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戰略規劃-圖爾克IO-Link系統

時間:2019-06-28來源:圖爾克(天津)傳感器有限公司

導語:IO-Link正在智能工廠和智能數據的發展中發揮重要作用。通信標準提供了直到傳感器級別的數字化。最近幾年的增長數字展示了其令人印象深刻的受歡迎程度。盡管如此,許多用戶仍然將數字化與更高的成本關聯在一起。即使IO-Link能夠顯著降低硬件和安裝的花費,特別是在用作整體系統時,情況也是如此。

IO-Link正在智能工廠和智能數據的發展中發揮重要作用。通信標準提供了直到傳感器級別的數字化。最近幾年的增長數字展示了其令人印象深刻的受歡迎程度。盡管如此,許多用戶仍然將數字化與更高的成本關聯在一起。即使IO-Link能夠顯著降低硬件和安裝的花費,特別是在用作整體系統時,情況也是如此。

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重要組成

IO-Link在過去幾年里已迅速打入市場。2014IO-Link節點的數量為219萬個,而2016年就已經增長到了530萬個。未來幾年預計仍將繼續呈指數增長。作為一種數字通信標準,IO-Link被設計為智能工廠最后一米的重要組成部分。然而,這正是問題所在。許多用戶僅僅將這項技術與他們尚未明確的未來應用關聯起來。有時候他們甚至認為轉型也需要用昂貴的裝置來替代基本的接近開關。但是情況恰恰相反。此外,并非所有IO-Link系統中的交換機都必須配備IO-Link接口。在多個應用中,IO-Link都第一時間降低了成本。因此客戶可以立即受益。同時,它還為未來將隨工業4.0興起的新應用奠定了基礎。

數字取代模擬

幾乎沒有任何一個行業像自動化行業一樣與模擬信號傳輸如此密切相關。數字信息所需的帶寬要比模擬信息小得多。同時,數字傳輸更加穩定可靠。IO-Link提供了最高230.4 kBaud的雙向點對點連接,確保了通過非屏蔽標準電纜的可靠通信。IO-Link傳感器通常比采用模擬技術的競爭產品更便宜,因為它們無需數字模擬轉換器。首先這使得用戶可以降低布線成本,其次還可以降低傳感器自身成本。另一個好處是IO-Link主通道向下兼容帶一個或兩個開關輸出的傳統二進制傳感器。相比于模擬輸入,備用通道大部分仍然可用。

圖爾克從一開始就支持IO-Link,目前提供最全面的IO-Link產品組合之一。這包括多種傳感器、連接技術、防護等級IP20IP67的帶IO-Link主站的現場總線和以太網I/O系統。

從無源連接到以太網和IO-Link

在大多數應用中,二進制I/O信號(例如電感接近開關信號)代表了最常用的信號類型。即使在今天,這些信號也經常在現場被無源接頭 (IP67) 采集,并通過控制柜中的多芯電纜連接到中央或者分布式I/O模塊 (IP20)。為了節省設備和布線成本,更現代化的理念是在現場使用有源分布式IP67 I/O模塊。這些模塊可以盡可能靠近動作開關采集信號,并通過工業以太網(或者其他現場總線)直接傳輸到更高級別的控制器。這消除了對控制柜中分布式模塊的需要,從而可以設計成更小的外形尺寸。一個額外的好處是通過工業以太網的布線更便宜。這種使用直接在現場采集信號的IP67 I/O模塊的架構在自動化領域中發揮了重要作用,特別是如果現場僅采集幾個信號時,例如在機器人上。

 IO-Link還可降低高I/O密度應用的成本。所謂的I/O分線盒最多可壓縮16個額外信號并通過IO-Link傳輸。帶4個或8個端口的IO-Link主站最遠可采集20米距離外的數據,并通過一根以太網電纜將數據打包傳輸到控制器中。這種情況下,用戶可以獲得三次費用節省:相比于工業以太網模塊,I/O分線盒更加廉價:使用非屏蔽標準電纜取代了以太網屏蔽電纜;IO-Link只需要一根電纜即可傳輸數據和電力,因此無需單獨的電力電纜。另一個好處是只有各個IO-Link主站才需要IP地址,而不是所有I/O模塊都需要。圖爾克的TBIL I/O分線盒(IP67) 可通過帶金屬螺紋的M12圓形連接器傳輸多達16I/O信號。

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圖爾克通過廣泛的IO-Link產品組合為其客戶邁向工業4.0提供支持

隨執行器集成到IO-Link總體系統

很長一段時間里,人們都認為未來的所有智能執行器或傳感器都會基于工業以太網。然而,目前的工程實踐展示出以太網在自動化領域的局限。傳輸速率為100Mbit/s甚至1 Gbit/s、最小幀尺寸為64字節的以太網對于許多設備來說性能過高了。以太網接口還相對昂貴并且會產生很多熱量。IO-Link憑借超高的性價比,可以從技術上填補這項空白。盡管IO-Link通常被定位為智能傳感器接口,該技術從一開始就指定用于傳感器與執行器的通信。這使得它相比于以太網具有一項關鍵優勢,因為電力和通信都通過一根電纜傳輸。

