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倍加福P+F傳感器技術基礎
閱讀：542 發布時間：2022-6-8技術基礎
IO-Link 通信通過三線或四線非屏蔽標準電纜進行，該電纜可在 IO-Link 設備與 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場，通過 IO-Link 就可以在 IO-Link 設備和自動化系統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 設備，設備包括傳感器、執行器或 RFID 讀寫器。這意味著 IO-Link 并不是一個總線系統，而是一個點對點連接。在所謂的 SIO 模式下（標準輸入和輸出的縮寫），傳感器將其檢測狀態轉換為 0 V 和 24 V 的信號。一旦在這個主端口上激活 IO-Link 通信后，主設備將與設備建立連接并進行 IO-Link 通信。然后，主機和設備使用信號狀態的編碼序列（編碼開關）通過 C/Q 信號線進行雙向通信。
IO-Link Master 端口設置（循環通訊）
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的工程工具執行此操作。可以設置以下功能：
端口模式（IO-Link，數字輸入，數字輸出，停用）
循環時間（“自由運行"（盡可能快），固定循環時間）
連接的設備信息（制造商和設備ID）
身份驗證（無需驗證，檢查所連接的設備是否與預期設備相連接）
數據存儲（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前狀態的數據。除了當前的通訊狀態和連接的設備ID外，還包括關于傳輸過程數據和所有診斷事件的有效性信息。傳感器和執行器正在迅速發展。它們不再只是通過標準的二進制和模擬接口傳輸數據，通過內置集成的微型處理器，已經變得越來越智能。這為實現突破實際傳感器功能的附加設備智能奠定了基礎。IO-Link傳感器除了傳輸測量值和開關信號外，還可以存儲參數并提供信號質量和設備狀態等附加信息。在操作過程中更改參數設置的選項可提供相當大的系統靈活性，并使批量生產只有1個在經濟上可行。IO-Link是一種全球標準化、獨立于制造商的傳感器和執行器通信技術。IO-Link符合IEC 61131-9標準，與市場上的所有現場總線兼容。即使是簡單的傳感器和執行器，也可以通過標準的非屏蔽三芯電纜提供整個工廠結構的開關信號、識別和診斷數據。這將在控制系統和zui低的傳感器/執行器層級之間創建一致的雙向通信。
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備的數據量相對應的不同傳輸速率。目前，大多數 IO-Link 設備的傳輸速率為 38.4 kbit/s（COM2）。為了建立通信，主機首先將啟動指令發送至 IO-Link 設備。設備識別信號并等待初始指令。然后，主機以三種傳輸速率發送固定的“啟動"指令，然后設備以其支持的傳輸速率進行響應。這樣就可以建立較低層級的通信。下一步，主機從設備讀取其他通信參數，然后再讀取制造商ID和設備ID。這意味著下一步指令格式設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和設備ID以及預期設備的連接狀態。
電子設備描述 (IODD)
這些設備具備通訊功能，提供多種功能以及相關的設置選項和狀態信息。IODD 是IO設備描述的縮寫，被定義為一種標準描述語言，簡化操作并以用戶友好的格式顯示數據和信息。包含以下信息：
通訊屬性
支持的產品版本
參數結構和參數值范圍
過程數據的結構和內容
可能事件
用戶界面和菜單結構的定義
對所有參數的多語言支持
每個 IO-Link 設備都具有專屬的 IODD，可以在所有支持 IO-Link 的系統環境中對其進行解釋和顯示。這樣，所有 IO-Link 設備都可以獨立于系統運行。
設備配置文件
為了使 IO-Link 設備對最終用戶的集成盡可能簡單，控制系統必須具備對設備的標準化程序訪問。IO-Link 設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/過程值在支持 IO-Link 設備中的位置，還定了數據結構、數據內容和基本功能。這意味著不需要再研究不同的數據映像和花費時間熟悉不同的參數結構。“智能傳感器配置文件"是目前使用的專為 IO-Link 定義的設備配置文件。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：
固定開關傳感器（FSS）
可調開關傳感器（AdSS）
數字測量傳感器（DMS）
智能傳感器配置文件提供跨制造商的 IO-Link 設備識別、參數化和診斷。即使是控制系統集成、示教和設備更換，也會大大減少工作量，且不限制靈活性。
安裝、調試和參數化
使用 PACTware 對 IO-Link 設備進行離線參數化
借助跨制造商和跨現場總線的操作軟件 PACTware 和 IODD 設備描述，用戶在辦公桌前就可以便捷地對 IO-Link 傳感器進行參數化和解釋。除了現有的 IODD，許多倍加福 IO-Link 傳感器還可以使用設備專用的 DTM（設備類型管理器）。通過圖形用戶界面可以便捷地操作傳感器。
操作 IO-Link 系統
調試自動化系統中的 IO-Link 設備
IO-Link 系統配置包括幾個步驟。首先，將 IO-Link master 集成到自動化系統中，并為各個現場總線系統配置相應的設備描述，其中包含有關地址范圍、端口數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 設備進行參數化。該工具讀取制造商提供的 IODD，并分配相應的端口、地址以及最后的參數。
