Czym dokładnie jest IO-Link?

Automatyka to dziedzina, która rozwija się niezwykle szybko. Jest istotną częścią przemysłu i stale ewoluuje. Co pewien czas zostaje do niej wprowadzone nowe rozwiązanie, które znacząco rewolucjonizuje dotychczasowe rozwiązania. Przyspieszanie, usprawnianie i minimalizowanie kosztów produkcji, by osiągnąć maksymalny zysk – oto podstawowe cele, jakie stoją przed każdą dziedziną przemysłu, a przede wszystkim automatyką.

Aby je zrealizować, naukowcy skupiają się na tworzeniu spójnych systemów sieci przemysłowych oraz sterowników – doskonałymi przykładami są sterowniki PLC albo takie sieci jak Profinet czy Profibus. Problem pojawia się, kiedy jedno z połączeń sterowników z urządzeniami wykonawczymi zawodzi (na przykład, jeśli przewód połączeniowy jest uszkodzony). Usterkę należy wówczas zlokalizować i wyeliminować jej przyczynę. Szukanie awarii jest możliwe w tradycyjny sposób – analizując po kolei wszystkie elementy mogące stanowić przyczynę błędu. Prawdopodobieństwo szybkiego odszukania problemu tą drogą jest jednak bardzo niskie.

Z pomocą przychodzi innowacyjna technologia – interfejs IO-Link. Jest on efektem współpracy wielu firm, poszukujących rozwiązań w usprawnieniu produkcji poprzez zastosowanie inteligentnych urządzeń.

W jaki sposób można wykorzystać IO-Link?

IO-Link jest międzynarodowym standardem cyfrowej komunikacji (IEC 61131-9) między urządzeniami sterującymi, sensorami i urządzeniami wykonawczymi. Pozwala on na wyeliminowanie wielu żył sygnałowych oraz ułatwia znalezienie ewentualnej usterki. Podstawowymi elementami systemu są:

• IO-Link Master – komunikacyjna bramka między urządzeniami sterującymi i IO-Link Device,
• IO-Link Device – urządzenia wykonawcze i sensory (podłączane bezpośrednio do IO-Link Master),
• nieekranowany przewód 5-żyłowy (w niektórych przypadkach 3-żyłowy),
• oprogramowanie do konfiguracji i parametryzacji systemu.

IO-Link Master montowany jest w szafie sterowniczej lub w pobliżu sensorów i urządzeń wykonawczych. Interfejs IO-Link to standard posługujący się komunikacją typu punkt-punkt – każde urządzenie IO-Link Device jest podłączone do osobnego portu. System jest wykorzystywany na szeroką skalę od kilku lat, a IO-Link zdecydowanie ułatwia komunikację, oferując przy tym zdalną parametryzację i diagnostykę – jest to bardzo istotna kwestia w kontekście wdrażania Przemysłu 4.0. Określenie to odnosi się do stworzenia fabryki, w której dzięki inteligentnemu zarządzaniu produkcją procesy zachodzą jeszcze szybciej, bez konieczności czasochłonnej interwencji człowieka.

Połączenie z każdym urządzeniem IO-Link odbywa się przy pomocy przewodu, którego maksymalna długość może wynosić aż 20 metrów. Dodatkową zaletą jest fakt, że nie wymaga on ekranowania ani specjalnego sposobu układania. Standardowo wykorzystywane są gniazda trzy- (M8) lub pięciopinowe (M12). Możliwe jest jednocześnie realizowanie sterowania cyfrowego wejść/wyjść i komunikacja IO-Link. Złącza posiadają stopień ochrony na poziomie IP65/67. Każdy port IO-Link może pracować w jednym z czterech trybów:

• IO-Link – do komunikacji IO-Link,
• DI – wejście cyfrowe,
• DO – wyjście cyfrowe,
• Deaktywacja – jeżeli nie korzystamy z portu.

IO-Link Master: wszystko pod kontrolą

Każda z trzech prędkości 4.8, 38,4 i 230.4 kbaud (liczba zmian medium transmisyjnego na sekundę) jest obsługiwana przez IO-Link Master, który podczas podłączania dostosowuje ją automatycznie do prędkości przesyłu danych urządzenia końcowego. IO-Link przesyła 4 typy danych:

• dane procesowe (0-32 bajtów),
• status wartości – cyklicznie informuje o ważności powyższych,
• dane urządzenia,
• zdarzenia – alarmy, ostrzeżenia lub dane serwisowe.

Dzięki acykliczności większości z nich (głównie zdarzeń), system nie jest dodatkowo obciążony podczas pracy.

IO-Master działa na zasadzie cyklicznej wymiany danych z urządzeniami podrzędnymi, które przesyła za pomocą sieci nadrzędnej do adresów sterownika. Urządzenie znakomicie sprawdza się przy korzystaniu z takich sieci przemysłowych jak Profibus, Profinet, EtherCat, EthernetIP czy DeviceNet. Znacznie ułatwia to modernizację istniejących w wielu fabrykach aplikacji i tworzenie nowych. Urządzenie zbudowane jest z części odpowiadającej za podłączenie do sieci nadrzędnej, zasilania i urządzeń IO-Link Device. W zależności od zapotrzebowań klienta, dostosowywana jest zarówno liczba oraz rodzaj gniazd, jak i sposób montażu elementu.

IO-Link Device

W większości współczesnych urządzeń obecne są mikroprocesory sterujące ich pracą – nasze urządzenie wykorzystuje je dodatkowo do komunikacji z systemem nadrzędnym. Bez problemu można wykorzystać tradycyjne sensory cyfrowe oraz analogowe, dzięki specjalnie zaprojektowanym w tym celu modułom wej/wyj przetwarzającym sygnał do standardu IO-Link. Znakomicie sprawdza się wbudowana pamięć – na przykład w czujnikach zliczających, zwalniających program sterujący z kolejnej wartości do zapamiętywania. Czujniki analogowe często wysyłają zwrotną informację w postaci odpowiedniej wielkości prądowej, którą w systemie starej generacji dodatkowy przetwornik analogowo-cyfrowy musiałby przekształcić na konkretną informację. IO-Link robi to sam, eliminując dodatkowe urządzenie i czynności. Oczywiście istnieją również urządzenia pracujące jedynie w standardzie IO-Link, jednak nie należy postrzegać tego jako ograniczenia, a zaletę. Oferują one bowiem znacznie prostszą (i dzięki temu szybszą) obsługę i montaż, niż na przykład analogowe odpowiedniki sensorów. Urządzenia IO-link sterowane są za pomocą wartości cyfrowych – niezależnie od tego, czy wymagają operacji na pojedynczych bitach, czy wartościach całego rejestru.

W kolejnej części artykułu (Czym jest IO-Link? cz. 2) zostaną przedstawione zalety wyjątkowej budowy urządzeń IO-Link, która pozwala na pracę w każdych warunkach. Opowiemy o niesamowitych sprzęgłach indukcyjnych (których działanie mogliśmy oglądać powyżej na krótkim materiale wideo) i zasilaczach, jakie producent Balluff oferuje w tym standardzie, a także przedstawimy kilka informacji na temat konfiguracji systemu.