IO-Link(IEC61131-9)是一種開放的標(biāo)準(zhǔn)串行通信協(xié)議，允許從支持IO-Link并連接到主站的傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向交換。IO-Link主站可以通過各種網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線或背板總線傳輸這些數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)可以通過工業(yè)信息系統(tǒng)（PLC、HMI等）立即采取行動(dòng)或進(jìn)行長期分析。

與傳統(tǒng)傳感器方案相比，IO-Link技術(shù)具有標(biāo)準(zhǔn)化并減少布線、提高數(shù)據(jù)可用性、遠(yuǎn)程配置和監(jiān)控、快速更換設(shè)備和高級(jí)診斷等優(yōu)勢，這些優(yōu)勢有助于客戶整體降低成本、提高流程效率并提升設(shè)備可用性。下面讓小編帶大家多維度了解一下IO-Link技術(shù)。

IO-Link基礎(chǔ)

傳統(tǒng)開關(guān)量和模擬量傳感器憑借電路簡單（如下圖）、成本經(jīng)濟(jì)、安裝調(diào)試快速簡便等優(yōu)勢，成為現(xiàn)今使用最廣泛的傳感器之一。

但面對(duì)日益復(fù)雜的設(shè)備類型帶來的接線冗雜和空間堆積，以及更精細(xì)的設(shè)備控制要求傳感器級(jí)的反饋，傳統(tǒng)傳感器由于其連接方式多樣、反饋信息較單一等特性，已不能滿足前述應(yīng)用場景。傳統(tǒng)傳感器在智能化工廠控制需求中存在以下不足：

• 傳感器數(shù)據(jù)大多只能單向通訊

• 大部分傳感器無法反饋?zhàn)陨砉收匣蚪】禒顟B(tài)信息

• 傳感器設(shè)置和調(diào)整需要技術(shù)人員在客戶現(xiàn)場操作

• 無法批量自定義傳感器設(shè)置

• 無法組網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控傳感器運(yùn)行

而作為智能化傳感器技術(shù)，IO-Link的出現(xiàn)，幫助使用者解決了以上難題，并為自動(dòng)化控制提供了更多的拓展和附加值。IO-Link技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)為這樣幾點(diǎn)：

• 統(tǒng)一接線，IO-Link定義了統(tǒng)一的插接標(biāo)準(zhǔn)，降低了不同類型I/O模塊帶來的成本問題和，不同連接方式造成的接線耗時(shí)

• 豐富數(shù)據(jù)，IO-Link設(shè)備實(shí)時(shí)循環(huán)刷新過程數(shù)據(jù)、信號(hào)質(zhì)量、設(shè)備狀態(tài)、廠家信息等，而非單一測量值

• 精確傳輸，IO-Link設(shè)備數(shù)據(jù)通過數(shù)字化傳輸?shù)街髡荆瑴p小了電磁干擾

• 設(shè)備異常報(bào)警，傳感器會(huì)發(fā)送設(shè)備運(yùn)行事件信息，例如傳感器是否斷線、傳感器鏡頭是否積灰

• 快速替換，IO-Link使用標(biāo)準(zhǔn)M5/M8/M12快接頭連接方式，無需擔(dān)心因連接方式選擇錯(cuò)誤帶來的接線麻煩。同時(shí)IO-Link主站可儲(chǔ)存?zhèn)鞲衅髟O(shè)置，當(dāng)更換新傳感器后，可快速導(dǎo)入原設(shè)置，而無需重新手動(dòng)調(diào)整傳感器

• 身份識(shí)別，每個(gè)IO-Link設(shè)備的IODD（IO設(shè)備描述）文件儲(chǔ)存了設(shè)備的生產(chǎn)廠商、設(shè)備ID、產(chǎn)品型號(hào)、產(chǎn)品參數(shù)等信息，方便快速區(qū)分和判斷設(shè)備類型

• 預(yù)測維護(hù)，IO-Link設(shè)備提供自身運(yùn)行的健康狀態(tài)信息，IO-Link主站藉此跟蹤設(shè)備的更換周期，以進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)

在工廠自動(dòng)化功能網(wǎng)絡(luò)中，IO-Link通訊位于執(zhí)行層（包括各類傳感器和執(zhí)行器）和現(xiàn)場層之間，負(fù)責(zé)設(shè)備和主站間的信息交換，同時(shí)，IO-Link主站作為執(zhí)行層和現(xiàn)場控制層實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)木W(wǎng)關(guān)，真正實(shí)現(xiàn)了將IO-Link設(shè)備接入現(xiàn)場總線/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行傳感器級(jí)的網(wǎng)絡(luò)管理和控制。

