IO-Link帶來無盡可能

　　作為智能傳感器技術(shù)的專家，圖爾克為機(jī)器帶來了智能，從而創(chuàng)造了與工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)系。在接受elektroAutomation雜志Andreas Gees的采訪時(shí)，圖爾克的產(chǎn)品營銷經(jīng)理Sai Seidel-Sridhavan和工廠自動化系統(tǒng)產(chǎn)品管理總監(jiān)Aurel Buda討論了IO-Link作為產(chǎn)品組合的基礎(chǔ)技術(shù)所扮演的角色并展望了該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

　　“我們的客戶最終會在圖爾克找到完整的IO-Link產(chǎn)品組合，包括從傳感器到RFID讀寫設(shè)備、電源模塊和燈、直到用于I/O系統(tǒng)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(chǎn)品?！?/p>

　　Aurel Buda | 工廠自動化系統(tǒng)產(chǎn)品管理總監(jiān)

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

　　Seidel-Sridhavan：作為IO-Link社區(qū)的創(chuàng)始成員，我們始終致力于與客戶合作，實(shí)現(xiàn)控制層級與機(jī)器最后一米的數(shù)字化通信。當(dāng)初，我們投資了一項(xiàng)尚無法預(yù)見其發(fā)展前景的技術(shù)。如今，IO-Link已成為我們公司戰(zhàn)略的重要組成。我們?yōu)楣S自動化開發(fā)的每個(gè)傳感器和通信產(chǎn)品都至少有一個(gè)IO-Link版本。選擇IO-Link通常是一項(xiàng)戰(zhàn)略決定，且IO-Link設(shè)備都最先發(fā)布。除了用于RFID外，IO-Link還是我們面向機(jī)器數(shù)字化數(shù)據(jù)及其自動化應(yīng)用的兩項(xiàng)核心技術(shù)之一。IO-Link首先是傳感器與控制器之間的接口，但也可為實(shí)施IIoT概念奠定基礎(chǔ)。

　　Buda：圖爾克不僅生產(chǎn)眾多用于控制任務(wù)或過程監(jiān)測的傳感器，還生產(chǎn)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(chǎn)品組合，包括從傳感器到RFID讀寫設(shè)備、電源模塊和燈、直到用于I/O系統(tǒng)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(chǎn)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(shù)。我們將IO-Link視為控制與IIoT領(lǐng)域之間的接口，因此我們也大量參與到狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域。

　　IO-Link最初存在用戶接受問題。但現(xiàn)在這種情況已經(jīng)發(fā)生改變。圖爾克為什么開發(fā)如此廣泛的IO-Link設(shè)備組合?

　　Buda：對于圖爾克來說，甚至將機(jī)器上的簡單開關(guān)高效聯(lián)網(wǎng)從而實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場層級的雙向通信也是重要的應(yīng)用案例。IO-Link是一種不受現(xiàn)場總線限制的開放協(xié)議。我們主站的以太網(wǎng)多協(xié)議策略也支持這一技術(shù)。我們的傳感器包括從簡單的接近開關(guān)到能夠提供運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境條件相關(guān)信息的復(fù)雜設(shè)備。例如，我們的雷達(dá)傳感器支持進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)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(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)，并支持使用其他制造商的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行器解決方案。因此，我們已經(jīng)針對IO設(shè)備側(cè)的執(zhí)行器技術(shù)做好了準(zhǔn)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(guān)閥門。

　　Seidel-Sridhavan：隨著支持IO-Link的執(zhí)行器的可用性日益提高，許多設(shè)備制造商自己也發(fā)現(xiàn)了這種接口。最初，狀態(tài)監(jiān)測和IIoT領(lǐng)域?qū)Υ水a(chǎn)生了關(guān)注，但是生態(tài)系統(tǒng)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(tài)問題。很明顯，IO-Link不僅僅與傳感器、I/O和控制器相關(guān)。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(dāng)市場上出現(xiàn)首個(gè)面向IIoT的概念時(shí)，IO-Link贏得了認(rèn)可。過去，用戶使用IO-Link來配置傳感器。

　　Buda：IIoT、狀態(tài)監(jiān)測、預(yù)見性維護(hù)、過程優(yōu)化和資產(chǎn)管理都促進(jìn)了對IO-Link的接受。我們始終認(rèn)為IO-Link也是一種高性價(jià)比的基礎(chǔ)設(shè)施。IO-Link使用低成本的標(biāo)準(zhǔn)電纜進(jìn)行通信。盡管閥島或集線器也可使用工業(yè)以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，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(shù)據(jù)的傳輸最終將構(gòu)成數(shù)字孿生和資產(chǎn)管理的基礎(chǔ)。

