Преодоление проблем промышленной автоматизации с помощью IO-Link

В эпоху Индустрии 4.0, интеграция высокоуровневой автоматизации и двусторонняя передача данных в реальном времени между управляющими системами и их операционными компонентами представляет собой значительный прогресс.

Внедрение интеллектуальных датчиков и исполнительных устройств, которые становятся всё более распространенными, способствовало разработке протокола IO-Link для стандартизации обмена данными между этими устройствами и управляющими блоками в условиях промышленной автоматизации.

Интеллектуальные датчики и исполнительные устройства играют роль ключевых элементов автоматизированных промышленных процессов, аналогично центральной нервной системе. Изначально, управление такими системами осуществлялось через параллельные схемы, которые были сложны в масштабировании и требовательны к ресурсам.

Хотя протоколы Fieldbus внесли улучшения, решив часть проблем, они не смогли полностью их устранить из-за низкого уровня сигналов, что потребовало дорогостоящих экранирующих мер. Введение протокола IO-Link позволило преодолеть эти недостатки, облегчив широкое использование интеллектуальных датчиков и исполнительных устройств в промышленности.

Прогнозируемый рост мирового рынка IO-Link с 48,3 миллиарда долларов в 2022 году до 73,1 миллиарда долларов к 2032 году, с совокупным годовым темпом роста 26%, подтверждает распространение этого протокола в сфере автоматизации производства.

Знакомство с IO-Link

Созданный в 2006 году консорциумом IO-Link, этот международно признанный протокол (IEC-61131-9) упрощает связь с датчиками и исполнительными механизмами в условиях промышленной автоматизации.

Особенности IO-Link включают:

• Двунаправленный цифровой протокол связи "точка-точка", также известный как интерфейс связи с одной каплей (SDCI).
• Протокол основан на использовании ведущего устройства IO-Link, передающего данные через различные сети, включая Profibus, Profinet, Devicenet, Ethernet/IP, EtherCAT, CC-Link и CC-Link IE Field, обеспечивая гибкость архитектуры управления.
• IO-Link позволяет подключение устройств, таких как датчики, к ведущему устройству посредством стандартных неэкранированных кабелей длиной до 20 метров, где ведущее устройство может поддерживать несколько портов.

Описанная конфигурация подключений обеспечивает питание 24 В и передачу коммутационных или кодированных сигналов. Уникальное описание каждого устройства IO-Link (IODD) содержит важные данные, включая параметры связи и настройки устройства.

Скорость обмена данными может достигать 4,8, 38,4 и 230,4 Кбод, при этом ведущее устройство IO-Link запрашивает данные о процессе, состоянии устройства и проверяет достоверность данных, включая параметры устройства и уведомления об ошибках, обеспечивая эффективную и надежную работу.

Изучение преимуществ IO-Link в промышленной автоматизации

IO-Link вносит существенный вклад в развитие промышленной автоматизации, особенно благодаря его применению в различных системах датчиков. Рассмотрим его преимущества на примере применения для измерения и регулирования гидравлических цилиндров, а также в системах автоматизации упаковки.

Измерение, контроль и регулирование гидравлических цилиндров

Применение IO-Link в гидравлических цилиндрах демонстрирует его эффективность для точного измерения и управления аналоговыми сигналами, такими как температура и давление. Аналоговые преобразователи IO-Link от Balluff Inc. позволяют преобразовывать аналоговые входные данные в цифровые, облегчая обработку сигналов от тока, напряжения до температурных показателей. Эти устройства, полностью настраиваемые через IO-Link, обеспечивают диагностику проблем, таких как короткое замыкание или обрыв провода термопары.

Традиционно аналоговые сигналы требовали экранированных кабелей и дорогостоящих модулей из-за чувствительности к помехам. IO-Link устраняет эту необходимость, позволяя использование неэкранированных кабелей благодаря подходу "точка-точка" и устойчивости к помехам.