IO-Link通訊

IO-Link技術(shù)要點(diǎn)

1. IO-Link對(duì)線纜沒有額外要求，因此不是現(xiàn)場總線，而是基于先前傳感器和執(zhí)行器連接技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展

2. IO-Link基于國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61131-9, 是第一個(gè)建立傳感器和執(zhí)行器通信的全球標(biāo)準(zhǔn)化I/O技術(shù)

3. IO-Link可以集成到幾乎所有現(xiàn)場總線中，具有長期可靠性，為制造商和用戶提高很高的投資保護(hù)

4. IO-Link使用M12,M8等插頭和標(biāo)準(zhǔn)3線或5線傳感器非屏蔽線纜，取消了開關(guān)量、模擬量輸入輸出、RS232等專有接口

5. IO-Link提供4.8 kbaud, 38.4 kbaud 和 230.4 kbaud通訊速率

6. 除了簡化接口和布線外，IO-Link還集成參數(shù)配置和診斷功通道，可以獲取傳感器/執(zhí)行器額外的數(shù)據(jù)

IO-Link發(fā)展歷程

IO-Link公司社區(qū)(www.io-link.com)于2008年由41家傳感器和執(zhí)行器制造商建立，截至2022年，IO-Link社區(qū)已有超過350家成員，包括硬件和軟件供應(yīng)商邦納作為IO-Link社區(qū)成員之一，提供包括光電、激光測距傳感器、指示燈、協(xié)議轉(zhuǎn)換器等IO-Link產(chǎn)品，助力傳統(tǒng)傳感器向智能傳感器轉(zhuǎn)變，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的重構(gòu)制造理念。

截至2020年，IO-Link節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加至2100萬個(gè)，相較于2019年增加了31%. IO-Link在工業(yè)控制領(lǐng)域已擁有龐大的用戶基礎(chǔ)的廣泛應(yīng)用場景。

IO-Link系統(tǒng)主要由以下部分組成：

• IO-Link主站

• IO-Link設(shè)備

• 非屏蔽3 – 5芯片標(biāo)準(zhǔn)線纜

• IO-Link參數(shù)配置工具

• 其他附件（如集線器）

IO-Link主站＆設(shè)備

其中，IO-Link主站作為底層設(shè)備通往上級(jí)控制器的網(wǎng)關(guān)，也被稱為總線/IO-Link網(wǎng)關(guān)，它在PLC和IO-Link設(shè)備間傳遞數(shù)據(jù)，通常是一種分布式I/O模塊。IO-Link主站通過總線與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。由于具有現(xiàn)場總線中立性的特點(diǎn)，它允許將IO-Link功能連接到幾乎所有的現(xiàn)場總線上?？梢酝ㄟ^IO-Link集線器這樣的設(shè)備擴(kuò)展IO-Link設(shè)備連接數(shù)量，集線器只能連接到IO-Link主站上。

每個(gè)IO-Link設(shè)備都要連接到IO-Link主站的一個(gè)通道上，因此，IO-Link是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信協(xié)議，而不是總線協(xié)議。IO-Link設(shè)備分為傳感器和執(zhí)行器，前者通常是4針M8或M12接口，后者通常是5針M12接口。IO-Link設(shè)備針腳定義如下：

• 針腳1：24 V電源正極

• 針腳3：0 V

• 針腳4：IO-Link通訊或標(biāo)準(zhǔn)IO輸出(SIO)

在SIO模式下，IO-Link設(shè)備通過0 V或24 V向主站發(fā)送開啟或關(guān)閉信號(hào)，在IO-Link模式下，設(shè)備和主站間通訊是雙向的，采用三種通訊速率之一。C/Q 線上使用不歸零 (NRZ) 的24 V脈沖進(jìn)行通信，其中邏輯 0 是 C/Q 和 L- 之間的 24 V，邏輯 1 是C/Q和L-之間為0 V。在 IO-Link 模式下，引腳 2 可以在 DI 模式下作為數(shù)字輸入，或在 DO 模式下作為數(shù)字輸出，或未連接(NC)。

IO-Link主站和設(shè)備快插頭/線纜規(guī)格由IEC 61131-9定義。主站和設(shè)備快插頭類型分為A類和B類。A類快接頭為4線配置,在支持3線系統(tǒng)（L+, L-, C/Q）的同時(shí)，第4根線可作為附加信號(hào)線（DI或DO）。B類快接頭為5線配置，第5根線可為需要額外電源的設(shè)備供電。

