IO-Link帶來無盡可能

　　作為智能傳感器技術的專家，圖爾克為機器帶來了智能，從而創造了與工業4.0和工業物聯網的聯系。在接受elektroAutomation雜志Andreas Gees的采訪時，圖爾克的產品營銷經理Sai Seidel-Sridhavan和工廠自動化系統產品管理總監Aurel Buda討論了IO-Link作為產品組合的基礎技術所扮演的角色并展望了該技術的進一步發展。

　　“我們的客戶最終會在圖爾克找到完整的IO-Link產品組合，包括從傳感器到RFID讀寫設備、電源模塊和燈、直到用于I/O系統和模塊的集線器和主站，幾乎涉及從傳感器到云端的所有產品。”

　　Aurel Buda | 工廠自動化系統產品管理總監

　　IO-Link在工業物聯網(IIoT)概念方面的重要性尤其突出。這種通信技術在圖爾克扮演什么角色?

　　Seidel-Sridhavan：作為IO-Link社區的創始成員，我們始終致力于與客戶合作，實現控制層級與機器最后一米的數字化通信。當初，我們投資了一項尚無法預見其發展前景的技術。如今，IO-Link已成為我們公司戰略的重要組成。我們為工廠自動化開發的每個傳感器和通信產品都至少有一個IO-Link版本。選擇IO-Link通常是一項戰略決定，且IO-Link設備都最先發布。除了用于RFID外，IO-Link還是我們面向機器數字化數據及其自動化應用的兩項核心技術之一。IO-Link首先是傳感器與控制器之間的接口，但也可為實施IIoT概念奠定基礎。

　　Buda：圖爾克不僅生產眾多用于控制任務或過程監測的傳感器，還生產用于各種IIoT解決方案的廣泛傳感器。我們的客戶最終會在圖爾克找到完整的IO-Link產品組合，包括從傳感器到RFID讀寫設備、電源模塊和燈、直到用于I/O系統和模塊的集線器和主站，幾乎涉及從傳感器到云端的所有產品。所有這些都配套了智能的軟件，可以使用戶更輕松地部署技術。我們將IO-Link視為控制與IIoT領域之間的接口，因此我們也大量參與到狀態監測領域。

　　IO-Link最初存在用戶接受問題。但現在這種情況已經發生改變。圖爾克為什么開發如此廣泛的IO-Link設備組合?

　　Buda：對于圖爾克來說，甚至將機器上的簡單開關高效聯網從而實現與現場層級的雙向通信也是重要的應用案例。IO-Link是一種不受現場總線限制的開放協議。我們主站的以太網多協議策略也支持這一技術。我們的傳感器包括從簡單的接近開關到能夠提供運行狀態及環境條件相關信息的復雜設備。例如，我們的雷達傳感器支持進行狀態監測，并集成了濕度、振動和溫度分析等功能。有了IO-Link，圖爾克可以構建生態系統，并支持使用其他制造商的標準執行器解決方案。因此，我們已經針對IO設備側的執行器技術做好了準備。我們通過IO-Link將IO連接到主站，從而收集簡單的傳感器信號，以及使用更大的電流來開關閥門。

　　Seidel-Sridhavan：隨著支持IO-Link的執行器的可用性日益提高，許多設備制造商自己也發現了這種接口。最初，狀態監測和IIoT領域對此產生了關注，但是生態系統并不完善。如今，我們會討論到廣泛的傳感器、閥島或電源模塊的生態問題。很明顯，IO-Link不僅僅與傳感器、I/O和控制器相關。制造商無需再集成不同的接口。另外，用戶也可以受益于這種單一接口，可以僅使用相同的電纜、連接器和軟件。

　　當市場上出現首個面向IIoT的概念時，IO-Link贏得了認可。過去，用戶使用IO-Link來配置傳感器。

　　Buda：IIoT、狀態監測、預見性維護、過程優化和資產管理都促進了對IO-Link的接受。我們始終認為IO-Link也是一種高性價比的基礎設施。IO-Link使用低成本的標準電纜進行通信。盡管閥島或集線器也可使用工業以太網聯網，但成本明顯更高，而由于集成IO-Link，傳感器的成本并未升高。而且，過程、識別和訪問數據的傳輸最終將構成數字孿生和資產管理的基礎。

　　圖爾克提供從傳感器到云端的解決方案。哪種IO-Link軟件被用于支持其配置和運行?

