战略规划-图尔克IO-Link系统
2019-07-08 09:31

IO-Link正在智能工厂和智能数据的发展中发挥重要作用。通信标准提供了直到传感器级别的数字化。最近几年的增长数字展示了其令人印象深刻的受欢迎程度。尽管如此,许多用户仍然将数字化与更高的成本关联在一起。即使IO-Link能够显著降低硬件和安装的花费,特别是在用作整体系统时,情况也是如此。

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重要组成

IO-Link在过去几年里已迅速打入市场。2014年IO-Link节点的数量为219万个,而2016年就已经增长到了530万个。未来几年预计仍将继续呈指数增长。作为一种数字通信标准,IO-Link被设计为智能工厂最后一米的重要组成部分。然而,这正是问题所在。许多用户仅仅将这项技术与他们尚未明确的未来应用关联起来。有时候他们甚至认为转型也需要用昂贵的装置来替代基本的接近开关。但是情况恰恰相反。此外,并非所有IO-Link系统中的交换机都必须配备IO-Link接口。在多个应用中,IO-Link都第一时间降低了成本。因此客户可以立即受益。同时,它还为未来将随工业4.0兴起的新应用奠定了基础。

数字取代模拟

几乎没有任何一个行业像自动化行业一样与模拟信号传输如此密切相关。数字信息所需的带宽要比模拟信息小得多。同时,数字传输更加稳定可靠。IO-Link提供了最高230.4 kBaud的双向点对点连接,确保了通过非屏蔽标准电缆的可靠通信。IO-Link传感器通常比采用模拟技术的竞争产品更便宜,因为它们无需数字模拟转换器。首先这使得用户可以降低布线成本,其次还可以降低传感器自身成本。另一个好处是IO-Link主通道向下兼容带一个或两个开关输出的传统二进制传感器。相比于模拟输入,备用通道大部分仍然可用。

图尔克从一开始就支持IO-Link,目前提供最全面的IO-Link产品组合之一。这包括多种传感器、连接技术、防护等级IP20和IP67的带IO-Link主站的现场总线和以太网I/O系统。

从无源连接到以太网和IO-Link

在大多数应用中,二进制I/O信号(例如电感接近开关信号)代表了最常用的信号类型。即使在今天,这些信号也经常在现场被无源接头 (IP67) 采集,并通过控制柜中的多芯电缆连接到中央或者分布式I/O模块 (IP20)。为了节省设备和布线成本,更现代化的理念是在现场使用有源分布式IP67 I/O模块。这些模块可以尽可能靠近动作开关采集信号,并通过工业以太网(或者其他现场总线)直接传输到更高级别的控制器。这消除了对控制柜中分布式模块的需要,从而可以设计成更小的外形尺寸。一个额外的好处是通过工业以太网的布线更便宜。这种使用直接在现场采集信号的IP67 I/O模块的架构在自动化领域中发挥了重要作用,特别是如果现场仅采集几个信号时,例如在机器人上。

IO-Link还可降低高I/O密度应用的成本。所谓的I/O分线盒最多可压缩16个额外信号并通过IO-Link传输。带4个或8个端口的IO-Link主站最远可采集20米距离外的数据,并通过一根以太网电缆将数据打包传输到控制器中。这种情况下,用户可以获得三次费用节省:相比于工业以太网模块,I/O分线盒更加廉价:使用非屏蔽标准电缆取代了以太网屏蔽电缆;IO-Link只需要一根电缆即可传输数据和电力,因此无需单独的电力电缆。另一个好处是只有各个IO-Link主站才需要IP地址,而不是所有I/O模块都需要。图尔克的TBIL I/O分线盒(IP67) 可通过带金属螺纹的M12圆形连接器传输多达16个I/O信号。

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图尔克通过广泛的IO-Link产品组合为其客户迈向工业4.0提供支持

随执行器集成到IO-Link总体系统

很长一段时间里,人们都认为未来的所有智能执行器或传感器都会基于工业以太网。然而,目前的工程实践展示出以太网在自动化领域的局限。传输速率为100Mbit/s甚至1 Gbit/s、最小帧尺寸为64字节的以太网对于许多设备来说性能过高了。以太网接口还相对昂贵并且会产生很多热量。IO-Link凭借超高的性价比,可以从技术上填补这项空白。尽管IO-Link通常被定位为智能传感器接口,该技术从一开始就指定用于传感器与执行器的通信。这使得它相比于以太网具有一项关键优势,因为电力和通信都通过一根电缆传输。

