COMUNICACIÓN Io-Link

 

¿Qué es comunicación Io-Link?

IO-Link es un estándar de redes de comunicaciones industriales ( IEC 61131-9 ) de corta distancia, bidireccional, digital, punto a punto, cableado (o inalámbrico ) que se utiliza para conectar sensores y actuadores digitales a un tipo de bus de campo industrial. o un tipo de Ethernet industrial.  Su objetivo es proporcionar una plataforma tecnológica que permita el desarrollo y uso de sensores y actuadores que puedan producir y consumir conjuntos enriquecidos de datos que a su vez puedan usarse para optimizar económicamente procesos y operaciones industriales automatizadas. El estándar tecnológico está gestionado por la asociación industrial Profibus y Profinet International .

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 superior ( PLC ) y controla la comunicación con los dispositivos IO-Link conectados.

¿Cuál es su principal aplicación en la actualidad?

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 tratarse de un "hub" que, a modo de 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, p. ej. 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 denominación 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, modificar los parámetros mediante el PLC durante el funcionamiento. Inteligente también significa, sin embargo, 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 suspender 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 "IODD Finder", que puede ser utilizado por herramientas maestras o de ingeniería para presentar el IODD apropiado para un dispositivo.

Conector

El cableado se realiza mediante cables no apantallados de tres o cinco conductores, de no más de veinte metros de longitud, y un conector estandarizado de cuatro o cinco pines. La asignación de pines del dispositivo y del maestro se basa en las especificaciones de IEC 60947-5-2. Para un maestro, se definen dos clases de puerto, clase de puerto A y clase de puerto B. La clase de puerto A utiliza conectores M5, M8 o M12 , con un máximo de cuatro pines. El puerto clase B utiliza únicamente conectores M12 con 5 pines. Los conectores M12 tienen codificación mecánica "A" según IEC 61076-2-101. Los conectores hembra están asignados al maestro y los conectores macho al dispositivo.

En el pin maestro 1 al pin 3 se proporciona alimentación de 24 V CC con máx. 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 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 gota (SDCI). En el estado SDCI, el maestro IO-Link intercambia telegramas de información con el dispositivo IO-Link.

En un puerto clase A, los pines 2 y 5 no están especificados y se dejan a cargo del fabricante. En un puerto clase B los pines 2 y 5 están configurados como fuente de alimentación adicional.

 

Protocolo

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 brindan un medio para conectarse con dispositivos terminales y para establecer un 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 entrada, DQ lo configura como salida y 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 funcionar 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.

IO-Link inalámbrico

IO-Link Wireless  es una extensión de IO-Link a nivel físico. Un maestro inalámbrico IO-Link ("W-Master") se comporta como un maestro para el sistema superior. Sólo hay puertos virtuales "abajo" para los dispositivos inalámbricos IO-Link ("Dispositivos W").

Un ciclo de transmisión consta de dos fases. Para transmitir datos de salida, el W master envía una trama Multicast -W ( Downlink ) con datos para los dispositivos W en los intervalos de tiempo asignados. Luego el W-Master pasa a recepción y recoge en el Uplink datos de los W-Devices que transmiten uno tras otro según un esquema fijo acordado.

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

Seguridad IO-Link

IO-Link Safety es una extensión de IO-Link que proporciona una capa de comunicación de seguridad adicional en las capas de maestro y dispositivo existentes, que así se convierten en el "maestro FS" y el "dispositivo FS". También se habla del principio del Canal Negro. El concepto ha sido probado por TÜV SÜD .

IO-Link Safety también ha ampliado los elementos de conmutación de salida OSSD (Dispositivo de señal de conmutación de salida) comúnmente utilizados para la seguridad funcional en un dispositivo de protección sin contacto como una cortina de luz a OSSDe. Al igual que el 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 deben observar las normas de seguridad de IEC 61508 y/o ISO 13849 .

El estándar internacional IO-Link (IEC 61131-9) permite el diagnóstico centralizado de fallos y la localización hasta el nivel del actuador/sensor. Además de los valores de proceso, se intercambian otras informaciones, como parámetros o mensajes de diagnóstico. Los dispositivos IO-Link pueden incluso adaptarse a las respectivas necesidades de producción a través del sistema de control durante el funcionamiento.

