IO-Link成为现代智能工厂的核心技术

IO-Link成为现代智能工厂的核心技术

IO-Link已经成为推动制造业改革的核心，是现代智能工厂不可缺少的部分，能将传统传感器转变为智能传感器，为边缘设备带来更多智能。IO-Link将可让制造商能在不拆除和更换设备的情况，直接让工厂实现现代化转型。本文将为您介绍IO-Link在智能工厂中扮演的角色，以及由ADI推出的IO-Link相关解决方案。

IO-Link技术将优化生产线并简化生产流程

建立专用生产线来生产不同产品的传统方法已经过时，且不具备成本效益。采用IO-Link主机作为生产核心，为工厂车间带来灵活性和可配置性，实现传感器和执行器的自主调试，将成为智能工厂发展的重要方向。

在制造环境中，所有制成品都需要一系列传感器协同工作，以帮助机器确定与物体的距离，检测物体、确定物体的颜色和组成，以及监控物体或液体的温度和压力。想象一下，如果我们派遣技术人员前往工厂车间来手动更改传感器并重新校准其参数，进而生产出单个产品，将会耗费大量的时间和成本，这种低效方式会严重影响整个制造流程，并会导致生产力的全面损失。

如果延伸到生产不同产品的整个生产线，还需要停止生产，然后更换或重新配置无数个传感器，将使生产线付出极高的时间成本。采用IO-Link技术将使传感器和执行器发生改变，实现自主调试和双向通信，进一步优化生产线并简化整个生产流程。

IO-Link将可简化开发流程缩短上市时间

采用IO-Link主机将可望为边缘设备带来智能，IO-Link主机可为工厂边缘的传感器和执行器提供高速、双向的数字数据通信。这种通信助力实现真正的智能传感器和执行器，并提供新的测量、监控方法来影响每个生产阶段。

另一方面，IO-Link可简化安装过程和接口，IO-Link使用标准化接口，这种接口使用便捷的M12 3引脚连接来取代传统的模拟、二进制和串行RS232接口。除了能够切实简化安装过程之外，IO-Link使得用户能够实现支持自动设置参数的自主调试设备，从而快速轻松地更换传感器。

此外，IO-Link可减少工厂停机时间，IO-Link提供双向通信功能，使传感器、执行器和IO-Link网关能够持续与主可编程逻辑控制器（PLC）通信。提供实时诊断信息和更新，让工程师能够及早发现并快速解决问题，以免对生产流程造成影响。

IO-Link还可简化以太网连接，为了将IO-Link主机连接至以太网，我们可预先对第二代RapID平台（RPG2），也就是ADI的工业以太网平台解决方案进行测试，验证其是否符合工业以太网协议供应商的测试标准，采用ADI解决方案的设计能在任何受支持的工业以太网网络中正常运行，从而简化开发流程，缩短上市时间。

IO-Link主机收发器的低功耗解决方案

针对IO-Link主机应用，ADI推出集成帧处理器和L+电源控制器的MAX14819双通道IO-Link主机收发器。MAX14819/MAX14819A是低功耗双通道IO-Link主机收发器，包含传感器／执行器电源控制器。它们完全符合最新的IO-Link和二进制输入标准，也符合测试标准。为了简化微控制器的选择，MAX14819/MAX14819A采用包含UART和FIFO的帧处理器，且经过配置，可以采用外部UART或者采用集成帧处理器运行。此外，它们配有两个辅助数字输入通道、两个低功耗传感器电源控制器和反极性保护功能，以实现稳健可靠的低功耗解决方案。MAX14819/MAX14819A完全兼容最新IO-Link和二进制输入标准及测试规范IEC 61131-2、IEC 61131-9 SDCI和IO-Link 1.1.3。主机收发器也包括两路辅助数字输入(DI_)通道。

MAX14819/MAX14819A可配置为配合外部UART工作，或者使用IC上的集成成帧器。为便于选择微控制器，主机收发器具有帧处理电路，带有UART和FIFO。器件设计用于简化所有IO-Link M序列帧类型的时间关键控制。MAX14819/MAX14819A也具有自主循环定时器，降低对高精度控制器时序的要求，集成建立通信排序器也简化唤醒管理。

为了加速IO-Link应用的开发速度，ADI还推出MAX14819评估板（EV kit），包括评估电路板和软件。评估板为完全装配并经过测试的电路板，可用于评估MAX14819双通道IO-Link主机收发器。

支持不同的协议的工业以太网解决方案

ADI还推出用于上行链路的ADIN2299 RapID平台第2代（RPG2）网络接口，RPG2是一种工业以太网平台解决方案，包含加入星型、线型或环型网络拓扑所需的所有技术，包括通信控制器、闪存、RAM、以太网交换机和物理层（PHY）。其中包括完整的多协议软件解决方案，可以在具有不同软件映像的所有终端系统中使用一种硬件设计，以支持不同的工业协议。

主机处理器通过ADI的统一接口和以太网、串行外设接口（SPI）或通用异步接收器发送器（UART）连接到网络接口。统一接口简化了与任何主机控制器的通信，并提供一个通用接口以支持所有协议堆栈。这样可确保实现多协议连接，无需对应用程序主机代码进行任何更改，从而消除了软件集成的设计负担。

