I/O Link 在Profinet 系統中的應用

肖劍鋒

（大連豪森瑞德設備制造有限公司，遼寧 大連 116036）

引言

工廠轉型升級是一個復雜的過程，很多企業要考慮在舊和自動化設備引入新技術時遇到的兼容問題。智慧型工廠需要連接工業現場所有的設備，如傳感器、變送器、執行器、PLC 控制器等。因此，通信技術是這場升級的關鍵。

工業自動化通過Profinet 取得了極大的進展。Profinet 是通過以太網為基礎運行，從控制層到驅動裝置均可集成Profinet，通過Profinet 模塊將驅動裝置和安全技術直接納入網絡中。

利用IO-Link 通過Profinet 總線模塊連接到PLC，連接十分簡單，不需要配置，即插即用，這一點不僅確保順利安裝，還能保障布線簡單方便、綜合診斷、集中式設置。憑借省時效用和顯著的成本優勢，讓您通過連接技術就已經可以改善過程質量。

1 普通I/O Link 模塊應用

在高度自動化的智能工廠場景中，IO-Link 的優勢已被證明而且它非常有用。IO-Link 通信標準使得從控制器到傳感器的傳輸過程變得更加透明，尤其在工業4.0 的發展趨勢下，業界對IO-Link 興趣日益增大。IO-Link 通信標準提供了許多好處，最重要的是降低了機器的成本，使生產流程更有效，并能顯著提高了機器和系統的可用性。

什么是IO-Link？

IO-Link 是一種開放式標準串行通信協議，允許支持IO-Link 的傳感器、設備進行雙向數據交換，并連接到主站。IO-Link 主站可以通過各種網絡，如現場總線進行傳輸。每個IO-Link 傳感器都有一個設備描述，IO-Link 不是一種現場總線，而是兼容IO 系統和現場設備之間的點對點通信協議。因為IO-Link 是一個開放的標準，所以設備可以集成到幾乎任何現場總線或自動化系統中。

基本上，IO-link 協議進行交換的有三種數據類型：周期性數據（也成為過程數據）、非周期數據或者服務性數據、事件型數據建立高效的Profinet 系統，需要高質量插接器和可兼容的部件，需要大量帶有總線模塊的I/O 控制器。總線控制器增多，這樣成本增加很多，而應用I/O Link，一個總線模塊帶很多I/O 集線器。

不用I/O Link 必須使用至少9 個現場總線模塊才能夠連接136 個輸入/輸出端。現在一個Profinet 總線模塊就足夠了。搭配成本極低的輸入/輸出集線器，現在可以非常高效地處理最多136 個輸入/輸出信號。這樣一來，與標準現場總線模塊相比，每個輸入端便能節省成本15%至20%。如果再算上省去的現場總線模塊和電線整體節約幅度至可以提高至30%至40%。使用一根低成本的BCC M12 標準電纜便能接通一個傳感器/作動器集線器。此外，I/O Link 模塊防護等級更改，可以達到IP67，直接柜外安裝即可，同時，傳感器集線器僅需要一個總線地址，即可在20m 范圍內靈活采集傳感器信號。這就保證了極高的效率，節省了安裝空間，易于維護，安全等級更高，節省成本。

圖1 I/O link 拓撲圖

2 I/O Link 其他應用

除了普通的應用外，I/O Link 還可以進行位置測量、目標檢測、識別、流體檢測應用，還可以溫度和壓力測量，通過IO-Link，Profinet 模塊適用于任何一項工作。IO-Link 不僅具有安裝標準傳感器的優勢，還能夠通過相同的接口集成智能設備。如此一來，模塊就提供了從信號層直至控制層的統一接口，在現場安裝智能設備時往往會產生較高的費用，這是因為在控制系統中使用了屏蔽電纜和模擬量輸入卡等智能接口卡。IO-Link 不僅使容易出錯的模擬輸入端成為多余，還減少了布線、檢測和硬件所需費用。通過即插即用低成本的非屏蔽M12 導線，系統能迅速而安全地投入運行。

同時，I/O Link 還可以連接安全I/O 部件，存在以下幾個有點：

（1）不需要選用安全繼電器，直接連接Safety Hub；

（2）不需要人工接線，標準M12 線纜連接；

（3）不需要設計安全電器柜；

（4）直接用Safety Hub 采集安全信號；

（5）IP67 模塊現場直接安裝；

（6）僅需要支持Profisafe 總線的PLC；

（7）Safety Hub 有狀態指示燈，并提供診斷。

圖2 I/O link 控制層拓撲圖

3 結語

IO-Link 系統可以應用到目標檢測、線性位移檢測、RFID工業識別，IO-Link 系統可以節省經濟成本 IO-Link 系統提供的實時和歷史數據的組合不僅可以減少問題出現和故障排除工作量，而且可以優化機器維護計劃，節省成本并提高設備長期運轉的效率。

圖3 I/O link 安全模塊拓撲圖