 

Ventajas de IO-Link

IO-Link es una interfaz estandarizada internacionalmente e independiente del fabricante. El estándar abierto (IEC 61131-9) es compatible con todos los buses de campo comunes cuando se implementa con una puerta de enlace.

Costos reducidos relacionados con la máquina.

Un cable estándar económico establece una conexión de hasta 20 metros de longitud entre el maestro IO-Link y el dispositivo IO-Link. Se reduce significativamente la variedad de interfaces, así como los costes de desarrollo y montaje. La interoperabilidad también garantiza un alto nivel de protección de la inversión.

Alta disponibilidad de la máquina.

El tiempo de inactividad se reduce porque cuando se reemplaza un dispositivo IO-Link defectuoso, el sistema maestro o de control IO-Link transfiere automáticamente sus parámetros al nuevo sensor. Esto permite que incluso personal no capacitado pueda reemplazar el dispositivo sin causar errores.

Operación eficiente.

Los dispositivos IO-Link se pueden colocar directamente en la máquina, ya que no es necesario que sean accesibles para la parametrización. Los conjuntos de parámetros se pueden cambiar rápidamente a través de la interfaz IO-Link en diferentes condiciones de producción durante el funcionamiento, por ejemplo, para cambiar umbrales o sensibilidad.

 

Mantenimiento orientado a la demanda.

Los datos de diagnóstico continuos de todo el proceso pueden prolongar los intervalos de mantenimiento, ya que las instalaciones y las máquinas necesitan ser mantenidas con mucha menos frecuencia, por ejemplo mediante reajuste automático a través de IO-Link. El mantenimiento predictivo también es posible. Esto se debe a que los datos de diagnóstico se transportan de forma transparente al sistema de control y a la nube a través de OPC UA.

La conexión entre el maestro IO-Link y el dispositivo se establece a través de un cable de 3 hilos no apantallado de hasta 20m de largo. El cableado está estandarizado en base a conectores M5, M8 o M12. La gran mayoría de los dispositivos IO-Link están equipados con conectores M12 que se pueden usar sin restricciones para el modo de conmutación y el modo de comunicación de IO-Link. Cada puerto de un maestro IO-Link es capaz de procesar señales de conmutación binarias y valores analógicos (por ejemplo, 8 bits, 12 bits, 16 bits), realizándose la comunicación serie IO-Link a través del mismo puerto. Un cableado sencillo, la configuración automática de parámetros y el diagnóstico extendido son sólo algunas de las ventajas de IO-Link. IO-Link y los datos transmitidos por él, a menudo se usan para mantenimiento preventivo y correctivo, (p. ej., es posible configurar un sensor óptico para que informe a través de IO-Link a tiempo si amenaza con fallar por suciedad, o puede controlarse si un dispositivo está en algún modo de error y conocer el fallo remotamente). Los parámetros de los sensores y actuadores son específicos para cada dispositivo y la tecnología empleada, razón por la cual los fabricantes facilitan esta información mediante un archivo denominado IODD (“IO Device Description” o Descripción del dispositivo IO) escrito en lenguaje XML. La comunidad IO-Link proporciona interfaces a un "Buscador IODD” que puede ser utilizado por las herramientas de ingeniería o maestros IO-Link para obtener el archivo IODD apropiado de un dispositivo concreto. Asignación de terminales en un dispositivo IO-Link Página 3 de 6 Interfaz IO-Link El archivo de descripción del dispositivo IO-Link (IODD) contiene información sobre el fabricante, el número de artículo, la funcionalidad, etc. que el usuario puede leer y procesar fácilmente. Cada dispositivo se puede identificar inequívocamente a través de su IODD, así como a través de una ID interna de dispositivo. La estructura del archivo IODD es la misma para todos los dispositivos de todos los fabricantes, y siempre está representada de la misma manera por las herramientas de configuración IO-Link del maestro O-Link empleado que suministra su fabricante. Esto asegura el mismo manejo para todos los dispositivos IO-Link, independientemente de su marca. Para dispositivos que admiten funcionalidades V1.0 y V1.1, se proporcionan dos versiones diferentes de archivo IODD.