　　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(yùn)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(shù)據(jù)，直接在Profinet控制器上實(shí)施IO-Link配置。這意味著用戶也可以使用其在控制器領(lǐng)域使用的相同工程系統(tǒng)來配置其組件。我們還在我們組件的網(wǎng)頁服務(wù)器上集成了一種工具，允許訪問市面上幾乎所有IO-Link設(shè)備的全球數(shù)據(jù)庫IODD Finder。然后，IO-Link設(shè)備描述就可以通過自動化接口用于工程系統(tǒng)或配置系統(tǒng)。

　　Buda：我們基于網(wǎng)頁的配置工具采用相同的接口來自動加載網(wǎng)絡(luò)上的IODD。該工具不僅適合進(jìn)行配置，還適合進(jìn)行最初的調(diào)試。例如，這同樣適用于RFID讀寫設(shè)備，其通過IO-Link進(jìn)行配置非常簡單。又如，我們也可以編程網(wǎng)頁應(yīng)用程序，方便傳感器的校準(zhǔn)。我們已經(jīng)在我們的雷達(dá)傳感器上實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)，另外還有我們的振動傳感器，我們在不斷擴(kuò)大這一范圍。IO-Link配置文件也可定義單個(gè)設(shè)備或類別的標(biāo)準(zhǔn)行為。目前，已經(jīng)有一些RFID設(shè)備的配置文件。這意味著相同類型的設(shè)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(tài)監(jiān)測和預(yù)見性維護(hù)等商業(yè)模式的重要性如何?

　　Seidel-Sridhavan：經(jīng)典的自動化結(jié)構(gòu)提供了與PLC的連接。例如，可以將數(shù)據(jù)從PLC傳輸?shù)組ES系統(tǒng)。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(shù)據(jù)。這使得狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)能夠在工廠的生命周期內(nèi)根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)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(tài)監(jiān)測可以使用我們的邊緣網(wǎng)關(guān)或合適的云服務(wù)來實(shí)施。我們的分布式自動化理念不僅包括控制柜外的IP67防護(hù)等級組件，還包括直接在機(jī)器上進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)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(yè)標(biāo)準(zhǔn)保持開放，以便與IT領(lǐng)域進(jìn)行通信。

　　智能軟件功能簡化了圖爾克IO-Link設(shè)備的工程設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)

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　　Buda：當(dāng)IIoT和工業(yè)4.0話題出現(xiàn)時(shí)，有很多人談?wù)摯髷?shù)據(jù)以便后續(xù)開展機(jī)器學(xué)習(xí)項(xiàng)目。然而，大量的數(shù)據(jù)也產(chǎn)生了大量的流量，需要用到大量的帶寬和內(nèi)存。如今，通常只會傳輸智能數(shù)據(jù)。這既可以是對數(shù)據(jù)或其變化的評估，也可以是數(shù)據(jù)的聚合或?qū)Σ煌瑐鞲衅鲾?shù)值的相關(guān)性的評估。此外，還有延遲方面的問題。當(dāng)在分布式邊緣控制器上直接做出決策時(shí)，可以確?？焖夙憫?yīng)。

　　因此IO-Link作為數(shù)字化服務(wù)的基礎(chǔ)是否是理想的技術(shù)?

　　Buda：我們的邊緣控制器為使用邏輯進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)可視化或使用OPC UA等協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)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(yīng)用工程師和銷售團(tuán)隊(duì)會與客戶就任務(wù)進(jìn)行討論，并制定概念驗(yàn)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(tǒng)的對接。我們還與編程交鑰匙應(yīng)用的系統(tǒng)集成商合作。我們的設(shè)備可與任何系統(tǒng)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(wù)。我們的目標(biāo)群體是對數(shù)字化服務(wù)不甚熟悉的機(jī)器制造商。他們從遠(yuǎn)程訪問開始，可以使用我們的云服務(wù)來可視化、保存和分析所有的數(shù)據(jù)，最終打造可以靈活調(diào)整的交鑰匙解決方案。

　　目前，IO-Link+或單對以太網(wǎng)(SPE)IO-Link是一個(gè)熱門話題。你們?nèi)绾卧u價(jià)其最新開發(fā)成果?

