IO-Link成為現代智能工廠的核心技術

IO-Link已經成為推動制造業改革的核心，是現代智能工廠不可缺少的部分，能將傳統傳感器轉變為智能傳感器，為邊緣設備帶來更多智能。IO-Link將可讓制造商能在不拆除和更換設備的情況，直接讓工廠實現現代化轉型。本文將為您介紹IO-Link在智能工廠中扮演的角色，以及由ADI推出的IO-Link相關解決方案。

IO-Link技術將優化生產線并簡化生產流程

建立專用生產線來生產不同產品的傳統方法已經過時，且不具備成本效益。采用IO-Link主機作為生產核心，為工廠車間帶來靈活性和可配置性，實現傳感器和執行器的自主調試，將成為智能工廠發展的重要方向。

在制造環境中，所有制成品都需要一系列傳感器協同工作，以幫助機器確定與物體的距離，檢測物體、確定物體的顏色和組成，以及監控物體或液體的溫度和壓力。想象一下，如果我們派遣技術人員前往工廠車間來手動更改傳感器并重新校準其參數，進而生產出單個產品，將會耗費大量的時間和成本，這種低效方式會嚴重影響整個制造流程，并會導致生產力的全面損失。

如果延伸到生產不同產品的整個生產線，還需要停止生產，然后更換或重新配置無數個傳感器，將使生產線付出極高的時間成本。采用IO-Link技術將使傳感器和執行器發生改變，實現自主調試和雙向通信，進一步優化生產線并簡化整個生產流程。

IO-Link將可簡化開發流程縮短上市時間

采用IO-Link主機將可望為邊緣設備帶來智能，IO-Link主機可為工廠邊緣的傳感器和執行器提供高速、雙向的數字數據通信。這種通信助力實現真正的智能傳感器和執行器，并提供新的測量、監控方法來影響每個生產階段。

另一方面，IO-Link可簡化安裝過程和接口，IO-Link使用標準化接口，這種接口使用便捷的M12 3引腳連接來取代傳統的模擬、二進制和串行RS232接口。除了能夠切實簡化安裝過程之外，IO-Link使得用戶能夠實現支持自動設置參數的自主調試設備，從而快速輕松地更換傳感器。

此外，IO-Link可減少工廠停機時間，IO-Link提供雙向通信功能，使傳感器、執行器和IO-Link網關能夠持續與主可編程邏輯控制器（PLC）通信。提供實時診斷信息和更新，讓工程師能夠及早發現并快速解決問題，以免對生產流程造成影響。

IO-Link還可簡化以太網連接，為了將IO-Link主機連接至以太網，我們可預先對第二代RapID平臺（RPG2），也就是ADI的工業以太網平臺解決方案進行測試，驗證其是否符合工業以太網協議供應商的測試標準，采用ADI解決方案的設計能在任何受支持的工業以太網網絡中正常運行，從而簡化開發流程，縮短上市時間。

IO-Link主機收發器的低功耗解決方案

針對IO-Link主機應用，ADI推出集成幀處理器和L+電源控制器的MAX14819雙通道IO-Link主機收發器。MAX14819/MAX14819A是低功耗雙通道IO-Link主機收發器，包含傳感器／執行器電源控制器。它們完全符合最新的IO-Link和二進制輸入標準，也符合測試標準。為了簡化微控制器的選擇，MAX14819/MAX14819A采用包含UART和FIFO的幀處理器，且經過配置，可以采用外部UART或者采用集成幀處理器運行。此外，它們配有兩個輔助數字輸入通道、兩個低功耗傳感器電源控制器和反極性保護功能，以實現穩健可靠的低功耗解決方案。MAX14819/MAX14819A完全兼容最新IO-Link和二進制輸入標準及測試規范IEC 61131-2、IEC 61131-9 SDCI和IO-Link 1.1.3。主機收發器也包括兩路輔助數字輸入(DI_)通道。

MAX14819/MAX14819A可配置為配合外部UART工作，或者使用IC上的集成成幀器。為便于選擇微控制器，主機收發器具有幀處理電路，帶有UART和FIFO。器件設計用于簡化所有IO-Link M序列幀類型的時間關鍵控制。MAX14819/MAX14819A也具有自主循環定時器，降低對高精度控制器時序的要求，集成建立通信排序器也簡化喚醒管理。

為了加速IO-Link應用的開發速度，ADI還推出MAX14819評估板（EV kit），包括評估電路板和軟件。評估板為完全裝配并經過測試的電路板，可用于評估MAX14819雙通道IO-Link主機收發器。

支持不同的協議的工業以太網解決方案

ADI還推出用于上行鏈路的ADIN2299 RapID平臺第2代（RPG2）網絡接口，RPG2是一種工業以太網平臺解決方案，包含加入星型、線型或環型網絡拓撲所需的所有技術，包括通信控制器、閃存、RAM、以太網交換機和物理層（PHY）。其中包括完整的多協議軟件解決方案，可以在具有不同軟件映像的所有終端系統中使用一種硬件設計，以支持不同的工業協議。

主機處理器通過ADI的統一接口和以太網、串行外設接口（SPI）或通用異步接收器發送器（UART）連接到網絡接口。統一接口簡化了與任何主機控制器的通信，并提供一個通用接口以支持所有協議堆棧。這樣可確保實現多協議連接，無需對應用程序主機代碼進行任何更改，從而消除了軟件集成的設計負擔。