操作期間的參數化
在一條生產線上生產不同的定制產品時，通常需要更改生產方式或對機器進行改造。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不同的型號。這樣通常會導致設備停機，可能造成巨大的成本損失。通過同時傳輸控制系統和操作期間的過程數據和參數數據，IO-Link 可以實現傳感器和執行器的配置。由于沒有設置時間，因此可以實現批量大小為 1 的生產。
在操作期間進行批量大小為 1 的生產通過同時傳輸過程數據和參數數據，IO-Link 可以在操作期間重新設置傳感器和執行器的參數。
維護和診斷
實現本地化，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 參數來處理控制系統中需要定位的傳感器，并且采用一個閃爍的指示燈來標識該設備。
使用工作時間計數器，為預測性維護奠定基礎
工作時間計數器提供有關傳感器實際運行時間的信息。除了通過用戶程序設置的運行時間以外，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需要更換傳感器，便會通知維修技術人員。
使用溫度指示器，可防止溫度發生意外變化
一旦設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。這樣可以快速定位錯誤，從而可以采取適當的措施來防止停機和耗時的故障排除。
針對設備狀態啟用狀態監視
設備狀態指示 IO-Link 設備是否正常運行。在出現錯誤消息時，用戶可以查看詳細的設備狀態，以便采取適當的措施。其中包括對一般事件和跨制造商事件信息的概述。
采用穩定性警報，可根據需要進行維護
如果外部影響使傳感器無法對準，并且物體剛好在感應范圍內，則必須迅速校正傳感器位置。穩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據將狀態信息發送至穩定性警報，表明可靠性降低和潛在故障。這樣，可以快速執行維護訂單，避免導致工廠或裝配線停機。
數據存儲簡化了操作期間的傳感器更換
所有 IO-Link 1.1版的設備和主機都支持數據存儲功能，也被稱為參數服務器功能，成功調試后即可激活使用。在此過程中，設備設置會自動上傳到主端口的存儲（參數服務器）。每次重新啟動系統時，都會檢查設備中的參數是否與參數服務器中的相匹配。如果檢測到差異，則根據端口配置將存儲在主機中的參數加載到設備中。如果在操作過程中更改了設備設置，這些設置將被自動傳輸至主機的參數服務器中。這樣可以確保設備設置和配置都是最新的。如果因為維護或設備故障需要更換相同的設備，主機會將存儲的參數加載到傳感器中。這樣可以在操作過程中快速而準確地更換設備，無需先前的參數或工具。在需要更換的情況下，可以確保正確的設備、正確的設置以及正確的位置。
IO-Link 通信通過三線或四線非屏蔽標準電纜進行，該電纜可在 IO-Link 設備與 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場，通過 IO-Link 就可以在 IO-Link 設備和自動化系統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 設備，設備包括傳感器、執行器或 RFID 讀寫器。這意味著 IO-Link 并不是一個總線系統，而是一個點對點連接。在所謂的 SIO 模式下（標準輸入和輸出的縮寫），傳感器將其檢測狀態轉換為 0 V 和 24 V 的信號。一旦在這個主端口上激活 IO-Link 通信后，主設備將與設備建立連接并進行 IO-Link 通信。然后，主機和設備使用信號狀態的編碼序列（編碼開關）通過 C/Q 信號線進行雙向通信。
IO-Link Master 端口設置（循環通訊）
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的工程工具執行此操作。可以設置以下功能：
端口模式（IO-Link，數字輸入，數字輸出，停用）
循環時間（“自由運行"（盡可能快），固定循環時間）
連接的設備信息（制造商和設備ID）
身份驗證（無需驗證，檢查所連接的設備是否與預期設備相連接）
數據存儲（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前狀態的數據。除了當前的通訊狀態和連接的設備ID外，還包括關于傳輸過程數據和所有診斷事件的有效性信息。傳感器和執行器正在迅速發展。它們不再只是通過標準的二進制和模擬接口傳輸數據，通過內置集成的微型處理器，已經變得越來越智能。這為實現突破實際傳感器功能的附加設備智能奠定了基礎。IO-Link傳感器除了傳輸測量值和開關信號外，還可以存儲參數并提供信號質量和設備狀態等附加信息。在操作過程中更改參數設置的選項可提供相當大的系統靈活性，并使批量生產只有1個在經濟上可行。IO-Link是一種全球標準化、獨立于制造商的傳感器和執行器通信技術。IO-Link符合IEC 61131-9標準，與市場上的所有現場總線兼容。即使是簡單的傳感器和執行器，也可以通過標準的非屏蔽三芯電纜提供整個工廠結構的開關信號、識別和診斷數據。這將在控制系統和zui低的傳感器/執行器層級之間創建一致的雙向通信。
