IO-Link 在工业自动化中的应用

本文主要介绍工业系统中用到的ST IO-Link 通信主站整体解决方案，包含以下5个方面的内容：

首先是IO-Link 在工业自动化中的应用；第二是ST IO-Link 主站收发器的介绍；第三是我们ST的IO-Link 主站评估板的介绍；第四是对IO-Link 主站参考设计方案的一些介绍；第五就是IO-Link 主站参考设计的演示。

工业自动化系统可以说由很多个层级组成，最顶层通常是工业以太网传输数据到工厂上层的控制中心或者监控中心，中间层通常为一些PLC系统，进行一些专业化的过程处理，比如控制一条专门的流水线或者生产线。而在最底层，通常是很多的工业传感器，比如温度传感器、压力传感器、流量传感器，或者是接近距离传感器以及一些执行器，比如阀门、动灯、继电器或者接触器等，这些皆用来进行物理量的收集和控制。

在这些层级之间，也会有一些模块或者网关进行转换和处理工作。因此，在传统的工业系统之中，现场有很多不同的电平标准和通信协议，这样的模块化和通用性就会比较差。因为现场既有模拟信号，比如说是4到20毫安电流环，以及模拟电压信号，同时又有数字信号。在这样的环境中，模拟信号会特别容易受到恶劣现场环境的干扰。与此同时，模拟量传输的传感器或者执行器也无法进行现场的远程配置或校准诊断等工作。 为了解决工业现场环境中最后一段数据到传感器和执行器的传输，如前面所描述的一些类似痛点，我们引入了专门的数字接口IO-Link,在传感器和工业现场总线的接口模块之间实现了全数字化的传输。双向的数据传输就使得现场量的参数化交互和信息的诊断以及回传具有了可能性。使用这种技术，就可以实现远程的条件监控和终端设备的可预见性维护，从而很好缓解生产线的停线问题。

它的优点包括：

第一，无论是纯数字式的传感器，或者是经过数字量化之后的模拟传感器，以及不同类型的执行器，都可以实现统一接入，从而实现简单化和标准化的系统构架。 第二，数字信号的传输会比模拟信号的传输抗干扰能力更强，因此系统的可靠性也会更强。 第三，通过数字信号的双向传输，可以使用更智能、更先进的执行器或传感器，就可以更容易地实现状态监控和系统诊断保护功能。这样的话，生产线的任何问题和状态都可以得到实时的监控和维护，保证整个生产线的可靠性、可维护性和可升级性，从而保证实现最小的停线时间。

下面是有关IO-Link 技术的具体内容

首先，IO-LINK标准的定义实现了传感器或执行器到控制系统之间的数据传输、处理、配置以及诊断信息的交互。其次，这是一种简单的点对点的通信构架，即一个master 端口对接一个设备端口。然后，它可以实现现有的一些通信构架的兼容，比如线缆和接口实现复用。同时，IO-Link 系统也具有向后兼容的升级能力，因为该系统master 端都是使用数字二进制的串行通信方式与设备进行交互，反之亦然。

可以说IO-link 使系统变得更简单：

第一，这是一个通用化的标准通信方式，遵从IEC61131-9。 第二，IO-Link 是智能化的通信系统的，解决了控制主机到终端设备的最后一段距离的数字化信息交互和传输。 第三，IO-Link 简单即用，它可以说是即插即用，可以与现有的一些系统设备实施兼容。

ST在IO-Link通信解决方案中所提供的一些相关产品及方案

首先，在这个通信系统里，连接上位机控制器端的被称之为IO-Link Master，即为后续会提到的一些主要关键方案。其次，ST在IO-Link Master项目上能提供一些通信芯片，如L6360。在另外一面的传感器或者执行器端，即IO-Link Slave端， ST在这个IO-Link Slave从站项目上可提供的通信芯片为L6362A和L6364。 根据标准，这种三线点对点的通信方式很容易就能够与一些现有的传感器执行器的标准端口相兼容，比如M12的标准的工业连接器和M12标准的接头线。另外，它的优势还包括可以在一个线缆里既实现点对点的双向的信号传输，还实现master端对传感器执行器的一般供电需求。根据目前工业的一般要求，这个线缆的最大长度为20米，里面的三根线分别是24v、0v以及数据线。 该芯片的L+最大可以支持500毫安。如果还需要更大的电流，也有其他的一些L+驱动器，包括Load Switch IPS等产品，可以提供更大的电流，也可以进行外加。IO-Link通讯速度一般可以达到230.4K一个COM3的波特率，同时还具有状态指示及检测等功能。

对于IO-Link 的一些具体应用特点，L6360和L6362A所组成的通信收发器系统，可以支持IO-Link的三种标准数据，分别是COM1(4.8k)、 COM2 (38.4K)和COM3（230.4K）模式。这样的通信系统可以满足所有现代标准，工业化传感器的和执行器的要求: 第一，它可以快速并非常简单地对传感器或执行器进行配置，或者是再重新配置。 第二，它可以广泛地应用于各种标准化的传感器或者执行信息的系统。 第三，作为一个数字化的通信系统，相比于传统的模拟信号传输系统，可以降低功耗以及提高系统的效率。 第四，它有完整的诊断和保护功能，可以提高相关系统的可靠性。因此，它可以非常广泛地应用于驱动各种数字化的传感器和执行器，以及PLC的输入和输出模块，从而实现并满足工业4.0的各种需求。

审核编辑：彭静