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倍加福P+F傳感器技術(shù)基礎(chǔ)
閱讀：548 發(fā)布時間：2022-6-8技術(shù)基礎(chǔ)
IO-Link 通信通過三線或四線非屏蔽標(biāo)準(zhǔn)電纜進行，該電纜可在 IO-Link 設(shè)備與 IO-Link master 之間建立長達 20米的連接。IO-Link master 位于控制柜中或直接位于現(xiàn)場，通過 IO-Link 就可以在 IO-Link 設(shè)備和自動化系統(tǒng)之間建立連接或通信。一個主機可以具備多個 IO-Link 通道（稱為端口），每個通道一次只能連接一個 IO-Link 設(shè)備，設(shè)備包括傳感器、執(zhí)行器或 RFID 讀寫器。這意味著 IO-Link 并不是一個總線系統(tǒng)，而是一個點對點連接。在所謂的 SIO 模式下（標(biāo)準(zhǔn)輸入和輸出的縮寫），傳感器將其檢測狀態(tài)轉(zhuǎn)換為 0 V 和 24 V 的信號。一旦在這個主端口上激活 IO-Link 通信后，主設(shè)備將與設(shè)備建立連接并進行 IO-Link 通信。然后，主機和設(shè)備使用信號狀態(tài)的編碼序列（編碼開關(guān)）通過 C/Q 信號線進行雙向通信。
IO-Link Master 端口設(shè)置（循環(huán)通訊）
一個 IO-Link Master 通常帶有多個端口。端口配置用于確定每個端口的設(shè)置。通常使用特定主機類型的端口配置工具或特定控制系統(tǒng)的工程工具執(zhí)行此操作?？梢栽O(shè)置以下功能：
端口模式（IO-Link，數(shù)字輸入，數(shù)字輸出，停用）
循環(huán)時間（“自由運行"（盡可能快），固定循環(huán)時間）
連接的設(shè)備信息（制造商和設(shè)備ID）
身份驗證（無需驗證，檢查所連接的設(shè)備是否與預(yù)期設(shè)備相連接）
數(shù)據(jù)存儲（停用，“僅還原"，備份和還原）
在操作過程中，可以檢索每個端口當(dāng)前狀態(tài)的數(shù)據(jù)。除了當(dāng)前的通訊狀態(tài)和連接的設(shè)備ID外，還包括關(guān)于傳輸過程數(shù)據(jù)和所有診斷事件的有效性信息。傳感器和執(zhí)行器正在迅速發(fā)展。它們不再只是通過標(biāo)準(zhǔn)的二進制和模擬接口傳輸數(shù)據(jù)，通過內(nèi)置集成的微型處理器，已經(jīng)變得越來越智能。這為實現(xiàn)突破實際傳感器功能的附加設(shè)備智能奠定了基礎(chǔ)。IO-Link傳感器除了傳輸測量值和開關(guān)信號外，還可以存儲參數(shù)并提供信號質(zhì)量和設(shè)備狀態(tài)等附加信息。在操作過程中更改參數(shù)設(shè)置的選項可提供相當(dāng)大的系統(tǒng)靈活性，并使批量生產(chǎn)只有1個在經(jīng)濟上可行。IO-Link是一種全球標(biāo)準(zhǔn)化、獨立于制造商的傳感器和執(zhí)行器通信技術(shù)。IO-Link符合IEC 61131-9標(biāo)準(zhǔn)，與市場上的所有現(xiàn)場總線兼容。即使是簡單的傳感器和執(zhí)行器，也可以通過標(biāo)準(zhǔn)的非屏蔽三芯電纜提供整個工廠結(jié)構(gòu)的開關(guān)信號、識別和診斷數(shù)據(jù)。這將在控制系統(tǒng)和zui低的傳感器/執(zhí)行器層級之間創(chuàng)建一致的雙向通信。
工作原理
啟動 IO-Link 通訊