Эксперт по автоматизации из Balluff, выделяет экономические преимущества IO-Link: уменьшение сложности проводки, ускорение настройки благодаря возможности загрузки параметров в датчики и упрощение масштабирования системы. Это демонстрирует совместимость и гибкость IO-Link с различными датчиками многих производителей.

Интеграция защитных блокировок и выключателей

Включение защитных блокировок и выключателей в системы на базе IO-Link демонстрирует адаптивность протокола. Это позволяет интегрировать компоненты безопасности в существующие автоматизированные системы, улучшая безопасность без потери эффективности.

В итоге, IO-Link предлагает множество преимуществ для промышленной автоматизации, включая экономию ресурсов, повышение эффективности и масштабируемость, а также облегчение интеграции мер безопасности. Это подтверждает его значимость для современной промышленности.

Роль IO-Link в оптимизации промышленных соединений

Шишир Реге подробно освещает универсальность IO-Link в промышленных приложениях, акцентируя на его способности упрощать подключение различных устройств. Он отмечает, что благодаря IO-Link процесс интеграции устройств безопасности, аналоговых устройств, интеллектуальных измерительных приборов, двоичных устройств и клапанных коллекторов значительно упрощается.

Подключение этих устройств к порту IO-Link на ведущем устройстве позволяет пользователям повысить гибкость и модульность архитектуры оборудования, делая системы более адаптивными и эффективными.

Повышение эффективности автоматизации упаковки с помощью IO-Link

В области автоматизации упаковки важна гибкость систем для управления многообразными задачами и быстрой адаптации под разные размеры упаковки и объемы производства. IO-Link играет ключевую роль в оптимизации этих процессов, позволяя легко интегрировать датчики и другие компоненты системы.

Примером служит установка с датчиками Sensata Technologies Inc., включая абсолютные и инкрементные энкодеры для точного измерения положения и скорости, а также долговечные датчики положения с эффектом Холла.

Инженерный менеджер в Sensata, выделяет удобство IO-Link, особенно функциональность "plug-and-play", которая облегчает быструю смену и настройку датчиков. Сохранение рабочих параметров в ведущем устройстве упрощает конфигурацию, а диагностические возможности и управление событиями сокращают время простоя, повышая общую эффективность системы.

Энкодеры Sensata, обеспечивающие высокое разрешение для абсолютного позиционирования и до 1000 PPR для инкрементных измерений, предлагают уникальные возможности с двойными вариантами вывода.

Это позволяет их использование в приложениях, требующих высокой точности, с минимальным временем цикла благодаря коммуникации через COM3 230.4 Kbaud. Таким образом, IO-Link вносит значительный вклад в повышение производительности и эффективности систем автоматизации упаковки, делая их более адаптируемыми к меняющимся производственным требованиям.

Расширение возможностей IO-Link с помощью системных расширений

IO-Link, преобразующая технология в промышленной автоматизации, продолжает расширять свои функциональные возможности, включая беспроводную интеграцию и улучшения в области безопасности, что делает её ещё более адаптивной и мощной.

Беспроводная интеграция с IO-Link

Беспроводной вариант IO-Link обеспечивает дополнительную гибкость для автоматизации производства, особенно с мобильными датчиками и исполнительными механизмами. Работая на частоте 2,4 ГГц, этот протокол позволяет каждому ведущему устройству поддерживать связь с множеством устройств, что увеличивает общее количество управляемых устройств до 120 на одну ячейку.

Такая конфигурация значительно улучшает модульность и расширяемость систем, позволяя беспрепятственное управление устройствами даже в условиях движения и значительных электромагнитных помех.

Повышение безопасности с помощью IO-Link

IO-Link Safety вносит важный вклад в обеспечение безопасности на производстве, позволяя ведущим устройствам и устройствам безопасности обмениваться данными для поддержки функций функциональной безопасности. Использование выходных переключающих сенсорных устройств (OSSD) через резервные сигналы с устройством FS IO значительно повышает уровень безопасности, упрощая интеграцию электронных устройств безопасности в промышленные системы.