　　Seidel-Sridhavan：如今，我們通過在主站的Profinet GSDML文件中集成IO-Link配置的數據，直接在Profinet控制器上實施IO-Link配置。這意味著用戶也可以使用其在控制器領域使用的相同工程系統來配置其組件。我們還在我們組件的網頁服務器上集成了一種工具，允許訪問市面上幾乎所有IO-Link設備的全球數據庫IODD Finder。然后，IO-Link設備描述就可以通過自動化接口用于工程系統或配置系統。

　　Buda：我們基于網頁的配置工具采用相同的接口來自動加載網絡上的IODD。該工具不僅適合進行配置，還適合進行最初的調試。例如，這同樣適用于RFID讀寫設備，其通過IO-Link進行配置非常簡單。又如，我們也可以編程網頁應用程序，方便傳感器的校準。我們已經在我們的雷達傳感器上實現了這一點，另外還有我們的振動傳感器，我們在不斷擴大這一范圍。IO-Link配置文件也可定義單個設備或類別的標準行為。目前，已經有一些RFID設備的配置文件。這意味著相同類型的設備可以在軟件上以相同方式處理，不受制造商影響。

　　IO-Link對狀態監測和預見性維護等商業模式的重要性如何?

　　Seidel-Sridhavan：經典的自動化結構提供了與PLC的連接。例如，可以將數據從PLC傳輸到MES系統。然而，不同的客戶群越來越多地要求直接從IO-Link主站并行訪問數據。這使得狀態監測系統能夠在工廠的生命周期內根據需要進行擴展或改造。多年來，我們的主站一直配有這種并行訪問接口。它使得狀態監測可以使用我們的邊緣網關或合適的云服務來實施。我們的分布式自動化理念不僅包括控制柜外的IP67防護等級組件，還包括直接在機器上進行數據預處理。為此，我們的邊緣控制器還提供邏輯功能。另外，我們還對OPC UA和MQTT等工業標準保持開放，以便與IT領域進行通信。

　　智能軟件功能簡化了圖爾克IO-Link設備的工程設計、調試和維護

　　P16

　　Buda：當IIoT和工業4.0話題出現時，有很多人談論大數據以便后續開展機器學習項目。然而，大量的數據也產生了大量的流量，需要用到大量的帶寬和內存。如今，通常只會傳輸智能數據。這既可以是對數據或其變化的評估，也可以是數據的聚合或對不同傳感器數值的相關性的評估。此外，還有延遲方面的問題。當在分布式邊緣控制器上直接做出決策時，可以確保快速響應。

　　因此IO-Link作為數字化服務的基礎是否是理想的技術?

　　Buda：我們的邊緣控制器為使用邏輯進行數據預處理、數據可視化或使用OPC UA等協議將數據發送至云端提供了平臺。為此，我們使用即用型功能塊和模塊。我們的全球應用工程師和銷售團隊會與客戶就任務進行討論，并制定概念驗證。這通常會深入到可視化這一層次。然而，它也通常會包括與MES或云系統的對接。我們還與編程交鑰匙應用的系統集成商合作。我們的設備可與任何系統通信，但我們也按照我們的口號“配置而非編程”，提供我們自己的云服務。我們的目標群體是對數字化服務不甚熟悉的機器制造商。他們從遠程訪問開始，可以使用我們的云服務來可視化、保存和分析所有的數據，最終打造可以靈活調整的交鑰匙解決方案。

　　目前，IO-Link+或單對以太網(SPE)IO-Link是一個熱門話題。你們如何評價其最新開發成果?

　　Buda：單對以太網(SPE)來自汽車行業，旨在取代CAN總線。SPE催生了許多定義同樣適用于汽車和過程工業的傳輸長度和數據速率的標準。在IO-Link社區，我們也密切關注這些開發成果，并將長距離的10 Mbit技術定義為IO-Link+。盡管這是一種不同的傳輸介質，但我們希望保持IO-Link的優勢。我們不想與Profinet、Ethernet IP或其他以太網協議競爭。IO-Link+更加面向我們如今無法服務的設備類別。而IO-Link僅限于主站與設備之間20 m以內的應用，且數據傳輸速率也低于1 Mbit。隨著IIoT概念的出現，通常需要更大的數據流。在這方面，IO-Link+為傳輸數據至0區和1區奠定了基礎。然而，IO-Link仍將始終是點對點連接。

　　SPE和Profinet等協議很可能會替代IO-Link。它們之間有什么區別?相應的限制在哪里?成本會造成什么影響?