IO-Link 定了三種傳輸速率：COM1、COM2 和 COM3，范圍從 4.8 和 38.4 到 230.4 kbit/s。這意味著可以使用與每個設(shè)備的數(shù)據(jù)量相對應(yīng)的不同傳輸速率。目前，大多數(shù) IO-Link 設(shè)備的傳輸速率為 38.4 kbit/s（COM2）。為了建立通信，主機首先將啟動指令發(fā)送至 IO-Link 設(shè)備。設(shè)備識別信號并等待初始指令。然后，主機以三種傳輸速率發(fā)送固定的“啟動"指令，然后設(shè)備以其支持的傳輸速率進行響應(yīng)。這樣就可以建立較低層級的通信。下一步，主機從設(shè)備讀取其他通信參數(shù)，然后再讀取制造商ID和設(shè)備ID。這意味著下一步指令格式設(shè)置所需的所有信息在主機中即可獲得。作為驗證的一部分，可以檢查各個端口的制造商ID和設(shè)備ID以及預(yù)期設(shè)備的連接狀態(tài)。
電子設(shè)備描述 (IODD)
這些設(shè)備具備通訊功能，提供多種功能以及相關(guān)的設(shè)置選項和狀態(tài)信息。IODD 是IO設(shè)備描述的縮寫，被定義為一種標(biāo)準(zhǔn)描述語言，簡化操作并以用戶友好的格式顯示數(shù)據(jù)和信息。包含以下信息：
通訊屬性
支持的產(chǎn)品版本
參數(shù)結(jié)構(gòu)和參數(shù)值范圍
過程數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容
可能事件
用戶界面和菜單結(jié)構(gòu)的定義
對所有參數(shù)的多語言支持
每個 IO-Link 設(shè)備都具有專屬的 IODD，可以在所有支持 IO-Link 的系統(tǒng)環(huán)境中對其進行解釋和顯示。這樣，所有 IO-Link 設(shè)備都可以獨立于系統(tǒng)運行。
設(shè)備配置文件
為了使 IO-Link 設(shè)備對最終用戶的集成盡可能簡單，控制系統(tǒng)必須具備對設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化程序訪問。IO-Link 設(shè)備配置文件解決了該問題。配置文件中明確描述了特定參數(shù)/過程值在支持 IO-Link 設(shè)備中的位置，還定了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)內(nèi)容和基本功能。這意味著不需要再研究不同的數(shù)據(jù)映像和花費時間熟悉不同的參數(shù)結(jié)構(gòu)。“智能傳感器配置文件"是目前使用的專為 IO-Link 定義的設(shè)備配置文件。由于其普遍性，最新擴展版本中包括以下幾種跨制造商的傳感器分類：
固定開關(guān)傳感器（FSS）
可調(diào)開關(guān)傳感器（AdSS）
數(shù)字測量傳感器（DMS）
智能傳感器配置文件提供跨制造商的 IO-Link 設(shè)備識別、參數(shù)化和診斷。即使是控制系統(tǒng)集成、示教和設(shè)備更換，也會大大減少工作量，且不限制靈活性。
安裝、調(diào)試和參數(shù)化
使用 PACTware 對 IO-Link 設(shè)備進行離線參數(shù)化
借助跨制造商和跨現(xiàn)場總線的操作軟件 PACTware 和 IODD 設(shè)備描述，用戶在辦公桌前就可以便捷地對 IO-Link 傳感器進行參數(shù)化和解釋。除了現(xiàn)有的 IODD，許多倍加福 IO-Link 傳感器還可以使用設(shè)備專用的 DTM（設(shè)備類型管理器）。通過圖形用戶界面可以便捷地操作傳感器。
操作 IO-Link 系統(tǒng)
調(diào)試自動化系統(tǒng)中的 IO-Link 設(shè)備
IO-Link 系統(tǒng)配置包括幾個步驟。首先，將 IO-Link master 集成到自動化系統(tǒng)中，并為各個現(xiàn)場總線系統(tǒng)配置相應(yīng)的設(shè)備描述，其中包含有關(guān)地址范圍、端口數(shù)和模塊本身特性的信息。第二步是使用 IO-Link 配置工具對 IO-Link 設(shè)備進行參數(shù)化。該工具讀取制造商提供的 IODD，并分配相應(yīng)的端口、地址以及最后的參數(shù)。