ADIN2299是一款经过预先测试的完整解决方案，用于管理应用处理器的工业协议和网络流量。该模块包含部署实施Ether-CAT、PROFINET实时（RT）和同步实时（IRT）、EtherNet/IP网络所需的一切，包括通信控制器、协议栈、闪存、RAM、跟随控制器和PHY。应用处理器通过UART、SPI或以太网接口进行连接。

ADI也有推出ADIN2299的评估套件 ― EVAL-ADIN2299，该评估套件提供从主机处理器到PLC或基于PC工具的通信路径端到端评估。在将网络接口集成到终端现场设备之前，利用该评估套件可以全面验证主机处理器和PLC之间的通信路径。

多款具特色的IO-Link解决方案

除了上述两个主要IO-Link解决方案之外，ADI还有多款IO-Link特色产品，包括MAX14916紧凑型工业八路1A/四路2A高压端开关（具有诊断功能），MAX14916具有八个高压端开关，每通道可提供高达1.1A（最小值）连续电流。两个相邻通道可以并联，从而构成四个2.4A高压端开关。在125℃环境温度下，高压端开关具有250mΩ（最大值）的导通电阻。

此外还有 MAXM15065 这款 4.5V至60V、300mA、µSLIC 降压型电源模块，这款喜马拉雅系列稳压器 IC 和电源模块，是可提供低温升、小尺寸、较简单的电源方案。MAXM15465 / MAXM15466 / MAXM15065 / MAXM15066 / MAXM15067 为高效、同步降压型 DC-DC 电源模块系列，集成控制器、MOSFET、补偿组件和电感，工作在较宽输入电压范围。模块工作在 4.5V 至 60V 输入电压范围，提供高达 300mA 输出电流。

另外还有MAX32670这款高可靠性、超低功耗微控制器，采用Arm Cortex M4 FPU处理器，适用于工业和IoT应用，在Darwin家族中，MAX32670是一款超低功耗、高性价比、高可靠性的32位微控制器，在实现复杂的传感器处理设计的同时不会影响电池寿命。器件集成了高度灵活性的多功能电源管理单元与功能强大的Arm Cortex-M4（带浮点运算单元，FPU）。MAX32670也为传统设计从8或16位微控制器升级提供了简便、成本优化的途径。MAX32670EVKIT则是MAX32670的评估套件，为评估MAX32670提供平台。

MAX22514则是一款浪涌保护IO-Link器件收发器，带DC-DC转换器，MAX22514 IO-Link收发器集成高压功能，包括一个24V线路驱动器、一个集成式DC-DC降压稳压器，以及5V和3.3V线性稳压器。MAX22514适用于IO-Link器件、主机和工业开关传感器应用，可以通过标准SPI接口进行配置和监控。

IO-Link参考设计加快产品开发速度

ADI也推出多款特色参考设计，像是MAXREFDES1458通道IO-Link主站，MAXREFDES145#是一款完全符合IO-Link 标准的8端口IO-Link主站参考设计。该设计使用TEConcept的IO-Link主站堆栈，既是IO-Link主站参考设计，也是IO-Link传感器／执行器开发和测试系统。八个IO-Link端口允许同时测试多达八个不同的传感器（或执行器）。该参考设计具有八个坚固的M12母头连接器（IO-Link最常用的连接器），并附带两根IO-Link电缆，可快速连接到IO-Link兼容的传感器和执行器。交流转直流（24VDC/1A）电源组能够同时向每个端口提供至少125mA的电流，当未使用的端口较少时，可以提供更多电流。

MAXREFDES165#四通道IO-Link主站则是一款完全符合IO-Link标准的4端口IO-Link主站参考设计。该设计使用TMG TE IO-Link主站堆栈，既是IO-Link主站参考设计，又是IO-Link传感器／执行器的开发和测试系统。四个IO-Link端口允许同时测试多达四个不同的传感器（或执行器）。该参考设计具有四个坚固的M12母头连接器，并附带IO-Link电缆，用于快速连接到IO-Link兼容的传感器和执行器。交流转直流（24VDC/1A）电源能够同时向每个端口提供至少250mA的电流，当使用较少的端口时可以提供更多电流。

MAXREFDES277#则是一款双通道IO-Link主站参考设计，针对快速原型设计进行了优化。该设计将Technologie Management Gruppe (TMG TE) IO-Link主站堆栈用于MAX14819A IO-Link主站收发器，既是IO-Link主站的评估模型，也是IO-Link传感器／执行器开发和测试系统。两个IO-Link端口允许同时测试最多两个不同的传感器或执行器。

结语

当工业制造朝向工业4.0智能工厂的道路前进时，IO-Link将成为串联各种传感器／执行器的关键技术，并进一步优化生产线的生产流程。ADI推出了多款针对IO-Link应用的解决方案，并提供完整的开发工具套件与参考设计，将可加速客户开发IO-Link相关产品的速度，值得您进一步深入了解与采用。

审核编辑：刘清