IO とは-リンク
IO-Link は産業オートメーション用のデジタル通信プロトコルで、当初はシーメンスによって提案され、現在は国際標準となっています。産業機器と制御システム間の接続と通信を可能にすることを目的としています。これにより、センサー、アクチュエーター、その他の産業用デバイスとコントローラー (PLC など) との間の双方向通信が容易になり、データと制御信号のリアルタイム送信が可能になります。-
IO-Link は、産業用オートメーション コントローラーと産業用アクチュエーターまたはセンサー間の通信標準として機能するシリアル通信プロトコル (I2C バスに似ています) です。これは、通信ネットワークを現場にブリッジするための「最後の数フィート」の技術標準を表します。
IO-リンクが必要な理由は何ですか?
IO-次のような技術的な利点があるため、IO リンク テクノロジーは不可欠です。
リアルタイムのデータ送信と制御:-産業オートメーションでは、正確な機器の制御と監視のためにリアルタイムのデータ転送が重要です。{0} IO-Link は高速で信頼性の高いデジタル通信チャネルを提供し、センサーとアクチュエーターがリアルタイムの制御と監視のために制御システムにデータを迅速に送信できるようにします。-
IO-リンクにより双方向通信が可能になります。制御システムからコマンドや構成データを受信するだけでなく、パラメータやステータス情報も制御システムに送信します。このインテリジェンスにより、デバイスはさまざまな生産需要や動作条件に適応できるようになり、生産ラインの柔軟性が向上します。
簡素化された設置とメンテナンス:IO-Link デバイスはデジタル通信経由でパラメータ化および設定できるため、手動によるセットアップ エラーが減り、設置とメンテナンスのプロセスが合理化されます。さらに、IO-Link は診断情報を送信し、エンジニアが問題を迅速に特定して解決し、ダウンタイムを最小限に抑えるのに役立ちます。
故障診断と予知保全:IO{0}}Link 経由で送信される診断データは、企業の障害診断を支援し、タイムリーな問題の検出と解決を可能にして、生産の中断と損失を削減します。さらに、装置の状態や性能データをモニタリングすることで予知保全が可能となり、装置の故障を事前に予防し、生産効率をさらに向上させることができます。標準化と相互運用性: IO-Link は国際的に標準化された通信プロトコルです。さまざまなメーカーのデバイスが同じ通信規格に準拠しているため、さまざまな機器間の相互運用性が確保されています。これにより、企業は互換性を心配することなく、さまざまなサプライヤーからのデバイスを柔軟に選択して統合することができます。
IO の開発-リンク
I0-Link ノードの数は近年急激に増加し、2017 年には早くも 600 万ノードに達しました。
センサーモード
従来のデータ収集センサーは、次の 2 つのカテゴリに分類されます。
1. アナログセンサー:アナログセンサー値はA/D変換によりデジタル値に変換されます。マイクロプロセッサ (uP) はこれらのデジタル値を読み取り、D/A 変換を介してアナログ信号に変換して PLC に送信します。 PLC は、A/D コンバータを使用してこれらのアナログ信号をデジタル信号に再変換します。 PLC のマイクロプロセッサはデジタル値を読み取り、センサー情報を取得します。
2. バイナリデジタルセンサー:デジタル出力 (DO) ポートとデジタル入力 (DI) ポートを介して、センサーと PLC の間でバイナリ デジタル レベル信号を送信します。
シングル-ポートのバイナリ デジタル センサー ドライバー
まず、センサードライバーとは何でしょうか？それは何をするのですか？
センサー ドライバーは、センサー デバイスを制御および操作して、センサー デバイスが適切に機能し、他のシステムと通信できるようにするソフトウェアまたはハードウェア コンポーネントです。センサードライバーの役割は、センサーが生成する物理量をデジタル信号に変換することです。
次に、これらの信号をより高いレベルのアプリケーションやシステムに送信して、{0}処理、分析、意思決定を行います。-
私の理解では、センサー ドライバーは最下位レベルのセンサーと上位レベルのアプリケーションの間の中間層として機能すると考えています。{0}}この仲介手段がなければ、センサーによって収集されたデジタル信号またはアナログ信号は、単に回路内を目的もなく伝播することになります。センサー ドライバーを配置すると、基盤となるセンサーによって収集されたデータに名前、方向、およびさまざまな属性が付けられます。これにより、上位レベルのアプリケーションはデータの起源を認識し、それが表す物理量を理解し、対応するアクション コマンドを発行できるようになります。
バイナリデジタルセンサーとドライバーの機能:
信号適応:バイナリ デジタル センサーは、スイッチのステータスやボタンの押下など、さまざまな状態やイベントを表す特定のデジタル信号を生成する場合があります。センサー ドライバーは、これらの信号を、電圧信号など、他のシステムで読み取りおよび解釈できる電気信号に変換します。
信号の増幅または減衰:場合によっては、センサー出力信号は後続の回路要件を満たすために増幅または減衰が必要になります。センサードライバーは信号を増幅または減衰して、正確な信号伝送を保証します。
電気的絶縁:センサーと他の回路間のノイズや干渉を分離するために、センサー ドライバーは電気的絶縁を提供し、センサー信号の精度と安定性を確保します。
信号フィルタリング:センサーは環境ノイズの影響を受ける可能性があります。センサー ドライバーは、このノイズを除去し、より信頼性の高い信号を送信するためのフィルター機能を提供できます。
ロジック変換:一部のデジタル センサーの出力信号には、信号の反転や複数の信号の結合などの論理変換が必要な場合があります。センサー ドライバーはこれらのロジック変換操作を実行できます。
センサー電源:特定のデジタル センサーが正しく機能するには、外部電源が必要な場合があります。センサー ドライバーはセンサーに適切な電源電圧を提供できます。
インターフェイスの互換性:センサー ドライバーは、アナログ信号、デジタル信号、シリアル通信など、センサーをさまざまなシステムまたはデバイスに接続するためのさまざまなインターフェイス オプションを提供します。
シングルポート バイナリ デジタル センサー ドライバーの欠点:
1. データ送信は一方向読み取り専用です。-。制御操作が必要な場合はどうすればよいでしょうか?
