Enlace IO

IO-Link es un estándar de redes de comunicaciones industriales de corta distancia, bidireccional, digital, punto a punto, cableada (o inalámbrica) ( IEC 61131-9 ) que se utiliza para conectar sensores y actuadores digitales a un tipo de bus de campo industrial o a un tipo de Ethernet industrial. ^[1] Su objetivo es proporcionar una plataforma tecnológica que permita el desarrollo y el uso de sensores y actuadores que puedan producir y consumir conjuntos de datos enriquecidos que, a su vez, se puedan utilizar para optimizar económicamente los procesos y operaciones industriales automatizados. El estándar tecnológico está gestionado por la asociación industrial Profibus y Profinet International. El mercado de IO-Link puede superar los 34 mil millones de dólares en 2028. ^[2]

Un sistema IO-Link consta de un maestro IO-Link y uno o más dispositivos IO-Link, es decir, sensores o actuadores . El maestro IO-Link proporciona la interfaz con el controlador de nivel superior ( PLC ) y controla la comunicación con los dispositivos IO-Link conectados.

Un maestro IO-Link puede tener uno o más puertos IO-Link a los que solo se puede conectar un dispositivo a la vez. También puede ser un "hub" que, como concentrador, permite la conexión de sensores y actuadores de conmutación clásicos.

Un dispositivo IO-Link puede ser un sensor inteligente, un actuador, un concentrador o, gracias a la comunicación bidireccional, también un componente mecatrónico, por ejemplo, una pinza o una fuente de alimentación con conexión IO-Link. Inteligente en relación con IO-Link significa que un dispositivo tiene datos de identificación, por ejemplo, una designación de tipo y un número de serie o datos de parámetros (por ejemplo, sensibilidades, retardos de conmutación o curvas características) que se pueden leer o escribir a través del protocolo IO-Link. Esto permite, por ejemplo, que el PLC modifique los parámetros durante el funcionamiento. Pero inteligente también significa que puede proporcionar información de diagnóstico detallada. IO-Link y los datos transmitidos con él se utilizan a menudo para el mantenimiento preventivo y el servicio técnico; por ejemplo, es posible configurar un sensor óptico de tal manera que informe a través de IO-Link a tiempo si amenaza con ensuciarse. La limpieza ya no es una sorpresa y bloquea la producción; ahora se puede poner en pausa la producción.

Los parámetros de los sensores y actuadores son específicos del dispositivo y de la tecnología, por lo que la información de los parámetros se presenta en forma de IODD (IO Device Description) con el lenguaje de descripción XML . La comunidad IO-Link proporciona interfaces para un "Buscador de IODD" ^[3] , que puede ser utilizado por herramientas de ingeniería o maestras para presentar el IODD adecuado para un dispositivo.

El cableado se realiza en forma de cables conductores sin blindaje, de no más de veinte metros de longitud, y un conector estandarizado de cuatro o cinco pines. La asignación de pines del maestro y del dispositivo se basa en las especificaciones de la norma IEC 60947-5-2. ^[4] Para un maestro, se definen dos clases de puerto, puerto de clase A y puerto de clase B. La clase de puerto A utiliza conectores M5, M8 o M12 , con un máximo de cuatro pines. La clase de puerto B utiliza solo conectores M12 con 5 pines. Los conectores M12 están codificados mecánicamente con "A" según la norma IEC 61076-2-101. ^[5] Los conectores hembra se asignan al maestro y los conectores macho al dispositivo.

En el pin maestro del 1 al 3 se suministra alimentación de 24 V CC con un máximo de 200 mA para una fuente de alimentación opcional del dispositivo IO-Link. El pin 4 se utiliza como entrada digital (DI) o salida digital (DO) según la especificación IEC 61131-2 para permitir la compatibilidad con versiones anteriores de sensores de proximidad según IEC60947-5-2 u otros sensores o interruptores eléctricos .

El maestro IO-Link envía un pulso de corriente de activación para que el dispositivo IO-Link pase del estado de entrada-salida en serie (SIO) al estado de interfaz de comunicación digital de una sola derivación (SDCI). En el estado SDCI, el maestro IO-Link intercambia tramas de información con el dispositivo IO-Link.

En un puerto de clase A, los pines 2 y 5 no están especificados y se deja que el fabricante los defina. En un puerto de clase B, los pines 2 y 5 están configurados como una fuente de alimentación adicional. ^{[6] [7]}

El protocolo de comunicaciones IO-Link consta de puertos de comunicación, modos de comunicación, tipos de datos y velocidades de transmisión. Los puertos están ubicados físicamente en el maestro y le proporcionan un medio para conectarse con dispositivos terminales y para hacer de puente a un bus de campo o Ethernet. Hay cuatro modos de comunicación que se pueden aplicar a un puerto conectado a un dispositivo terminal: IO-Link, DI, DQ y Desactivado. El modo IO-Link configura el puerto para comunicaciones bidireccionales, el modo DI lo configura como una entrada, el DQ lo configura como una salida y el Desactivado simplemente desactiva el puerto. Hay cuatro tipos de datos: datos de proceso, datos de estado de valor, datos de dispositivo y datos de evento. El protocolo se puede configurar para operar a velocidades de transmisión de 4,8 kilobaudios, 38,4 kilobaudios o 230,4 kilobaudios. El tiempo mínimo de transmisión a 230,4 kilobaudios es de 400 microsegundos. Se utiliza una herramienta de ingeniería para configurar el maestro para que funcione como puente de red. ^[8]

IO-Link Wireless ^[9] es una extensión de IO-Link en el nivel físico. Un maestro inalámbrico IO-Link ("W-Master") se comporta como un maestro para el sistema superior. Solo hay puertos virtuales "hacia abajo" hacia los dispositivos inalámbricos IO-Link ("W-Devices").

Un ciclo de transmisión consta de dos fases. Para transmitir los datos de salida, el maestro W envía una trama Multicast -W ( enlace descendente ) con datos para los dispositivos W en intervalos de tiempo asignados. A continuación, el maestro W pasa a la recepción y recoge en el enlace ascendente los datos de los dispositivos W que se transmiten uno tras otro según un esquema fijo acordado.

Para asegurar la transmisión se utilizan saltos de frecuencia y listas negras de canales.

IO-Link Safety ^[10] es una ampliación de IO-Link que proporciona una capa de comunicación de seguridad adicional a las capas de maestro y dispositivo existentes, que se convierten así en el "FS master" y el "FS device". También se habla del principio Black Channel. El concepto ha sido probado por TÜV SÜD .

IO-Link Safety también ha ampliado los elementos de conmutación de salida OSSD (Output Switching Signal Device) que se utilizan habitualmente para la seguridad funcional en un dispositivo de protección sin contacto como una barrera de seguridad a OSSDe. Al igual que con IO-Link estándar, un dispositivo FS puede funcionar tanto en modo de conmutación como OSSDe como a través de una comunicación IO-Link funcionalmente segura.

Durante la implementación se deberán observar las normas de seguridad de IEC 61508 y/o ISO 13849 .

• Joachim R. Uffelmann, Peter Wienzek, Myriam Jahn: IO-Link. El ADN de la Industria 4.0. Edición 1. Vulkan-Verlag GmbH, Essen 2018, ISBN  978-3-8356-7390-8 .

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