操作期間的參數(shù)化
在一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)不同的定制產(chǎn)品時，通常需要更改生產(chǎn)方式或?qū)C器進行改造。例如，在灌裝廠中使用不同的材料和/或包裝，在機械和工廠工程中生產(chǎn)不同的型號。這樣通常會導(dǎo)致設(shè)備停機，可能造成巨大的成本損失。通過同時傳輸控制系統(tǒng)和操作期間的過程數(shù)據(jù)和參數(shù)數(shù)據(jù)，IO-Link 可以實現(xiàn)傳感器和執(zhí)行器的配置。由于沒有設(shè)置時間，因此可以實現(xiàn)批量大小為 1 的生產(chǎn)。
在操作期間進行批量大小為 1 的生產(chǎn)通過同時傳輸過程數(shù)據(jù)和參數(shù)數(shù)據(jù)，IO-Link 可以在操作期間重新設(shè)置傳感器和執(zhí)行器的參數(shù)。
維護和診斷
實現(xiàn)本地化，便于維護
如果倍加福傳感器需要修理或更換，其定位功能可以識別工廠中的單個傳感器。采用一個特定的 IO-Link 參數(shù)來處理控制系統(tǒng)中需要定位的傳感器，并且采用一個閃爍的指示燈來標(biāo)識該設(shè)備。
使用工作時間計數(shù)器，為預(yù)測性維護奠定基礎(chǔ)
工作時間計數(shù)器提供有關(guān)傳感器實際運行時間的信息。除了通過用戶程序設(shè)置的運行時間以外，還可以定義傳感器不得超過的極限值。一旦達到一定的工作小時數(shù)需要更換傳感器，便會通知維修技術(shù)人員。
使用溫度指示器，可防止溫度發(fā)生意外變化
一旦設(shè)備超過或低于其最佳工作溫度，可通過集成的溫度指示器檢索該狀態(tài)。這樣可以快速定位錯誤，從而可以采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣矸乐雇C和耗時的故障排除。
針對設(shè)備狀態(tài)啟用狀態(tài)監(jiān)視
設(shè)備狀態(tài)指示 IO-Link 設(shè)備是否正常運行。在出現(xiàn)錯誤消息時，用戶可以查看詳細(xì)的設(shè)備狀態(tài)，以便采取適當(dāng)?shù)拇胧?。其中包括對一般事件和跨制造商事件信息的概述?br/>
采用穩(wěn)定性警報，可根據(jù)需要進行維護
如果外部影響使傳感器無法對準(zhǔn)，并且物體剛好在感應(yīng)范圍內(nèi)，則必須迅速校正傳感器位置。穩(wěn)定性報警有助于直接在傳感器位置檢測到這種偏差。受影響的傳感器通過過程數(shù)據(jù)將狀態(tài)信息發(fā)送至穩(wěn)定性警報，表明可靠性降低和潛在故障。這樣，可以快速執(zhí)行維護訂單，避免導(dǎo)致工廠或裝配線停機。
數(shù)據(jù)存儲簡化了操作期間的傳感器更換
所有 IO-Link 1.1版的設(shè)備和主機都支持?jǐn)?shù)據(jù)存儲功能，也被稱為參數(shù)服務(wù)器功能，成功調(diào)試后即可激活使用。在此過程中，設(shè)備設(shè)置會自動上傳到主端口的存儲（參數(shù)服務(wù)器）。每次重新啟動系統(tǒng)時，都會檢查設(shè)備中的參數(shù)是否與參數(shù)服務(wù)器中的相匹配。如果檢測到差異，則根據(jù)端口配置將存儲在主機中的參數(shù)加載到設(shè)備中。如果在操作過程中更改了設(shè)備設(shè)置，這些設(shè)置將被自動傳輸至主機的參數(shù)服務(wù)器中。這樣可以確保設(shè)備設(shè)置和配置都是最新的。如果因為維護或設(shè)備故障需要更換相同的設(shè)備，主機會將存儲的參數(shù)加載到傳感器中。這樣可以在操作過程中快速而準(zhǔn)確地更換設(shè)備，無需先前的參數(shù)或工具。在需要更換的情況下，可以確保正確的設(shè)備、正確的設(shè)置以及正確的位置。
