采用IO-Link通信的工业传感解决方案介绍

时间： 2023-12-08 来源：RENESAS官网

技术问答

工业自动化设备制造商正在为他们的设计寻找可靠且易于集成的解决方案。他们更偏爱支持数字化、自动化的工厂和创建智能、互联的工厂，而不是独立的、封闭的自主系统。IO-Link是一种点对点通信协议，可确保现场级的无缝通信。这是IEC 61131-9定义为国际标准的协议。IO-Link将传感器和执行器连接到工厂自动化中的远程I/O或PLC。随着工业物联网的发展，对IO-Link的需求也在增加，因为它可以对传感器和执行器的大数据进行统一的管理。

图1、IO-Link系统组件

IO-Link是工业自动化中常用的通信协议，用于传感器和执行器之间的双向通信。它允许传感器和执行器等"从设备"与使用IO-Link的PLC等"主设备"进行通信。连接是通过一条长达20米的三线电缆进行的。通常，IO-Link主站可处理数字和模拟数据，并可使用Profinet、Ethernet/IP和Modbus等各种协议。市场根据不同类型、组件、应用、垂直市场和地区进行划分，支持有线或无线等不同选择。在石油和天然气、能源和电力、汽车、制药、食品和饮料以及化工等多种行业都在利用IO-Link技术应用于机床、搬运和装配自动化、物流和包装等。

作为市场领导者，瑞萨为IO-Link提供全面的硬件和软件解决方案，具体如下:

IO-Link主站解决方案

易于使用的IO-Link协议网关开发套件

连接多达8个IO-Link传感器或执行器，支持由RZ/N1S和Arm Cortex-A7控制的工业以太网通信(参见图2)

CCE4510 IO-Link主PHY具有内置IO-Link硬件帧处理器，可显著提高应用性能
温度和电源电压监控和保护
通道和连接设备的过载保护
针对多达8端口IO-Link主应用进行了优化
可选的安全启动功能

图2、IO-Link主站解决方案

RX23E-IO-Link温度传感器解决方案

适用于温度传感器的IO-Link双向通信解决方案

该单芯片解决方案内置了高精度模拟前端（AFE整流/回馈单元），用于测量温度、过程信号和感应检测。（参见图4）

用于温度控制器的IO-Link解决方案是基于RX23E-A 32位MCU片上高精度模拟前端（AFE），用于信号处理，并通过单芯片上的IO-Link PH进行通信控制。
通过提供应用说明、带协议栈的示例程序、BOM和电路图，有助于减少开发初期的调研时间。
RZ/N1S作为IO-Link主设备，为IO-Link主设备和从设备PHY提供可扩展产品系列。

图3、IO-Link从站传感器解决方案

RA2E1 IO-Link压力传感器解决方案

超紧凑型RA2E1实现压力传感器应用的小型化

实现紧凑的解决方案，可在小空间内实施，有助于降低BOM成本和系统小型化（参见图3）

RA2E1支持超小尺寸和封装系列（LQFP、QFN、BGA、LGA和CSP）
ZSSC3240实现了高精度传感器校正，具有分辨率高达24位的模数转换器和两种类型的从PHY: CCE4503 IO-Link兼容收发器，带LDO（最大20mA）和ZIOL2401 IO-Link线路驱动器，带降压调节器(最大值50mA)。
提供电源IC（集成电路板）和其他外围组件

图 4 工业传感器网络解决方案

RL78 IO-Link支持的传感器系统

用于简单通信、低功耗和测量功能的微控制器

工业自动化使用IO-Link连接传感器和执行器。工业检测应用可以使用支持IO-Link的瑞萨RL78微控制器。（参见图5）

用于IO-Link设备通信的UART和SPI硬件接口可将传感器、执行器IO-Lin设备无缝集成到工业自动化系统中（见图3）。
提供灵活、可扩展的选项，允许您选择符合工业检测要求的MCU。
优先考虑低功耗，使其成为节能工业应用的理想选择。

图 5、支持 IO-Link 的传感器系统

在工业自动化领域，对设备的数据采集、远程管理和定期维护的需求在大幅的增加。最常见的数据采集方法是通过单向直接通信将数据发送到上一级设备。要安装的设备数量也在成倍的增加，对于较广的覆盖区域，这增加了在现有布线中引入新通信协议的成本。作为该领域的市场领导者，瑞萨电子提供全面的解决方案，包括 MCU、IO-Link PHY 和其他相关组件，以及易于使用的 IO-Link 设备工具，以加快上市时间。

工业网络领域非常多样化，包括多种技术，例如工业以太网（包括 EtherCAT、Profinet、Ethernet/IP、CC-Link IE、Modbus-TCP、OPC-UA）以及各种现场总线选项，例如 Profibus、Modbus RTU/ASCII、DeviceNet、CANopen 和 IO-Link 等。这一动态领域的发展仍在继续，使未来的工业之旅更加有趣和激动人心。

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