带IO-Link接口的现场设备的最典型例子是阀组。现在所有主要制造商的产品组合中都有IO-Link阀门和阀组。使用带Sub-D多芯连接器的适配器进行的复杂连接可以用廉价的标准电缆替代。使用IO-Link的执行器模块的例子还有抓爪系统、电机、带数字输出的变频器和I/O分线盒。图尔克的TBEN-L-8IOL IO-Link master专门针对执行器操作进行了优化。不同于其他制造商,它们可通过两个端口提供高达4安培的电力。用户尤其可以从IO-Link提供的可能性中获益,例如多段信号指示器。使用数字多芯电缆连接超过两段的指示灯是非常复杂的。然而,可配置各个灯段的颜色、声音信号和多种附加功能的IO-Link指示灯可以通过一根标准电缆方便地接线和操作。图尔克光学传感器合作伙伴邦纳公司的TL50指示灯可选用IO-Link。因此,指示灯元件的配置和数量不再受限于相关的接线工作。用户因此更多地决定使用两个以上的信号段。这样能够显示更多的机器状态,而不仅仅只是 “OK” 和“Error”。集成在更高级别系统中不同选项可用于更高级别系统的配置和集成。通过配置工具的帮助,设备第一次可以通过IO-Link主站、USB主站或USB适配器分配。或者,配置也可以通过控制器中的功能模块进行。例如,作为配置文件修改的一部分,这能够在运行期间修改设备的配置。如Profinet或EtherNet/IP等更高级别网络的属性意味着仍然没有制造商独立选项,可用于直接通过工程系统配置IO-Link设备。然而, 已经可以看见情况的改善。在2 0 1 7年,“IO-Link集成 – Profinet IO版本2”规范定义了用于Profinet的制造商独立工程接口。

TBEN-L和TBEN-S系列的IO-Link master主模块配备简单的IO-Link设备集成功能 (SIDI),现在已经可以即插即用地集成图尔克和邦纳设备。公司的所有IO-Link设备都被集成在TBEN系列IO-Link主模块的站点GSDML文件中。这显著简化了设置。当通过工程软件(TIA Portal或其他软件)读取GSDML文件时,所有图尔克设备都被选择为特定端口配置。再也无需进行任何额外的参数化或者编程。

IO-Link释放了开发资源

IO-Link的一个主要优点是其无关任何现场总线协议的独立性。相关现场总线和工业以太网协议的数量给分布式现场设备的制造商带来了真正的挑战。为每种协议开发不同设备型号,在整个生命周期中进行维护并提供必要的支持,这些都需要很高的成本。这还束缚了人力资源,使他们无法投入未来的发展和创新。因此一些制造商已经承诺完全转向IO-Link接口,而不再集成总线接口。他们将更高级别系统的集成交给了IO-Link主站的制造商。因此在这一点上,释放了开发资源的IO-Link也是一台创新发动机。

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总体系统的成本效益

如果转向IO-Link的决定取决于单个组件,则由于IO-Link主模块的间接成本,IO-Link主模块可能会被视为不利因素。然而,如果系统进行整体考虑并且对传感器、执行器和I/O系统更改进行评估,则使用IO-Link可以显著节省成本。将布线和电缆装配花费的时间也考虑在内后,IO-Link节约成本的优势才会完全显现。许多经常涉及使用智能接口进行连接的工业4.0场景都是不必要的。然而,IO-Link系统让用户已经为这些场景做好了准备。来自控制器的更灵活的传感器设置或者用于预测性维护的传感器数据的查询可以在稍后设置。不仅是IO-Link设备,主模块的功能对于未来系统的智能使用也是至关重要的。然而,制造商的设备也在不断变化,尽管通信标准始终一样。Turck IO-Link主模块安装在多协议I/O模块中,因此也可以通过Modbus TCP和Profinet并行访问。这可以将数据传输到更高级别的I4.0或者IIoT系统,例如SAP Pco、MicrosoftAzure或者IBM Bluemix。

展望

IO-Link产品领域现在已为自动化完整解决方案的经济实施提供了所有必要的组件。IO-Link产业界的最新活动展示了IO-Link如何帮助客户为未来做好准备。IOLink安全规范使得未来在IO-Link各个方面实施安全理念成为可能。IO-Link产业界也正在制定规范,允许从更高级别的I4.0系统访问IO-Link主模块和设备。

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