IOリンク

IO-Linkは、短距離、双方向、デジタル、ポイントツーポイント、有線 (または無線)、産業用通信ネットワーク規格 ( IEC 61131 -9) であり、デジタルセンサーとアクチュエーターを産業用フィールドバスまたは産業用イーサネットに接続するために使用されます。^{[1]その目的は、産業自動化プロセスと操作を経済的に最適化するために使用できる豊富なデータセットを生成および消費できる}センサーとアクチュエーターの開発と使用を可能にする技術プラットフォームを提供することです。この技術規格は、業界団体 Profibus および Profinet International によって管理されています。IO-Link 市場は 2028 年までに 340 億ドルを超える可能性があります。^[2]

IO-Link システムは、IO-Link マスターと 1 つ以上の IO-Link デバイス (センサーまたはアクチュエータ) で構成されます。IO-Link マスターは、上位レベルのコントローラー ( PLC )へのインターフェイスを提供し、接続された IO-Link デバイスとの通信を制御します。

IO-Link マスターには、一度に 1 つのデバイスのみを接続できる 1 つ以上の IO-Link ポートがあります。これは、コンセントレータとして従来のスイッチング センサーとアクチュエータの接続を可能にする「ハブ」になることもできます。

IO-Link デバイスは、インテリジェントなセンサー、アクチュエーター、ハブ、または双方向通信により、IO-Link 接続を備えたグリッパーや電源ユニットなどのメカトロニクス コンポーネントにもなります。IO-Link に関してインテリジェントであるということは、デバイスが識別データ (タイプ指定、シリアル番号など) またはパラメータ データ (感度、スイッチング遅延、特性曲線など) を持ち、IO-Link プロトコルを介して読み取りまたは書き込みできることを意味します。これにより、たとえば、動作中に PLC によってパラメータを変更できます。ただし、インテリジェントであるということは、詳細な診断情報を提供できることも意味します。IO-Link とそれを使用して送信されるデータは、予防保守やサービスによく使用されます。たとえば、光学センサーが汚れそうになったらすぐに IO-Link を介して報告するように設定できます。クリーニングが突然発生して生産が停止することはなくなり、生産を休止できるようになりました。

センサーとアクチュエータのパラメータはデバイスとテクノロジーに固有であるため、パラメータ情報は記述言語XMLを使用したIODD （IOデバイス記述）の形式で提供されます。IO-Linkコミュニティは「IODDファインダー」 ^[3]へのインターフェースを提供しており、エンジニアリングツールやマスターツールはこれを使用してデバイスに適切なIODDを提示できます。

ケーブルは、シールドなしの 3 または 5 導体ケーブル (長さ 20 メートル以内) と、標準化された 4 または 5 ピン コネクタで構成されています。マスターとデバイスのピン割り当ては、IEC 60947-5-2 の仕様に基づいています。^[4]マスターには、ポート クラス A とポート クラス B の 2 つのポート クラスが定義されています。ポート クラス A では、最大 4 ピンのM5、M8、または M12 コネクタを使用します。ポート クラス B では、5 ピンの M12 コネクタのみを使用します。M12 コネクタは、IEC 61076-2-101 に従って機械的に「A」コードで表されます。^[5]メス コネクタはマスターに割り当てられ、オス コネクタはデバイスに割り当てられます。

マスターピン 1 からピン 3 は、IO-Link デバイスのオプション電源用に最大 200 mA の 24V DC 電源を供給します。ピン 4 は、IEC 61131-2 仕様に従ってデジタル入力 (DI) またはデジタル出力 (DO) として使用され、IEC60947-5-2 に従った近接センサーやその他のセンサーや電気スイッチとの下位互換性を実現します。

IO-Link マスターはウェイクアップ電流パルスを送信し、IO-Link デバイスをシリアル入出力 (SIO) 状態からシングルドロップ デジタル通信インターフェイス (SDCI) 状態にします。SDCI 状態では、IO-Link マスターは IO-Link デバイスと情報フレームを交換します。

ポートクラスAではピン2と5は指定されておらず、メーカーが定義します。ポートクラスBではピン2と5は追加電源として設定されます。^{[6] [7]}

IO-Link 通信プロトコルは、通信ポート、通信モード、データ タイプ、および伝送速度で構成されます。ポートは物理的にマスター上にあり、ターミナル デバイスとの接続やフィールドバスまたはイーサネットへのブリッジングの手段を提供します。ターミナル デバイスに接続されたポートに適用できる通信モードは、IO-Link、DI、DQ、および Deactivated の 4 つです。IO-Link モードはポートを双方向通信用に構成し、DI モードはポートを入力として構成し、DQ はポートを出力として構成し、Deactivated はポートを単に非アクティブ化します。データ タイプは、プロセス データ、値ステータス データ、デバイス データ、およびイベント データの 4 つです。プロトコルは、4.8 キロボー、38.4 キロボー、または 230.4 キロボーのいずれかの伝送速度で動作するように構成できます。230.4 キロボーでの最小伝送時間は 400 マイクロ秒です。マスターをネットワーク ブリッジとして動作するように構成するには、エンジニアリング ツールを使用します。^[8]

IO-Linkワイヤレス^[9]は、物理レベルでのIO-Linkの拡張です。IO-Linkワイヤレスマスター（「W-マスター」）は、上位システムに対するマスターのように動作します。IO-Linkワイヤレスデバイス（「W-デバイス」）への「ダウン」には仮想ポートのみがあります。

送信サイクルは 2 つのフェーズで構成されます。出力データを送信するために、W マスターは割り当てられたタイム スロットで W デバイスのデータを含むマルチキャスト-W フレーム (ダウンリンク) を送信します。次に、W マスターは受信を開始し、合意された固定スキームに従って次々に送信する W デバイスから アップリンクデータを収集します。

送信を安全にするために、周波数ホッピングとチャネルブラックリストが使用されます。

IO-Link Safety ^[10]は、既存のマスター層とデバイス層に追加の安全通信層を提供することでIO-Linkを拡張したもので、これにより「FSマスター」と「FSデバイス」になります。ブラックチャネル原理とも呼ばれます。この概念はTÜV SÜDによってテストされています。

IO-Link Safety は、ライトカーテンなどの非接触保護装置の機能安全のために一般的に使用される OSSD (出力スイッチング信号デバイス) 出力スイッチング要素をOSSDe に拡張しました。標準 IO-Link と同様に、FS デバイスは OSSDe としてスイッチング モードでも、機能的に安全な IO-Link 通信でも操作できます。

実装中は、 IEC 61508および/またはISO 13849の安全規則を遵守する必要があります。

• Joachim R. Uffelmann、Peter Wienzek、Myriam Jahn: IO-Link。インダストリー 4.0 の DNA。 第 1 版。Vulkan-Verlag GmbH、エッセン、2018 年、ISBN  978-3-8356-7390-8。

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