IO-Link主站供電電壓20 ~ 30 V，IO-Link設(shè)備供電電壓18 ~ 30 V，上升的IO-Link信號(hào)高于13 V時(shí)，被稱為高電平，下降的IO-Link信號(hào)低于8 V時(shí)，被稱為低電平。

IO-Link設(shè)備作為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路連接到主站上的端口，它沒有網(wǎng)關(guān)功能。而IO-Link主站本質(zhì)是一個(gè)網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)建立IO-Link設(shè)備同現(xiàn)場總線間的通訊，從而使IO-Link設(shè)備成為現(xiàn)場總線I/O節(jié)點(diǎn)，可以從控制器下載參數(shù)以設(shè)置（或重新設(shè)置）設(shè)備，免去了技術(shù)人員在車間進(jìn)行初始設(shè)置，并且節(jié)省了現(xiàn)場設(shè)備配置時(shí)間。IO-Link輸出可按需配置（如PNP, NPN或在運(yùn)行過程中更改的推挽輸出），減少了所需要的傳感器類型。

IO-Link數(shù)據(jù)通訊是循環(huán)或非循環(huán)的，循環(huán)通訊發(fā)生在正常操作期間，如主站向傳感器請求數(shù)據(jù)。非循環(huán)數(shù)據(jù)是按需提供的包含：

• 配置或維護(hù)信息

• 觸發(fā)的事件，包含通知、警告和錯(cuò)誤

• 大型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的服務(wù)數(shù)據(jù)

• 用于直接讀取設(shè)備參數(shù)的頁面數(shù)據(jù)

IO-Link數(shù)據(jù)交換基于主從式，IO-Link主站發(fā)送請求，設(shè)備需要應(yīng)答。IO-Link消息稱為M序列，它是長度在1到66個(gè)UART字之間的幀。消息種類可以包含：

• 過程數(shù)據(jù)

• 服務(wù)數(shù)據(jù)

• 系統(tǒng)管理命令/請求

IO-Link通訊使用11位UART(通用異步收發(fā)器)幀，即1個(gè)起始位 + 8個(gè)數(shù)據(jù)位 + 1個(gè)奇偶校驗(yàn)位 + 1個(gè)停止位。持續(xù)時(shí)間由傳輸速率決定。主站發(fā)起通訊后，設(shè)備必須在tA < 11位間隔內(nèi)應(yīng)答。

當(dāng)主站首次與設(shè)備通訊或需要配置時(shí)，主站會(huì)發(fā)送1個(gè)喚醒請求，喚醒周期通常為80 us（最小值75 us，最大值85 us）。主站提供（或吸收）電流以生成喚醒脈沖，如果線路為低電平，主站將提供電流以將其拉高，反之亦然，喚醒請求通過至少500 mA的電流脈沖將C/Q線短接80 us，設(shè)備必須在500 us（TREN）內(nèi)準(zhǔn)備好進(jìn)行通訊，IO-Link設(shè)備通過電路上電壓變化來檢測喚醒脈沖。收到喚醒請求后，IO-Link設(shè)備必須將自身配置為接收模式，該過程必須在500 us內(nèi)完成。

一旦主站向設(shè)備發(fā)送了喚醒請求，主站就會(huì)通過建立通信數(shù)據(jù)來了解更多信息，主站以COM3, COM2和COM1通訊速率（從最快到最慢）發(fā)送多條信息,并在每次發(fā)送后等待設(shè)備響應(yīng)。所有IO-Link設(shè)備必須支持COM1, COM2, COM3數(shù)據(jù)速率中的一種，設(shè)備將以額定數(shù)據(jù)速率響應(yīng)，響應(yīng)后即可開始通訊。主站最多可以重試喚醒脈沖兩次，如果兩次喚醒失敗，設(shè)備必須將C/Q線設(shè)置為SIO模式。

所有IO-Link都必須有相應(yīng)的IO-Link設(shè)備描述（IO Device Description，簡稱IODD），IO-Link主站通過IODD識(shí)別、配置并解釋設(shè)備的數(shù)據(jù)。IODD是XML文件，由獨(dú)立于IEC 61131-9的一份文件來概述。IODD包含：

• 建立通訊的所有必要屬性

• 設(shè)備參數(shù)

• 設(shè)備標(biāo)識(shí)

• 過程和診斷信息

• 設(shè)備圖像和制造商標(biāo)志