IO-Link接口的現場設備的最典型例子是閥組。現在所有主要制造商的產品組合中都有IO-Link閥門和閥組。使用帶Sub-D多芯連接器的適配器進行的復雜連接可以用廉價的標準電纜替代。使用IO-Link的執行器模塊的例子還有抓爪系統、電機、帶數字輸出的變頻器和I/O分線盒。圖爾克的TBEN-L-8IOL IO-Link master專門針對執行器操作進行了優化。不同于其他制造商,它們可通過兩個端口提供高達4安培的電力。用戶尤其可以從IO-Link提供的可能性中獲益,例如多段信號指示器。使用數字多芯電纜連接超過兩段的指示燈是非常復雜的。然而,可配置各個燈段的顏色、聲音信號和多種附加功能的IO-Link指示燈可以通過一根標準電纜方便地接線和操作。圖爾克光學傳感器合作伙伴邦納公司的TL50指示燈可選用IO-Link。因此,指示燈元件的配置和數量不再受限于相關的接線工作。用戶因此更多地決定使用兩個以上的信號段。這樣能夠顯示更多的機器狀態,而不僅僅只是 “OK” “Error”。集成在更高級別系統中不同選項可用于更高級別系統的配置和集成。通過配置工具的幫助,設備第一次可以通過IO-Link主站、USB主站或USB適配器分配。或者,配置也可以通過控制器中的功能模塊進行。例如,作為配置文件修改的一部分,這能夠在運行期間修改設備的配置。如ProfinetEtherNet/IP等更高級別網絡的屬性意味著仍然沒有制造商獨立選項,可用于直接通過工程系統配置IO-Link設備。然而, 已經可以看見情況的改善。在2 0 1 7年,“IO-Link集成 – Profinet IO版本2”規范定義了用于Profinet的制造商獨立工程接口。

TBEN-LTBEN-S系列的IO-Link master主模塊配備簡單的IO-Link設備集成功能 (SIDI),現在已經可以即插即用地集成圖爾克和邦納設備。公司的所有IO-Link設備都被集成在TBEN系列IO-Link主模塊的站點GSDML文件中。這顯著簡化了設置。當通過工程軟件(TIA Portal或其他軟件)讀取GSDML文件時,所有圖爾克設備都被選擇為特定端口配置。再也無需進行任何額外的參數化或者編程。

IO-Link釋放了開發資源

IO-Link的一個主要優點是其無關任何現場總線協議的獨立性。相關現場總線和工業以太網協議的數量給分布式現場設備的制造商帶來了真正的挑戰。為每種協議開發不同設備型號,在整個生命周期中進行維護并提供必要的支持,這些都需要很高的成本。這還束縛了人力資源,使他們無法投入未來的發展和創新。因此一些制造商已經承諾完全轉向IO-Link接口,而不再集成總線接口。他們將更高級別系統的集成交給了IO-Link主站的制造商。因此在這一點上,釋放了開發資源的IO-Link也是一臺創新發動機。

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總體系統的成本效益

如果轉向IO-Link的決定取決于單個組件,則由于IO-Link主模塊的間接成本,IO-Link主模塊可能會被視為不利因素。然而,如果系統進行整體考慮并且對傳感器、執行器和I/O系統更改進行評估,則使用IO-Link可以顯著節省成本。將布線和電纜裝配花費的時間也考慮在內后,IO-Link節約成本的優勢才會完全顯現。許多經常涉及使用智能接口進行連接的工業4.0場景都是不必要的。然而,IO-Link系統讓用戶已經為這些場景做好了準備。來自控制器的更靈活的傳感器設置或者用于預測性維護的傳感器數據的查詢可以在稍后設置。不僅是IO-Link設備,主模塊的功能對于未來系統的智能使用也是至關重要的。然而,制造商的設備也在不斷變化,盡管通信標準始終一樣。Turck IO-Link主模塊安裝在多協議I/O模塊中,因此也可以通過Modbus TCPProfinet并行訪問。這可以將數據傳輸到更高級別的I4.0或者IIoT系統,例如SAP PcoMicrosoftAzure或者IBM Bluemix

展望

IO-Link產品領域現在已為自動化完整解決方案的經濟實施提供了所有必要的組件。IO-Link產業界的最新活動展示了IO-Link如何幫助客戶為未來做好準備。IOLink安全規范使得未來在IO-Link各個方面實施安全理念成為可能。IO-Link產業界也正在制定規范,允許從更高級別的I4.0系統訪問IO-Link主模塊和設備。


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