IO-Link協(xié)議及其接口的定義

IO-Link是一種點對點的、串行數(shù)字通信協(xié)議，它的目的是在傳感器/執(zhí)行器與控制器（PLC）之間進行周期性的數(shù)據(jù)交換。IO-Link協(xié)議最早由西門子提出，現(xiàn)在已經(jīng)成為國際標(biāo)準(zhǔn) IEC 61131-9。隨著工業(yè)4.0的推進，IO-Link的使用越來越廣泛。今天這篇文章，我們就來介紹下IO-Link協(xié)議及其接口的定義。

工廠自動化按照功能的劃分，可以分成執(zhí)行層、現(xiàn)場層、現(xiàn)場控制層、車間控制層及管理層。如下圖所示：

執(zhí)行層包括各種執(zhí)行機構(gòu)（閥、泵、電機等）和傳感器，是工廠自動化的肌肉和末梢神經(jīng)，它們接收來自上層的命令并完成指定的動作。

現(xiàn)場層包括各種分布式IO系統(tǒng)，它是工廠自動化的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。它把來自上層的控制指令，傳達給執(zhí)行層；并將執(zhí)行層的信號反饋給控制層，起著信息中樞的作用；

現(xiàn)場控制層包括各種PLC系統(tǒng)，它是工廠自動化的大腦。它根據(jù)內(nèi)部程序的要求及執(zhí)行層的信號反饋，發(fā)出相應(yīng)的指令，指揮執(zhí)行層完成相應(yīng)的動作；

車間控制層（MES）和管理層在管理層面上與各PLC系統(tǒng)進行通信，完成車間及工廠級的管理任務(wù)。

本文要介紹的IO-Link協(xié)議，是一種在執(zhí)行層和現(xiàn)場層之間傳遞數(shù)據(jù)的協(xié)議。一個IO-Link系統(tǒng)由如下幾個部分組成：

1）IO-Link主管（IO-Link Master）；

2）IO-Link設(shè)備（IO-Link Device）；

3）非屏蔽3-5芯標(biāo)準(zhǔn)線纜；

4）用于IO-Link參數(shù)配置的工具；

IO-Link主管（IO-Link Master）在IO-Link設(shè)備和PLC之間傳遞數(shù)據(jù)。它通常是一種分布式IO模塊，模塊上有IO-Link的連接通道。IO-Link設(shè)備（IO-Link Device）通過線纜連接到IO-Link主管的通道上，IO-Link主管（IO-Link Master）通過總線與PLC進行數(shù)據(jù)交換。如下圖所示：

每一個IO-Link設(shè)備都要連接到IO-Link主管的一個通道上，因此IO-Link是一種點對點的通信協(xié)議，而不是一種總線協(xié)議。

IO-Link設(shè)備分為傳感器和執(zhí)行器兩種：傳感器通常是M12的四針接口，執(zhí)行器通常是M12的五針接口。

根據(jù)IEC 60974-5-2，IO-Link設(shè)備（IO-Link Device）針腳的定義遵循如下規(guī)定：

1）針腳1（PIN1）：24V電源正極；

2）針腳3（PIN3）：0V

3）針腳4（PIN4）：IO-Link通信或者標(biāo)準(zhǔn)IO輸出；

IO-Link設(shè)備的針腳定義如下圖：

IO-Link主管（IO-Link Master）的針腳定義有兩種：類型A（Port Class A）和類型B（Port Class B）。

在類型A中，針腳1、針腳3和針腳4與IO-Link設(shè)備的定義相對應(yīng)。針腳2和針腳5未明確定義，通常IO-Link設(shè)備的廠家可根據(jù)需要自行定義。如下圖：

在類型B中，針腳1、針腳3和針腳4與IO-Link設(shè)備的定義相對應(yīng)。針腳2和針腳5被用來提供額外的電源：其中針腳2為電源的正極，針腳5為電源的負(fù)極；如下圖：

當(dāng)連接類型A的IO-Link主管時，可以使用三芯電纜；連接類型B的IO-Link主管時，要使用五芯的電纜。