2. データには 0/1 の 2 つの状態しかありません。どうすればより多くの情報を発信できるでしょうか？
IOデバイスシステム
IO-Link センサーは測定偏差を示さない
従来のアナログ信号 (温度、圧力など) は、送信中にアナログ形式とデジタル形式の間で変換する必要があります。この変換プロセスにより、最終結果の精度に影響を与えるデータの不一致が生じます。
IO- リンク経由で接続すると、測定値はセンサーからコントローラーにデジタルで直接送信され、送信されたデータ値が常に測定値と正確に一致することが保証されます。
IO-リンク接続により、従来のアナログ信号伝送に特有の周囲の電磁干渉の影響も排除されます。IO-リンク ネットワークの構成
I0-Link はさまざまなエンドデバイスで使用できます。
センサー:温度、圧力、光電、流量... I0-Link センサーはデジタル化されたセンサー データを提供し、リモート構成と監視をサポートします。
アクチュエーター:ソレノイド バルブ、モーター ドライバー、サーボ ドライブ... これらのアクチュエーターにより、I0-Link を介したリモート制御、監視、診断が可能になります。
アナログ-から-デジタル コンバーター（ADC/DAC）:デジタル- - - コンバータを接続すると、IO-Link ネットワークからアナログ信号を出力できます。
識別装置:RFID リーダー/ライター、バーコード スキャナーなど、オブジェクトの識別と追跡機能を可能にします。
IO-リンク相互接続バス（統一配線規格）
IO-リンク接続では、次の 3 つの異なるコネクタ タイプを利用します。
1. 信号ケーブル:マスターをハブまたは IO{0}} ターミナル デバイスに接続します。 IO-Link の物理層信号は、信号ケーブル (標準の 3 芯ケーブル) を介して送信されます。-。
2.データケーブル:マスターをイーサネット機器などの上位レベルの制御デバイスに接続します。{0}
3. 電源ケーブル:マスターに大電流を供給
IO-リンク統合配線規格:
• IO-リンク マスターでは、すべての IO-Link デバイスを接続するために標準の 3 芯ケーブルのみが必要です-
• デジタル スイッチ信号とアナログ信号の両方が、この 3 芯ケーブルを介して上位レベルのコントローラとデータ通信できます。-
• 予測: 将来、すべてのアナログ信号、RS232、RS485 は IO-Link に置き換えられるでしょう
IO-リンクセンサーの仕様
IO-リンク センサー=IO-リンク センサー（IO-リンク インターフェースとロゴ付き） + IODD デバイス記述ファイル + メーカー宣言
産業用インターネットにおける IO- リンクの位置ネットワークまでの最後の 1 メートル
IO-リンク通信
通信インターフェースとデータ型
タイプAとタイプBの違いは何ですか?