IO-Link 通信通過三線或四線非屏蔽標(biāo)準(zhǔn)電纜進行，該電纜可在 IO-Link 設(shè)備與 IO-Link master 之間建立長達 20米的連接。IO-Link master 位于控制柜中或直接位于現(xiàn)場，通過 IO-Link 就可以在 IO-Link 設(shè)備和自動化系統(tǒng)之間建立連接或通信。一個主機可以具備多個 IO-Link 通道（稱為端口），每個通道一次只能連接一個 IO-Link 設(shè)備，設(shè)備包括傳感器、執(zhí)行器或 RFID 讀寫器。這意味著 IO-Link 并不是一個總線系統(tǒng)，而是一個點對點連接。在所謂的 SIO 模式下（標(biāo)準(zhǔn)輸入和輸出的縮寫），傳感器將其檢測狀態(tài)轉(zhuǎn)換為 0 V 和 24 V 的信號。一旦在這個主端口上激活 IO-Link 通信后，主設(shè)備將與設(shè)備建立連接并進行 IO-Link 通信。然后，主機和設(shè)備使用信號狀態(tài)的編碼序列（編碼開關(guān)）通過 C/Q 信號線進行雙向通信。
IO-Link Master 端口設(shè)置（循環(huán)通訊）
一個 IO-Link Master 通常帶有多個端口。端口配置用于確定每個端口的設(shè)置。通常使用特定主機類型的端口配置工具或特定控制系統(tǒng)的工程工具執(zhí)行此操作?？梢栽O(shè)置以下功能：
端口模式（IO-Link，數(shù)字輸入，數(shù)字輸出，停用）
循環(huán)時間（“自由運行"（盡可能快），固定循環(huán)時間）
連接的設(shè)備信息（制造商和設(shè)備ID）
身份驗證（無需驗證，檢查所連接的設(shè)備是否與預(yù)期設(shè)備相連接）
數(shù)據(jù)存儲（停用，“僅還原"，備份和還原）
在操作過程中，可以檢索每個端口當(dāng)前狀態(tài)的數(shù)據(jù)。除了當(dāng)前的通訊狀態(tài)和連接的設(shè)備ID外，還包括關(guān)于傳輸過程數(shù)據(jù)和所有診斷事件的有效性信息。傳感器和執(zhí)行器正在迅速發(fā)展。它們不再只是通過標(biāo)準(zhǔn)的二進制和模擬接口傳輸數(shù)據(jù)，通過內(nèi)置集成的微型處理器，已經(jīng)變得越來越智能。這為實現(xiàn)突破實際傳感器功能的附加設(shè)備智能奠定了基礎(chǔ)。IO-Link傳感器除了傳輸測量值和開關(guān)信號外，還可以存儲參數(shù)并提供信號質(zhì)量和設(shè)備狀態(tài)等附加信息。在操作過程中更改參數(shù)設(shè)置的選項可提供相當(dāng)大的系統(tǒng)靈活性，并使批量生產(chǎn)只有1個在經(jīng)濟上可行。IO-Link是一種全球標(biāo)準(zhǔn)化、獨立于制造商的傳感器和執(zhí)行器通信技術(shù)。IO-Link符合IEC 61131-9標(biāo)準(zhǔn)，與市場上的所有現(xiàn)場總線兼容。即使是簡單的傳感器和執(zhí)行器，也可以通過標(biāo)準(zhǔn)的非屏蔽三芯電纜提供整個工廠結(jié)構(gòu)的開關(guān)信號、識別和診斷數(shù)據(jù)。這將在控制系統(tǒng)和zui低的傳感器/執(zhí)行器層級之間創(chuàng)建一致的雙向通信。
工作原理
啟動 IO-Link 通訊
