委员会由包括巴鲁夫、倍加福、易福门、图尔克在内的4家初创公司共同创立。如今，IO-Link的全球会员数量已超过家，且发布的IO-Link主站和从站设备种类多达余种。截至年，IO-Link的节点数已突破万，且仍以每年30%的增长率迅速扩大。此外，IO-Link中国委员会也在年9月0日正式挂牌成立，目前会员数量已超过30家，且仍在不断壮大。
2.详解IO-LINK接口与协议IO-Link协议，作为执行层与现场层间数据传输的桥梁，在工业自动化领域发挥着至关重要的作用。一个完整的IO-Link系统，涵盖了多个关键组件，它们协同工作，确保数据的高效、稳定传输。）IO-Link主管（IO-LinkMaster）负责在IO-Link设备和PLC之间进行数据传递。它常被设计为分布式IO模块，内置IO-Link连接通道。）IO-Link设备（IO-LinkDevice）则通过标准线缆与IO-Link主管的通道相连。）非屏蔽3-5芯标准线缆在此扮演着连接角色。4）为了配置IO-Link参数，需要使用专门的配置工具。
在IO-Link系统中，数据通过这些组件的协同工作，实现高效、稳定地传输。IO-Link主管作为数据中转站，与PLC进行数据交换，确保信息的顺畅流通。每一个IO-Link设备都必须与IO-Link主管的一个特定通道相连结，这使得IO-Link成为了一种点对点的通信协议，而非总线协议。在IO-Link系统中，传感器和执行器是两种主要的设备类型：传感器通常采用M2四针接口，而执行器则常为M2五针接口。这些设备的针脚定义，均需遵循IEC-5-2标准。）针脚（PIN）：负责接入24V电源正极；）针脚3（PIN3）：连接0V电平；）针脚4（PIN4）：用于IO-Link通信或标准IO输出。
接下来，我们来看一下IO-Link设备的针脚定义图：IO-Link主管（IO-LinkMaster）的针脚定义存在两种类型：PortClassA和PortClassB。在PortClassA的配置下，针脚、针脚3以及针脚4与IO-Link设备的先前定义保持一致。然而，针脚2和针脚5在这类配置中未被明确规定，给予了IO-Link设备制造商根据实际需求进行自定义的灵活性。具体定义方式可参考下图：在PortClassB的配置中，针脚、针脚3和针脚4同样与IO-Link设备的先前定义保持一致。然而，这里的新增特性在于针脚2和针脚5被赋予了新的功能，它们共同提供了额外的电源支持。具体而言，针脚2作为电源的正极，而针脚5则作为电源的负极，为IO-Link设备提供了稳定的电力供应。这一设计增强了设备的灵活性，使其能够更好地适应不同的应用场景。在PortClassB的配置中，针脚、针脚3和针脚4的功能保持不变，与IO-Link设备的先前定义相吻合。然而，针脚2和针脚5在新版本中获得了新的功能，它们共同提供了额外的电源支持。具体来说，针脚2被定义为电源正极，而针脚5则为电源负极，从而为IO-Link设备提供了稳定可靠的电力供应。这一改进使得设备更加灵活，能够更好地适应不同的应用场景。
当连接类型为A的IO-Link主管时，可以使用三芯电缆进行连接；而当连接类型为B的IO-Link主管时，则需采用五芯电缆以确保稳定的连接。此外，本文还提供了多期关于PLC通讯的深入解析，包括西门子系列的PLC通讯方式、基于C#的TCP和S7通讯技术等。这些内容旨在帮助读者更全面地了解IO-Link技术和PLC通讯的应用与挑战。SimcenterAmesim同样支持与博图仿真等工具的集成，提供强大的仿真与虚拟调试功能。此外，本文还介绍了罗克韦尔的虚拟调试与仿真合集，以及西门子、罗克韦尔、达索等知名品牌的相关软件产品。在标准方面，探讨了OPCUA这一面向未来工业通讯的规范，以及基于IIoT的通信标准TSN（时间敏感网络）。同时，还深入剖析了汽车动力总成生产线的Sicar解决方案，以及基于TIAPortal的AGV行业自动化标准SIMOVE。此外，还介绍了HMI/SCADA领域的相关技术，如西门子Wincc的不同版本及其功能特点，以及施耐德Wonderwaresystemplatform的冗余配置方案。最后，对WinCC、Citect、LabVIEW、InTouch、Ingnition等组态软件进行了简要比较和测评。