IO-リンク マスター デバイスとスレーブ デバイスは物理配線を介して通信します。マスター デバイスとスレーブ デバイスは、電力線、データ線、信号線などのケーブルを介して物理的に接続されます。従来の IO センサー/アクチュエーター信号は、標準 10 (SI0) モードでマスター デバイスによって定期的に収集されます。上の図に示すように、ピン 1 ～ 4 は 10-Link デバイス間の物理配線ピンです。
各ピンの機能は次のとおりです。
データは、24V パルス-変調シリアル UART プロトコルを使用して Pin4 ピンを介して送信されます。送信されるデータの種類には、プロセス データ、パラメータ、診断、その他のサービス データが含まれます。
実際、これらのデータ型は CANopen で送信されるものと似ています。ここで、プロセスデータとサービスデータは、CANopenにおけるPDOとSDOに相当します。
IO{0}Link デバイス間の通信速度は、接続されている IO-Link デバイスによって異なり、次の 3 つのモードで動作します。
- 4.8 kボー（COM1）
- 38.4 kボー（COM2）
- 230.4 kボー（COM3）
IO-リンクのデータ型を以下の表に示します。
プロセス データ: 最も一般的なデータ タイプで、温度、圧力、流量、その他の測定値など、センサーによって測定された実際の物理量を送信するために使用されます。プロセス データは通常、監視および制御アプリケーションで使用されます。
サービスデータ:
構成データパケット:サンプリング レート、動作モード、しきい値など、10-Link デバイスのパラメータを設定および構成するために使用されます。デバイスは構成パケットを送信して、その動作や機能を変更できます。
診断データ パケット:エラー コード、警告メッセージ、障害ステータスなど、デバイスに関する診断情報を送信するために使用されます。これらのパケットは、システムの障害診断とメンテナンスを支援します。
識別パケット:固有のデバイス識別子、製造情報などを送信します（偽造品の流通を防止するため）。このデータは、システムによる個別のデバイスの識別と管理に役立ちます。
ステータスパケット:デバイスの動作ステータス、ランタイム (テクニカル サポート時間の記録用)、アラーム情報、ステータスの変化、および関連する詳細を伝達します。
デバイス機能パケット:サポートされている動作モード、データ形式など、デバイスの機能および特性情報を送信します。
標準 I/O:デバイスが特定の状態または状態に達したときにトリガーされるイベントなど、イベントでトリガーされる信号を送信します。{0}
上の図は、IO{0}}リンク マスター デバイスと IO- リンク スレーブ デバイス間のデータ送信プロセスを示しています。これは、データ転送における従来のセンサーに対する IO- リンクの利点を示しています。 IO-Link テクノロジーの出現により、センサーはデータを収集して上位レベルのシステムにアップロードできるだけでなく、上位レベルのシステムからセンサーやアクチュエーターにデータを送信できるようになります。-さらに、データ送信プロセスは非常に高速で、通常はわずか 2 ～ 3 ミリ秒しかかかりません。
IO-リンクデバイスの開発とテスト
IO-リンクデバイスの開発
アプリケーション定義:
1. アクチュエーターまたはセンサーの機能
2. サイクリックデータ（プロセスデータ）を定義する
3. IO-リンクデバイス機能（パラメータ、イベント、システムコマンド、データストレージ）
MCU の選択:
- COM2: 推奨される 8 ビット プロセッサ
- COM3: 16- ビットを推奨、例: Cortex-M0 以降
一般的なパフォーマンスパラメータ:
- 6-15 MHz
- フラッシュ: ±16 kバイト
- RAM: ±0.5 キロバイト
- 消費電流:<10 mA
PHY チップの選択:。
2 つの典型的な PHY チップ。
基本的な機能。
自動ウェイクアップ リクエスト（WURQ）検出-。
RX、TX CIQ。
送信を有効にします。
すべての通信速度、ハイサイド、ローサイド、プッシュ-出力。
統合されたフレーム処理。
SPI、I2C
.UART
.追加機能
.LDO、DC/DCコンバータ
.温度センサー
.逆極性保護
水晶の代替としてのRC発振器/PLL
.スイッチングモード: NPN、PNP、プッシュ-プル...
.ホットスワップ、回線保護...
PS: PHY チップとは何ですか?