ADIN2299是一款經過預先測試的完整解決方案，用于管理應用處理器的工業協議和網絡流量。該模塊包含部署實施Ether-CAT、PROFINET實時（RT）和同步實時（IRT）、EtherNet/IP網絡所需的一切，包括通信控制器、協議棧、閃存、RAM、跟隨控制器和PHY。應用處理器通過UART、SPI或以太網接口進行連接。

ADI也有推出ADIN2299的評估套件 ― EVAL-ADIN2299，該評估套件提供從主機處理器到PLC或基于PC工具的通信路徑端到端評估。在將網絡接口集成到終端現場設備之前，利用該評估套件可以全面驗證主機處理器和PLC之間的通信路徑。

多款具特色的IO-Link解決方案

除了上述兩個主要IO-Link解決方案之外，ADI還有多款IO-Link特色產品，包括MAX14916緊湊型工業八路1A/四路2A高壓端開關（具有診斷功能），MAX14916具有八個高壓端開關，每通道可提供高達1.1A（最小值）連續電流。兩個相鄰通道可以并聯，從而構成四個2.4A高壓端開關。在125℃環境溫度下，高壓端開關具有250mΩ（最大值）的導通電阻。

此外還有 MAXM15065 這款 4.5V至60V、300mA、μSLIC 降壓型電源模塊，這款喜馬拉雅系列穩壓器 IC 和電源模塊，是可提供低溫升、小尺寸、較簡單的電源方案。MAXM15465 / MAXM15466 / MAXM15065 / MAXM15066 / MAXM15067 為高效、同步降壓型 DC-DC 電源模塊系列，集成控制器、MOSFET、補償組件和電感，工作在較寬輸入電壓范圍。模塊工作在 4.5V 至 60V 輸入電壓范圍，提供高達 300mA 輸出電流。

另外還有MAX32670這款高可靠性、超低功耗微控制器，采用Arm Cortex M4 FPU處理器，適用于工業和IoT應用，在Darwin家族中，MAX32670是一款超低功耗、高性價比、高可靠性的32位微控制器，在實現復雜的傳感器處理設計的同時不會影響電池壽命。器件集成了高度靈活性的多功能電源管理單元與功能強大的Arm Cortex-M4（帶浮點運算單元，FPU）。MAX32670也為傳統設計從8或16位微控制器升級提供了簡便、成本優化的途徑。MAX32670EVKIT則是MAX32670的評估套件，為評估MAX32670提供平臺。

MAX22514則是一款浪涌保護IO-Link器件收發器，帶DC-DC轉換器，MAX22514 IO-Link收發器集成高壓功能，包括一個24V線路驅動器、一個集成式DC-DC降壓穩壓器，以及5V和3.3V線性穩壓器。MAX22514適用于IO-Link器件、主機和工業開關傳感器應用，可以通過標準SPI接口進行配置和監控。

IO-Link參考設計加快產品開發速度

ADI也推出多款特色參考設計，像是MAXREFDES1458通道IO-Link主站，MAXREFDES145#是一款完全符合IO-Link 標準的8端口IO-Link主站參考設計。該設計使用TEConcept的IO-Link主站堆棧，既是IO-Link主站參考設計，也是IO-Link傳感器／執行器開發和測試系統。八個IO-Link端口允許同時測試多達八個不同的傳感器（或執行器）。該參考設計具有八個堅固的M12母頭連接器（IO-Link最常用的連接器），并附帶兩根IO-Link電纜，可快速連接到IO-Link兼容的傳感器和執行器。交流轉直流（24VDC/1A）電源組能夠同時向每個端口提供至少125mA的電流，當未使用的端口較少時，可以提供更多電流。

MAXREFDES165#四通道IO-Link主站則是一款完全符合IO-Link標準的4端口IO-Link主站參考設計。該設計使用TMG TE IO-Link主站堆棧，既是IO-Link主站參考設計，又是IO-Link傳感器／執行器的開發和測試系統。四個IO-Link端口允許同時測試多達四個不同的傳感器（或執行器）。該參考設計具有四個堅固的M12母頭連接器，并附帶IO-Link電纜，用于快速連接到IO-Link兼容的傳感器和執行器。交流轉直流（24VDC/1A）電源能夠同時向每個端口提供至少250mA的電流，當使用較少的端口時可以提供更多電流。

MAXREFDES277#則是一款雙通道IO-Link主站參考設計，針對快速原型設計進行了優化。該設計將Technologie Management Gruppe (TMG TE) IO-Link主站堆棧用于MAX14819A IO-Link主站收發器，既是IO-Link主站的評估模型，也是IO-Link傳感器／執行器開發和測試系統。兩個IO-Link端口允許同時測試最多兩個不同的傳感器或執行器。

結語

當工業制造朝向工業4.0智能工廠的道路前進時，IO-Link將成為串聯各種傳感器／執行器的關鍵技術，并進一步優化生產線的生產流程。ADI推出了多款針對IO-Link應用的解決方案，并提供完整的開發工具套件與參考設計，將可加速客戶開發IO-Link相關產品的速度，值得您進一步深入了解與采用。

審核編輯：劉清