IO-Link 定了三種傳輸速率：COM1、COM2 和 COM3，范圍從 4.8 和 38.4 到 230.4 kbit/s。這意味著可以使用與每個設(shè)備的數(shù)據(jù)量相對應(yīng)的不同傳輸速率。目前，大多數(shù) IO-Link 設(shè)備的傳輸速率為 38.4 kbit/s（COM2）。為了建立通信，主機首先將啟動指令發(fā)送至 IO-Link 設(shè)備。設(shè)備識別信號并等待初始指令。然后，主機以三種傳輸速率發(fā)送固定的“啟動"指令，然后設(shè)備以其支持的傳輸速率進行響應(yīng)。這樣就可以建立較低層級的通信。下一步，主機從設(shè)備讀取其他通信參數(shù)，然后再讀取制造商ID和設(shè)備ID。這意味著下一步指令格式設(shè)置所需的所有信息在主機中即可獲得。作為驗證的一部分，可以檢查各個端口的制造商ID和設(shè)備ID以及預(yù)期設(shè)備的連接狀態(tài)。
電子設(shè)備描述 (IODD)
這些設(shè)備具備通訊功能，提供多種功能以及相關(guān)的設(shè)置選項和狀態(tài)信息。IODD 是IO設(shè)備描述的縮寫，被定義為一種標(biāo)準(zhǔn)描述語言，簡化操作并以用戶友好的格式顯示數(shù)據(jù)和信息。包含以下信息：
通訊屬性
支持的產(chǎn)品版本
參數(shù)結(jié)構(gòu)和參數(shù)值范圍
過程數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容
可能事件
用戶界面和菜單結(jié)構(gòu)的定義
對所有參數(shù)的多語言支持
每個 IO-Link 設(shè)備都具有專屬的 IODD，可以在所有支持 IO-Link 的系統(tǒng)環(huán)境中對其進行解釋和顯示。這樣，所有 IO-Link 設(shè)備都可以獨立于系統(tǒng)運行。
設(shè)備配置文件
為了使 IO-Link 設(shè)備對最終用戶的集成盡可能簡單，控制系統(tǒng)必須具備對設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化程序訪問。IO-Link 設(shè)備配置文件解決了該問題。配置文件中明確描述了特定參數(shù)/過程值在支持 IO-Link 設(shè)備中的位置，還定了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)內(nèi)容和基本功能。這意味著不需要再研究不同的數(shù)據(jù)映像和花費時間熟悉不同的參數(shù)結(jié)構(gòu)。“智能傳感器配置文件"是目前使用的專為 IO-Link 定義的設(shè)備配置文件。由于其普遍性，最新擴展版本中包括以下幾種跨制造商的傳感器分類：
固定開關(guān)傳感器（FSS）
可調(diào)開關(guān)傳感器（AdSS）
數(shù)字測量傳感器（DMS）
智能傳感器配置文件提供跨制造商的 IO-Link 設(shè)備識別、參數(shù)化和診斷。即使是控制系統(tǒng)集成、示教和設(shè)備更換，也會大大減少工作量，且不限制靈活性。
安裝、調(diào)試和參數(shù)化
使用 PACTware 對 IO-Link 設(shè)備進行離線參數(shù)化
借助跨制造商和跨現(xiàn)場總線的操作軟件 PACTware 和 IODD 設(shè)備描述，用戶在辦公桌前就可以便捷地對 IO-Link 傳感器進行參數(shù)化和解釋。除了現(xiàn)有的 IODD，許多倍加福 IO-Link 傳感器還可以使用設(shè)備專用的 DTM（設(shè)備類型管理器）。通過圖形用戶界面可以便捷地操作傳感器。
操作 IO-Link 系統(tǒng)
調(diào)試自動化系統(tǒng)中的 IO-Link 設(shè)備
IO-Link 系統(tǒng)配置包括幾個步驟。首先，將 IO-Link master 集成到自動化系統(tǒng)中，并為各個現(xiàn)場總線系統(tǒng)配置相應(yīng)的設(shè)備描述，其中包含有關(guān)地址范圍、端口數(shù)和模塊本身特性的信息。第二步是使用 IO-Link 配置工具對 IO-Link 設(shè)備進行參數(shù)化。該工具讀取制造商提供的 IODD，并分配相應(yīng)的端口、地址以及最后的參數(shù)。