PHY チップは物理層チップの略で、物理層通信を処理するためにコンピュータ ネットワークで使用される集積回路を指します。物理層は、データの物理的な送信と電気信号変換の管理を担当するコンピュータ ネットワーク アーキテクチャ内の層です。論理データをネットワーク上の送信に適した信号形式に変換します。 PHY チップは通常、コンピュータ、サーバー、ルーター、スイッチ、その他のネットワーク デバイスを接続するために使用され、リンク間のデータの物理的な送信を可能にします。
PHY チップはさまざまなネットワーク プロトコルに適用されます。一般的な例としては次のようなものがあります。
• イーサネット PHY チップ:イーサネット通信に使用され、データ フレームをイーサネット経由での送信に適した電気信号に変換します。
• USB PHY チップ:USB (ユニバーサル シリアル バス) インターフェイスに採用され、USB デバイスのデータ転送と電気信号の変換を処理します。
• PCIe PHY チップ:PCI Express インターフェースに使用され、PCIe デバイス間の高速データ転送を処理します。{0}
• 無線通信 PHY チップ:WiFi、Bluetooth、モバイル ネットワークなどのワイヤレス通信では、PHY チップがデータをワイヤレス信号に変換したり、その逆の変換を行ったりします。
• 光ファイバー通信 PHY チップ:光ファイバー通信に使用され、データを光信号に変換してファイバーを介して送信します。
一貫性テスト:
適合性テストを行う理由
適合性テストでは、デバイス、システム、アプリケーションが正しく実装され、IO{0}} 規格に従って動作するかどうかを検証します。
適合性テストは、MD を発行する前に実施する必要があります。
IO-リンク品質ワーキング グループは、ドキュメントの草案と維持を担当します。
この文書には、マスターおよびデバイスのテストの技術仕様が詳しく記載されています。
試験装置情報の仕様が含まれます。
ドキュメントへのアクセス: IO-リンク公式ウェブサイト
試験項目
• 物理層テスト: 電子機器が必要で、通常は手動で実行されます。
• プロトコル テスト: IO-Link 技術委員会によって承認されたプロトコル テスト システムを使用して実施する必要があります
• EMC テスト: EMC テストは IO- リンク インターフェース仕様で指定されており、専用の電磁適合性テスト機器が必要です
一貫性テストのプロセス
異なるバス上の IO- リンク構成
IO-リンクとバス システムの関係
上の図に示すように、10-Link はシステム バスに影響を与えません。それどころか、10-Link はコントローラーとセンサー/アクチュエーターの間の「ラスト マイル」を橋渡しします。これはバスと競合するものではなく、むしろシステムの統合と標準化を強化します。
. 10-Link は既存のバス テクノロジーに依存せず、既存のバス テクノロジーに統合できます。
3 ピンおよび 5 ピンのケーブルを備えた標準の M12 および M8 コネクタを使用します。
D1、DO、アナログ信号などを伝送できるユニファイドインターフェース
IO-リンク構成の概要。
IO-リンクは、主流のバス プロトコルと互換性があります。
IO-Link システム コンポーネントはシンプルで組み立てが簡単で、通信ケーブルの要件も低くなります。
設定は異なるバス間でも同様です。スレーブの必要な入出力処理データサイズに基づいて通信を実現します。
IO-リンク通信診断は簡単に実装できます。
IO-Link通信によりさまざまなデバイスデータを簡単に取得し、メンテナンスや監視が容易になります
IO- リンク デバイス ソフトウェア プロトコル スタック
AsiaInfo IO-リンク デバイス ソフトウェア プロトコル スタックは、AsiaInfo Electronics AXM-IOLS IO-リンク デバイス評価ボードに基づいて設計されており、STMicroelectronics STM32F469AI マイクロコントローラを搭載し、STM32Cube IDE 開発環境内で開発されています。このソフトウェア スタック スイートには、AsiaInfo IO{7}}Link デバイス ソフトウェア プロトコル スタック、IO-Link センサー ドライバー、およびデモ アプリケーションのトライアル ライブラリが含まれています。 AsiaInfo IO-Link デバイス ソフトウェア プロトコル スタックのソフトウェア アーキテクチャは、STMicroelectronics の STEVAL-BFA001V2 ソフトウェア開発キットに基づいて構築されており、AsiaInfo が独自に開発した IO-}Link デバイス ソフトウェア プロトコル スタック ライブラリを統合しています。 AXM-IOLS IO-リンク デバイス評価ボードを使用しているお客様は、アクティベーション後 72 時間の試用期間内に、ファームウェア アップグレード機能を除く、AXM IO-リンク デバイス ソフトウェア プロトコル スタック トライアル ライブラリの全機能のテストと評価を実行できます。-
特徴
• IO- リンク インターフェースおよびシステム仕様 V1.1.3 に準拠
• IO-Link V1.0 マスターとの下位互換性
• ソースコードは ANSI-C 99 規格に準拠しています
• IO-リンクインターフェース経由のファームウェアアップデートをサポート
• 動作モード: IO-リンクモードと標準 I/O モード
• ISDU通信とデータストレージをサポート
• 交互バッファによる一貫したプロセスデータ交換 (PDE) を実現します。
• すべてのテレグラム タイプとボー レートをサポート: 4.8Kbps (COM1)、38.4Kbps (COM2)、および 230.4Kbps (COM3)
• 最小限の設置面積: RAM < 1KB、フラッシュ < 10KB
• ST L6362A IO- リンク トランザクションを搭載した AXM-IOLS IO- リンク デバイス評価ボードに基づいて開発
製品の用途
IO-リンクセンサー
温度/湿度/圧力/光電/ビジョン/ToFジェスチャーセンサーなど
IO-リンク アクチュエーター
バルブアクチュエーター/モーターコントロール/スマートLEDビーコンなど
IO-リンクハブ
IO-リンク バルブ諸島
