古有秦始皇統(tǒng)一文字與貨幣，今有手機充電口統(tǒng)一USB Type-C。在工業(yè)控制系統(tǒng)中，同樣也有很多統(tǒng)一的標準，比如IO-Link，統(tǒng)一工控系統(tǒng)中傳感器和執(zhí)行器的通信標準。什么是IO-Link呢？強勢科普來了——

為什么需要IO-Link統(tǒng)一？

在工業(yè)系統(tǒng)中，傳感器和執(zhí)行器是設備的“眼睛、耳朵、手”，“監(jiān)視”設備的一舉一動，并完成相應的動作指令。工業(yè)4.0時代，如果說來自傳感器和執(zhí)行器的數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題了，那么作為大腦的主機控制器就被“蒙蔽”，無法知道工控系統(tǒng)最底層的數(shù)據(jù)，不作為或者亂作為，這樣對于工廠來說，損失不可計數(shù)。

為什么傳感器和執(zhí)行器的數(shù)據(jù)會有問題？無論過去還是現(xiàn)在，有很多工業(yè)傳感器都采用模擬信號或者是離散的信號，且數(shù)據(jù)采用單向方式進行傳輸。雖然之后出現(xiàn)了可提供數(shù)字開/關信號的二進制傳感器，比如電感 、電容 、超聲波、光電等檢測元件，以及半導體開關元件，他們輸出可能是：高邊開關或低邊開關，或者是推挽式，但數(shù)據(jù)仍然受到限制，只能從傳感器單向傳輸至主機，也同時存在模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度損失、數(shù)據(jù)傳輸速率慢、沒有故障信息等問題。

雖然有一些協(xié)議，比如CAN、Profibus可以提高工控系統(tǒng)的通信效率、可靠性，但他們都有一定程度的復雜，不易使用。

于是，IO-Link就橫空出世了！由于IO-Link用在工控系統(tǒng)的最前端的傳感器和執(zhí)行器上，因此IO-Link被譽為工控系統(tǒng)直到“最后一米的連續(xù)通信”。

IO-Link的工作原理

首先，我們要明白一點：IO-Link不是現(xiàn)場總線，獨立于現(xiàn)場總線之外，但可集成到所有現(xiàn)場總線系統(tǒng)中。

IO-Link 是全球首個標準化的IO 技術 （IEC 61131-9），用于與傳感器、執(zhí)行器進行通信。它是一種點對點系統(tǒng)的串行數(shù)字通信協(xié)議，每個IO設備都有一個單獨的通道，連接到主站單元。從下圖典型的IO-Link應用框圖，可以直觀看出IO-Link在工控系統(tǒng)中的應用：

IO-Link系統(tǒng)這里有3個部分組成：

1）Master，對上與PLC等控制器連接，對下連接IO-link標準的傳感器、執(zhí)行器或者hub。

2）設備：傳感器、執(zhí)行器，或是IO-Linkhub，其中傳感器通常是M12的四針接口，執(zhí)行器通常是M12的五針接口，滿足IO-Link設備針腳的定義要求，IO-link hub可以連接沒有IO-Link輸入輸出的設備。

3）IO-Link線纜，連接IO-link Master和設備的標準的3芯線纜：數(shù)據(jù)線、電源線和地線。

每個IO-Link設備都有標準化的連接接口和協(xié)議。在IO-Link通信模式下，IO-Link Master會發(fā)送預先定義好的信號并等待IO-Link設備的應答。當IO-Link設備被喚醒后，IO-Link Master與IO-Link設備之間首先互換通信參數(shù)，之后就開始周期性的數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)可能是過程數(shù)據(jù)，也可能是設備的警報或故障狀態(tài)等信息，實現(xiàn)了雙向通信。IO-Link Master除了可以作為IO-Link來使用之外，還可以配置為普通的IO模式，像使用普通數(shù)字量IO口一樣來使用它。

IO-Link硬件解決方案

作為技術型授權代理商，Excelpoint世健與ADI合作三十余年，能提供基于ADI芯片的IO-Link應用解決方案，并提供專業(yè)的技術支持。

根據(jù)功能劃分，包含下面這些芯片類型：

控制器MCU：MAX32670，用于處理數(shù)據(jù)，運行協(xié)議棧；

IO-Link Master收發(fā)器：

MAX14819/MAX14819A，低功耗、雙通道的IO-Link Master收發(fā)器；

IO-Link設備收發(fā)器：

MAX22513/MAX22514，具有高效的DC-DC降壓穩(wěn)壓器和兩個內(nèi)部線性穩(wěn)壓器，以及集成的浪涌保護器件，非常魯棒性的通信；

IO-Link Hub收發(fā)器：

MAX14827A/MAX14828，集成了工業(yè)傳感器中常見的高壓功能；

IO-Link Hub高邊輸出開關：

MAX14915/MAX14916/MAX14917，控制高壓側(cè)的導通與關斷。

前段時間，我們正好收到了世健提供的業(yè)界超小的八通道工業(yè)高側(cè)開關MAX14917評估套件，第一時間體驗了這套開發(fā)板的工作流程。

這套MAX14917評估套件，由一塊USB轉(zhuǎn)SPI通訊轉(zhuǎn)接板和MAX14917AFM+為核心的IO-Link評估板組成，IO-Link評估板供電為DC 24V，板載 8個高邊輸出開關，每個輸出通道提供高達700mA的連續(xù)電流。板上還有一個SPI接口，可以進行菊花鏈連接，將多片MAX14917共用一個SPI總線。板載有4 x 4 LED交叉矩陣，可提供每個通道狀態(tài)的視覺指示。測試使用到的上位軟件是MAX14915_6_7EVKITSetupV1.15.exe，將IO-Link評估板卡與USB轉(zhuǎn)SPI通訊轉(zhuǎn)接板連接好，同時把評估板的供電也連接好，再通過USB將通訊轉(zhuǎn)接板與PC連接即可開始測試。

最后，用三個詞總結一下IO-Link：

通用：IO-Link獨立于現(xiàn)場總線，可集成到所有現(xiàn)場總線系統(tǒng)中。只要是M12、M8 或 M5 連接器和三芯電纜等標準，即可工作。

智能 ：IO-Link 功能強，可實現(xiàn)傳感器和執(zhí)行器的擴展診斷，或者通過雙軸通信實現(xiàn)簡單快速的參數(shù)設置。IO-Link速度快，三種通信速率，4.8 k波特率，38.4 k波特率和230.4 k波特率。IO-Link體積小，可實現(xiàn)“智能”傳感器和執(zhí)行器的小型化。

簡單：IO-Link采用最簡單的無屏蔽三芯電纜進行連接。通過雙向的通信，可以最短時間知道設備上發(fā)了什么，并第一時間對設備進行設置，簡單的遠程維護。