I/O Link 在Profinet 系统中的应用

肖剑锋

（大连豪森瑞德设备制造有限公司，辽宁 大连 116036）

引言

工厂转型升级是一个复杂的过程，很多企业要考虑在旧和自动化设备引入新技术时遇到的兼容问题。智慧型工厂需要连接工业现场所有的设备，如传感器、变送器、执行器、PLC 控制器等。因此，通信技术是这场升级的关键。

工业自动化通过Profinet 取得了极大的进展。Profinet 是通过以太网为基础运行，从控制层到驱动装置均可集成Profinet，通过Profinet 模块将驱动装置和安全技术直接纳入网络中。

利用IO-Link 通过Profinet 总线模块连接到PLC，连接十分简单，不需要配置，即插即用，这一点不仅确保顺利安装，还能保障布线简单方便、综合诊断、集中式设置。凭借省时效用和显著的成本优势，让您通过连接技术就已经可以改善过程质量。

1 普通I/O Link 模块应用

在高度自动化的智能工厂场景中，IO-Link 的优势已被证明而且它非常有用。IO-Link 通信标准使得从控制器到传感器的传输过程变得更加透明，尤其在工业4.0 的发展趋势下，业界对IO-Link 兴趣日益增大。IO-Link 通信标准提供了许多好处，最重要的是降低了机器的成本，使生产流程更有效，并能显著提高了机器和系统的可用性。

什么是IO-Link？

IO-Link 是一种开放式标准串行通信协议，允许支持IO-Link 的传感器、设备进行双向数据交换，并连接到主站。IO-Link 主站可以通过各种网络，如现场总线进行传输。每个IO-Link 传感器都有一个设备描述，IO-Link 不是一种现场总线，而是兼容IO 系统和现场设备之间的点对点通信协议。因为IO-Link 是一个开放的标准，所以设备可以集成到几乎任何现场总线或自动化系统中。

基本上，IO-link 协议进行交换的有三种数据类型：周期性数据（也成为过程数据）、非周期数据或者服务性数据、事件型数据建立高效的Profinet 系统，需要高质量插接器和可兼容的部件，需要大量带有总线模块的I/O 控制器。总线控制器增多，这样成本增加很多，而应用I/O Link，一个总线模块带很多I/O 集线器。

不用I/O Link 必须使用至少9 个现场总线模块才能够连接136 个输入/输出端。现在一个Profinet 总线模块就足够了。搭配成本极低的输入/输出集线器，现在可以非常高效地处理最多136 个输入/输出信号。这样一来，与标准现场总线模块相比，每个输入端便能节省成本15%至20%。如果再算上省去的现场总线模块和电线整体节约幅度至可以提高至30%至40%。使用一根低成本的BCC M12 标准电缆便能接通一个传感器/作动器集线器。此外，I/O Link 模块防护等级更改，可以达到IP67，直接柜外安装即可，同时，传感器集线器仅需要一个总线地址，即可在20m 范围内灵活采集传感器信号。这就保证了极高的效率，节省了安装空间，易于维护，安全等级更高，节省成本。

图1 I/O link 拓扑图

2 I/O Link 其他应用

除了普通的应用外，I/O Link 还可以进行位置测量、目标检测、识别、流体检测应用，还可以温度和压力测量，通过IO-Link，Profinet 模块适用于任何一项工作。IO-Link 不仅具有安装标准传感器的优势，还能够通过相同的接口集成智能设备。如此一来，模块就提供了从信号层直至控制层的统一接口，在现场安装智能设备时往往会产生较高的费用，这是因为在控制系统中使用了屏蔽电缆和模拟量输入卡等智能接口卡。IO-Link 不仅使容易出错的模拟输入端成为多余，还减少了布线、检测和硬件所需费用。通过即插即用低成本的非屏蔽M12 导线，系统能迅速而安全地投入运行。

同时，I/O Link 还可以连接安全I/O 部件，存在以下几个有点：

（1）不需要选用安全继电器，直接连接Safety Hub；

（2）不需要人工接线，标准M12 线缆连接；

（3）不需要设计安全电器柜；

（4）直接用Safety Hub 采集安全信号；

（5）IP67 模块现场直接安装；

（6）仅需要支持Profisafe 总线的PLC；

（7）Safety Hub 有状态指示灯，并提供诊断。

图2 I/O link 控制层拓扑图

3 结语

IO-Link 系统可以应用到目标检测、线性位移检测、RFID工业识别，IO-Link 系统可以节省经济成本 IO-Link 系统提供的实时和历史数据的组合不仅可以减少问题出现和故障排除工作量，而且可以优化机器维护计划，节省成本并提高设备长期运转的效率。

图3 I/O link 安全模块拓扑图