　　Buda：單對以太網(wǎng)(SPE)來自汽車行業(yè)，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(yè)的傳輸長度和數(shù)據(jù)速率的標(biāo)準(zhǔn)。在IO-Link社區(qū)，我們也密切關(guān)注這些開發(fā)成果，并將長距離的10 Mbit技術(shù)定義為IO-Link+。盡管這是一種不同的傳輸介質(zhì)，但我們希望保持IO-Link的優(yōu)勢。我們不想與Profinet、Ethernet IP或其他以太網(wǎng)協(xié)議競爭。IO-Link+更加面向我們?nèi)缃駸o法服務(wù)的設(shè)備類別。而IO-Link僅限于主站與設(shè)備之間20 m以內(nèi)的應(yīng)用，且數(shù)據(jù)傳輸速率也低于1 Mbit。隨著IIoT概念的出現(xiàn)，通常需要更大的數(shù)據(jù)流。在這方面，IO-Link+為傳輸數(shù)據(jù)至0區(qū)和1區(qū)奠定了基礎(chǔ)。然而，IO-Link仍將始終是點(diǎn)對點(diǎn)連接。

　　SPE和Profinet等協(xié)議很可能會替代IO-Link。它們之間有什么區(qū)別?相應(yīng)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(yīng)該以與IO-Link相當(dāng)?shù)某杀緦?shí)現(xiàn)傳感器的連接。然而，就目前的估計(jì)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(qū)，非屏蔽兩線制電纜尤其被視為是一項(xiàng)成本優(yōu)勢。因此，SPE不可能像IO-Link一樣進(jìn)行可靠的通信。它們在設(shè)備側(cè)也存在差異。有些復(fù)雜的傳感器的通信接口并不在總成本中占很大比例。SPE應(yīng)該能在這些領(lǐng)域得到快速應(yīng)用。對于簡單的傳感器來說，IO-Link仍將被稱作是不受現(xiàn)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(shù)據(jù)，直接在Profinet控制器上實(shí)施IO-Link配置。這意味著用戶也可以使用其在控制器領(lǐng)域使用的相同工程系統(tǒng)來配置其組件?！?/p>

　　Sai Seidel-Sridhavan | 產(chǎn)品營銷經(jīng)理

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　　“SPE不會成為IO-Link的替代品，而是會成為它的補(bǔ)充?！盇urel Buda和Sai Seidel-Sridhavan認(rèn)為SPE將作為當(dāng)今技術(shù)的補(bǔ)充找到自己的定位。

　　如今，IO-Link主站有4個(gè)或8個(gè)IO-Link端口，因此可通過一個(gè)連接將最多8個(gè)設(shè)備連接到控制器。而如果通過SPE連接8個(gè)傳感器，則需管理8個(gè)不同的控制連接。這會占用帶寬，并且同樣會導(dǎo)致需要額外的協(xié)議成本。由于必須在控制器中設(shè)置和管理每個(gè)通信鏈路，這還需要內(nèi)存和計(jì)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(bǔ)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(xiàn)場設(shè)備以及其他以太網(wǎng)協(xié)議也是如此。我們認(rèn)為，SPE將作為當(dāng)今技術(shù)的補(bǔ)充找到自己的定位。

　　Seidel-Sridhavan：IO-Link技術(shù)在開辟新業(yè)務(wù)方面也有相當(dāng)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(shù)據(jù)傳輸速率的設(shè)備上。因此，我們在IO-Link社區(qū)密切關(guān)注可以實(shí)用地采用這種技術(shù)的領(lǐng)域，以避免之前還能使用IO-Link傳輸完美數(shù)據(jù)的流體傳感器未來突然只能采用IO-Link+來開發(fā)的窘境。社區(qū)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(gè)話題是IO-Link Safety。圖爾克作為安全供應(yīng)商如何看待這一技術(shù)?

　　Buda：我們正在密切關(guān)注市場。圖爾克提供了各種安全產(chǎn)品，尤其是在IP67領(lǐng)域——Profisafe和混合型設(shè)備結(jié)合了安全通道和IO-Link技術(shù)，并集成了關(guān)機(jī)功能，可用于安全關(guān)閉執(zhí)行器。然而，這并不符合IO-Link安全協(xié)議。這類技術(shù)很有趣，并會進(jìn)一步推動IO-Link發(fā)展。目前，我們正在關(guān)注這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)如何形成。首個(gè)版本的IO-Link Safety標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)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(dāng)該規(guī)范準(zhǔn)備就緒后，人們開發(fā)了相關(guān)的測試概念，作為開發(fā)設(shè)備的基礎(chǔ)。我們也將IO-Link Safety視為一種有趣的方法，因?yàn)榘踩I(lǐng)域尤其具有采用專有傳感器和執(zhí)行器系統(tǒng)的特點(diǎn)。IO-Link Safety是首個(gè)較低層級的協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)。這會給我們帶來一個(gè)包含不同制造商安全開關(guān)和傳感器的混合區(qū)域，并可連接不同制造的主站。

　　Seidel-Sridhavan：近年來，大多數(shù)制造商都開發(fā)了將IO-Link與Profisafe連接的安全領(lǐng)域設(shè)備。由于存在2個(gè)概念，IO-Link社區(qū)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(zhí)行器制造商而言，專注于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)很重要。例如，門聯(lián)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(lǐng)域帶來顯著優(yōu)勢。

　　作者 | Andreas Gees，elektroAutomation雜志的編輯

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