Zwiększanie wydajności aktuatorów w fabryce inteligentnej dzięki technologii IO-Link

Przejście na Przemysł 4.0 lub przemysłowy Internet rzeczy (IIoT) ma na celu zwiększenie sprawności, bezpieczeństwa, produktywności i redukcję kosztów ogólnych. Krytycznym elementem tego procesu jest zapewnienie łączności urządzeń. Trudność zadania polega na wyborze odpowiedniego standardu komunikacji oraz zaprojektowaniu powiązanych interfejsów i oprogramowania, co może spowolnić wdrożenie koncepcji fabryki inteligentnej.

Projektanci systemów przeznaczonych dla automatyki przemysłowej potrzebują standardowego, niezawodnego, sprawnego i bardziej modułowego podejścia w celu przyspieszenia i zwiększenia opłacalności wdrożeń.

Aby rozwiązać ten problem, mogą oni wybrać technologię IO-Link w formie sprawdzonego interfejsu do użytku w fabrykach inteligentnych. IO-Link jest dwukierunkowym, modułowym cyfrowym interfejsem komunikacyjnym typu punkt-punkt (SDCI), którego budowę definiuje szereg norm, w tym IEC 61131-2, IEC 61131-9 (SDCI) oraz IO-Link 1.1.3.

W tym artykule pobieżnie omówiono wdrożenie koncepcji fabryki inteligentnej i wyzwania, jakie ten proces stawia przed projektantami. Następnie opisano działanie technologii IO-Link oraz sposób, w jaki upraszcza ona wdrażanie koncepcji fabryki inteligentnej. Przedstawiono także przykłady urządzeń zawierających technologię IO-Link firmy Analog Devices, w tym urządzenia podrzędnego, którym można zastąpić aktuatory pneumatyczne i zapewnić lepsze parametry działania, urządzenia podrzędnego ze zintegrowaną przetwornicą prądu stałego oraz urządzenia głównego. Załączono również projekty referencyjne umożliwiające szybkie zrozumienie działania aktuatorów przemysłowych z technologią IO-Link.

Uproszczone wdrożenie koncepcji fabryki inteligentnej

Wdrożenie koncepcji fabryki inteligentnej zwiększa zapotrzebowanie na proste sposoby wdrażania inteligencji na brzegu systemu, służącej do uruchamiania, monitorowania oraz rekonfiguracji czujników i aktuatorów. Prosta instalacja i dwukierunkowa komunikacja w technologii IO-Link pomagają we wdrażaniu inteligencji brzegowej. W pewnym przypadku technologia IO-Link przyczyniła się do skrócenia czasu konfiguracji i przekazania do użytkowania aż o 90%.

W praktyce technologia IO-Link umożliwia pobieranie ustawień parametrów w celu konfiguracji lub rekonfiguracji urządzeń. Eliminuje to konieczność interwencji technika i skraca czas przestojów. Inteligentna diagnostyka, wykrywanie błędów i możliwość rejestracji danych zapewniane przez technologię IO-Link mogą być wykorzystane do zbierania informacji operacyjnych w czasie rzeczywistym w całej hali fabrycznej, co dodatkowo skraca czas przestojów.

Architektura systemu IO-Link składa się z połączeń typu punkt-punkt pomiędzy urządzeniem głównym IO-Link a różnymi urządzeniami IO-Link. Montaż systemu jest ułatwiony dzięki zastosowaniu standardowych złączy M8 lub M12 oraz kabla 3- lub 4-żyłowego o długości 20m. Urządzenia główne IO-Link mają zwykle 4 lub 8 portów, z których każdy jest połączony z urządzeniem IO-Link. Każdy port może pracować w trybie standardowego wejścia-wyjścia (SIO) lub komunikacji dwukierunkowej. Ponieważ jest to architektura typu punkt-punkt, IO-Link nie jest magistralą polową, ale zachowuje kompatybilność z magistralami polowymi i przemysłowymi sieciami Ethernet, a także może łączyć się z programowalnymi sterownikami logicznymi (PLC) i interfejsami człowiek-maszyna (HMI) (ilustracja 1).

Ilustracja 1: Technologia IO-Link jest kompatybilna z magistralami polowymi i przemysłowymi sieciami Ethernet IEEE. (Źródło ilustracji: IO-Link Community)

Technologia IO-Link, oprócz pracy w trybie SDCI, zapewnia kompatybilność wstecz z normą IEC 60974-5-2 dotyczącą czujników binarnych. Podstawowa komunikacja typu punkt-punkt wykorzystuje interfejs 3-przewodowy (L+, C/Q i L-). Komunikacja pomiędzy urządzeniami głównymi i podrzędnymi w trybie IO-Link przebiega dwukierunkowo z trzema możliwymi szybkościami transmisji: COM1 równej 4,8kbps, COM2 równej 38,4kbps oraz COM3 równej 230,4kbps (ilustracja 2). Urządzenie główne IO-Link musi obsługiwać wszystkie trzy szybkości transmisji danych, aby mogło komunikować się z dowolnym podłączonym urządzeniem podrzędnym. Urządzenia podrzędne obsługują tylko jedną szybkość transmisji danych. Komunikacja odbywa się za pomocą impulsów 24V z wykorzystaniem kodowania bez powrotu do zera (NRZ) na linii C/Q. W trybie IO-Link wtyk 2 może pracować w trybie wejścia cyfrowego (DI), wyjścia cyfrowego (DO) lub nie być podłączony. Urządzenie IO-Link (czujnik lub aktuator) musi zadziałać w ciągu 300ms po przekroczeniu przez L+ progu 18V.

Ilustracja 2: Komunikacja IO-Link przebiega dwukierunkowo i może odbywać się z prędkością 4,8, 38,4 i 230,4kbps. (Źródło ilustracji: )