操作期間的參數(shù)化
在一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)不同的定制產(chǎn)品時，通常需要更改生產(chǎn)方式或?qū)C器進行改造。例如，在灌裝廠中使用不同的材料和/或包裝，在機械和工廠工程中生產(chǎn)不同的型號。這樣通常會導(dǎo)致設(shè)備停機，可能造成巨大的成本損失。通過同時傳輸控制系統(tǒng)和操作期間的過程數(shù)據(jù)和參數(shù)數(shù)據(jù)，IO-Link 可以實現(xiàn)傳感器和執(zhí)行器的配置。由于沒有設(shè)置時間，因此可以實現(xiàn)批量大小為 1 的生產(chǎn)。
在操作期間進行批量大小為 1 的生產(chǎn)通過同時傳輸過程數(shù)據(jù)和參數(shù)數(shù)據(jù)，IO-Link 可以在操作期間重新設(shè)置傳感器和執(zhí)行器的參數(shù)。
維護和診斷
實現(xiàn)本地化，便于維護
如果倍加福傳感器需要修理或更換，其定位功能可以識別工廠中的單個傳感器。采用一個特定的 IO-Link 參數(shù)來處理控制系統(tǒng)中需要定位的傳感器，并且采用一個閃爍的指示燈來標(biāo)識該設(shè)備。
使用工作時間計數(shù)器，為預(yù)測性維護奠定基礎(chǔ)
工作時間計數(shù)器提供有關(guān)傳感器實際運行時間的信息。除了通過用戶程序設(shè)置的運行時間以外，還可以定義傳感器不得超過的極限值。一旦達到一定的工作小時數(shù)需要更換傳感器，便會通知維修技術(shù)人員。
使用溫度指示器，可防止溫度發(fā)生意外變化
一旦設(shè)備超過或低于其最佳工作溫度，可通過集成的溫度指示器檢索該狀態(tài)。這樣可以快速定位錯誤，從而可以采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣矸乐雇C和耗時的故障排除。
針對設(shè)備狀態(tài)啟用狀態(tài)監(jiān)視
設(shè)備狀態(tài)指示 IO-Link 設(shè)備是否正常運行。在出現(xiàn)錯誤消息時，用戶可以查看詳細(xì)的設(shè)備狀態(tài)，以便采取適當(dāng)?shù)拇胧?。其中包括對一般事件和跨制造商事件信息的概述?br/>
采用穩(wěn)定性警報，可根據(jù)需要進行維護
如果外部影響使傳感器無法對準(zhǔn)，并且物體剛好在感應(yīng)范圍內(nèi)，則必須迅速校正傳感器位置。穩(wěn)定性報警有助于直接在傳感器位置檢測到這種偏差。受影響的傳感器通過過程數(shù)據(jù)將狀態(tài)信息發(fā)送至穩(wěn)定性警報，表明可靠性降低和潛在故障。這樣，可以快速執(zhí)行維護訂單，避免導(dǎo)致工廠或裝配線停機。
數(shù)據(jù)存儲簡化了操作期間的傳感器更換
所有 IO-Link 1.1版的設(shè)備和主機都支持?jǐn)?shù)據(jù)存儲功能，也被稱為參數(shù)服務(wù)器功能，成功調(diào)試后即可激活使用。在此過程中，設(shè)備設(shè)置會自動上傳到主端口的存儲（參數(shù)服務(wù)器）。每次重新啟動系統(tǒng)時，都會檢查設(shè)備中的參數(shù)是否與參數(shù)服務(wù)器中的相匹配。如果檢測到差異，則根據(jù)端口配置將存儲在主機中的參數(shù)加載到設(shè)備中。如果在操作過程中更改了設(shè)備設(shè)置，這些設(shè)置將被自動傳輸至主機的參數(shù)服務(wù)器中。這樣可以確保設(shè)備設(shè)置和配置都是最新的。如果因為維護或設(shè)備故障需要更換相同的設(shè)備，主機會將存儲的參數(shù)加載到傳感器中。這樣可以在操作過程中快速而準(zhǔn)確地更換設(shè)備，無需先前的參數(shù)或工具。在需要更換的情況下，可以確保正確的設(shè)備、正確的設(shè)置以及正確的位置。