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備的數據量相對應的不同傳輸速率。目前，大多數 IO-Link 設備的傳輸速率為 38.4 kbit/s（COM2）。為了建立通信，主機首先將啟動指令發送至 IO-Link 設備。設備識別信號并等待初始指令。然后，主機以三種傳輸速率發送固定的“啟動"指令，然后設備以其支持的傳輸速率進行響應。這樣就可以建立較低層級的通信。下一步，主機從設備讀取其他通信參數，然后再讀取制造商ID和設備ID。這意味著下一步指令格式設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和設備ID以及預期設備的連接狀態。
電子設備描述 (IODD)
這些設備具備通訊功能，提供多種功能以及相關的設置選項和狀態信息。IODD 是IO設備描述的縮寫，被定義為一種標準描述語言，簡化操作并以用戶友好的格式顯示數據和信息。包含以下信息：
通訊屬性
支持的產品版本
參數結構和參數值范圍
過程數據的結構和內容
可能事件
用戶界面和菜單結構的定義
對所有參數的多語言支持
每個 IO-Link 設備都具有專屬的 IODD，可以在所有支持 IO-Link 的系統環境中對其進行解釋和顯示。這樣，所有 IO-Link 設備都可以獨立于系統運行。
設備配置文件
為了使 IO-Link 設備對最終用戶的集成盡可能簡單，控制系統必須具備對設備的標準化程序訪問。IO-Link 設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/過程值在支持 IO-Link 設備中的位置，還定了數據結構、數據內容和基本功能。這意味著不需要再研究不同的數據映像和花費時間熟悉不同的參數結構。“智能傳感器配置文件"是目前使用的專為 IO-Link 定義的設備配置文件。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：
固定開關傳感器（FSS）
可調開關傳感器（AdSS）
數字測量傳感器（DMS）
智能傳感器配置文件提供跨制造商的 IO-Link 設備識別、參數化和診斷。即使是控制系統集成、示教和設備更換，也會大大減少工作量，且不限制靈活性。
安裝、調試和參數化
使用 PACTware 對 IO-Link 設備進行離線參數化
借助跨制造商和跨現場總線的操作軟件 PACTware 和 IODD 設備描述，用戶在辦公桌前就可以便捷地對 IO-Link 傳感器進行參數化和解釋。除了現有的 IODD，許多倍加福 IO-Link 傳感器還可以使用設備專用的 DTM（設備類型管理器）。通過圖形用戶界面可以便捷地操作傳感器。
操作 IO-Link 系統
調試自動化系統中的 IO-Link 設備
IO-Link 系統配置包括幾個步驟。首先，將 IO-Link master 集成到自動化系統中，并為各個現場總線系統配置相應的設備描述，其中包含有關地址范圍、端口數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 設備進行參數化。該工具讀取制造商提供的 IODD，并分配相應的端口、地址以及最后的參數。
操作期間的參數化
在一條生產線上生產不同的定制產品時，通常需要更改生產方式或對機器進行改造。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不同的型號。這樣通常會導致設備停機，可能造成巨大的成本損失。通過同時傳輸控制系統和操作期間的過程數據和參數數據，IO-Link 可以實現傳感器和執行器的配置。由于沒有設置時間，因此可以實現批量大小為 1 的生產。
在操作期間進行批量大小為 1 的生產通過同時傳輸過程數據和參數數據，IO-Link 可以在操作期間重新設置傳感器和執行器的參數。
維護和診斷
實現本地化，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 參數來處理控制系統中需要定位的傳感器，并且采用一個閃爍的指示燈來標識該設備。
使用工作時間計數器，為預測性維護奠定基礎
工作時間計數器提供有關傳感器實際運行時間的信息。除了通過用戶程序設置的運行時間以外，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需要更換傳感器，便會通知維修技術人員。
使用溫度指示器，可防止溫度發生意外變化
一旦設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。這樣可以快速定位錯誤，從而可以采取適當的措施來防止停機和耗時的故障排除。
針對設備狀態啟用狀態監視
設備狀態指示 IO-Link 設備是否正常運行。在出現錯誤消息時，用戶可以查看詳細的設備狀態，以便采取適當的措施。其中包括對一般事件和跨制造商事件信息的概述。
采用穩定性警報，可根據需要進行維護
如果外部影響使傳感器無法對準，并且物體剛好在感應范圍內，則必須迅速校正傳感器位置。穩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據將狀態信息發送至穩定性警報，表明可靠性降低和潛在故障。這樣，可以快速執行維護訂單，避免導致工廠或裝配線停機。
數據存儲簡化了操作期間的傳感器更換
所有 IO-Link 1.1版的設備和主機都支持數據存儲功能，也被稱為參數服務器功能，成功調試后即可激活使用。在此過程中，設備設置會自動上傳到主端口的存儲（參數服務器）。每次重新啟動系統時，都會檢查設備中的參數是否與參數服務器中的相匹配。如果檢測到差異，則根據端口配置將存儲在主機中的參數加載到設備中。如果在操作過程中更改了設備設置，這些設置將被自動傳輸至主機的參數服務器中。這樣可以確保設備設置和配置都是最新的。如果因為維護或設備故障需要更換相同的設備，主機會將存儲的參數加載到傳感器中。這樣可以在操作過程中快速而準確地更換設備，無需先前的參數或工具。在需要更換的情況下，可以確保正確的設備、正確的設置以及正確的位置。