　　Buda：人們對SPE的期望之一是，它應該以與IO-Link相當的成本實現傳感器的連接。然而，就目前的估計來看，這是不太可能的。另外，使用非屏蔽電纜長距離連接傳感器也幾乎不可能。在Profinet社區，非屏蔽兩線制電纜尤其被視為是一項成本優勢。因此，SPE不可能像IO-Link一樣進行可靠的通信。它們在設備側也存在差異。有些復雜的傳感器的通信接口并不在總成本中占很大比例。SPE應該能在這些領域得到快速應用。對于簡單的傳感器來說，IO-Link仍將被稱作是不受現場總線限制的解決方案。

　　“如今，我們通過在主站的Profinet GSDML文件中集成IO-Link配置的數據，直接在Profinet控制器上實施IO-Link配置。這意味著用戶也可以使用其在控制器領域使用的相同工程系統來配置其組件。”

　　Sai Seidel-Sridhavan | 產品營銷經理

　　P18

　　“SPE不會成為IO-Link的替代品，而是會成為它的補充。”Aurel Buda和Sai Seidel-Sridhavan認為SPE將作為當今技術的補充找到自己的定位。

　　如今，IO-Link主站有4個或8個IO-Link端口，因此可通過一個連接將最多8個設備連接到控制器。而如果通過SPE連接8個傳感器，則需管理8個不同的控制連接。這會占用帶寬，并且同樣會導致需要額外的協議成本。由于必須在控制器中設置和管理每個通信鏈路，這還需要內存和計算能力方面的資源。

　　SPE不會成為IO-Link的替代品，而是會成為它的補充。因此，它最終會以備選方案的形式共存。如今所廣泛使用的Profinet現場設備以及其他以太網協議也是如此。我們認為，SPE將作為當今技術的補充找到自己的定位。

　　Seidel-Sridhavan：IO-Link技術在開辟新業務方面也有相當大的潛力，但其性能是受限的。IO-Link的重心并不在需要更高數據傳輸速率的設備上。因此，我們在IO-Link社區密切關注可以實用地采用這種技術的領域，以避免之前還能使用IO-Link傳輸完美數據的流體傳感器未來突然只能采用IO-Link+來開發的窘境。社區也在推動這方面的共存。形勢是很明朗的，IO-Link+不是IO-Link的繼承者，而是IO-Link的延伸。

　　另一個話題是IO-Link Safety。圖爾克作為安全供應商如何看待這一技術?

　　Buda：我們正在密切關注市場。圖爾克提供了各種安全產品，尤其是在IP67領域——Profisafe和混合型設備結合了安全通道和IO-Link技術，并集成了關機功能，可用于安全關閉執行器。然而，這并不符合IO-Link安全協議。這類技術很有趣，并會進一步推動IO-Link發展。目前，我們正在關注這個生態系統如何形成。首個版本的IO-Link Safety標準已經在2017年完成。Profisafe over IO-Link等替代方法則可能會帶來不確定性。當該規范準備就緒后，人們開發了相關的測試概念，作為開發設備的基礎。我們也將IO-Link Safety視為一種有趣的方法，因為安全領域尤其具有采用專有傳感器和執行器系統的特點。IO-Link Safety是首個較低層級的協調標準。這會給我們帶來一個包含不同制造商安全開關和傳感器的混合區域，并可連接不同制造的主站。

　　Seidel-Sridhavan：近年來，大多數制造商都開發了將IO-Link與Profisafe連接的安全領域設備。由于存在2個概念，IO-Link社區對此并不支持。另一方面，IO-Link Safety則不受Profinet、Ethercat或Ethernet IP限制。對于安全傳感器和執行器制造商而言，專注于一個標準很重要。例如，門聯鎖裝置一直以來都需要在布線方面做大量工作。IO-Link Safety的雙向通信能力將在這一領域帶來顯著優勢。

　　作者 | Andreas Gees，elektroAutomation雜志的編輯

　　網頁 | www.wirautomatisierer.industrie.de

　　網頁代碼 | more22230e