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IO-Link收发器实现更高效率

作者:RüdigerSenghaas ChristianSchmitz PatrickKrüger时间:2013-02-27来源:电子产品世界

  用于连接和激发器的IC组合件

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/142444.htm

  摘要-到目前为止,工业自动化技术中的和执行器都通过接通的24V或标准模拟信号与控制系统连接。在这方面提供了能够明显提高效率节省空间的解决方案——例如收发器E981.10。有了这套系统的帮助,只要用一根三芯连接线便可实现数字解码进行工艺数据、参数和诊断数据的传输,其传输速度可达230.4 kbit/s。

  (图1)与传统的现场总线系统的总线连接正相反,其采用平行布线,可通过最长20m的线路实现最高230.4 kbit/s的数据传输率。信号传输通过24V的脉冲调制过程以及标准UART协议实现。

  使用标准化非屏蔽三芯连接线(M12、M8、M5),这种线也可用于连接传统的标准I/O/执行器。它不仅可以减少额外的布线成本,而且可以保护现有的资源和设施。

  IO-Link的另一个优点:由于减少了模拟测量值的传输,该技术避免了使用昂贵的屏蔽线。双向IO-Link通讯可以把上一级自动化系统的参数和配置数据写入/执行器,同时也可以从/执行器中读出工艺参数和诊断数据。

  此外IO-Link还可以通过使用传统标准I/O的双重转换状态控制通讯。这种新的通讯标准可毫无限制的向下兼容,而且可以与不兼容IO-Link的设备自由连接。

  由于是开放性标准,IO-Link可以集成所有常用自动化和现场总线系统,从而最大程度为客户提供在选择生产厂商方面的灵活性。目前IO-Link已经成功的集成在了Profibus、Profinet、Interbus、ASi 和EtherCAT中,并且很快就能在ODVA中实现。

  通过方案集成,分立的解决方案可以互相交换

  为了保证IO-Link设计说明中规定的要求,例如过电流和过电压保护,到目前为止市面上有的IO-Link设备大部分在连接线路上仍然要使用大量零部件,例如晶体管、二极管以及其他被动组合件,只有这样才能建立连接线路的界面并且满足IO-Link设计说明。如此一来最大的问题是能否与控制器同时使用,因为相对应的电气连接只能以IO-Link的设计说明为导向。

  IO-Link收发器E981.10给出了最优的解决办法(图2),它是一种高度集成的芯片用于/执行器的连接。这款组件与目前的标准I/O应用向下兼容,符合所有相关标准的要求,其特点是宽输入电压范围,从8至36V,驱动器功率可达200mA,并且集成唤醒识别功能,其数据传输速度可达230 kbit/s。驱动器的输出功能可选择为低边、高边端以及推挽输出。此外具有防反接、短路、过电流以及过温保护功能,确保系统的安全工作。

  由于E981.10内部配备有5V电压调节器和3.3/5V兼容性数字界面,因此它可以与许多常用微型控制器组合使用,例如NEC欧洲电子公司的78K-MCU,在这种情况下后者用于实现协议。该组合件可在+150 °C的芯片温度下使用,装在4mmX4mm的小型QFN外壳中,从而适用于紧凑型和激发器。

  E981.10的多样化功能在实际应用中非常实用,特别表现在内置的唤醒识别等。

  一般来说,一套IO-Link系统包括一个IO-Link主站和一个或多个IO-Link设备,即和激发器。IO-Link主站提供连接叠加控制系统(SPS)的界面,并且控制与所连接的IO-Link设备之间的通讯。

  由于受到IO-Link组件对于上级控制系统的标准I/O接口的向下兼容性的限制,IO-Link和激发器首先表现为标准I/O设备。但是IO-Link主站能够识别网络中可以与IO-Link兼容的设备,并且切换至IO-Link通讯模式. 这点通过所谓的唤醒信号实现。唤醒过程中,在标准I/O模式下位于线路上的信号通过主站使用一个典型80μs的短脉冲覆盖。在这里线路可根据输出信号表现出高峰或低峰。

  关于唤醒结果的信息针对软件包括两位:一位针对驱动器峰值(TXD),一位针对接收峰值(RXD)。一般来说在所使用的微型控制器上两个I/O接口的组合连接导致干扰生成是不存在的。通过E981.10对唤醒过程的支持降低了对软件的要求,否则必须通过发出和接收信号的对比监控通讯线路。通过收发器处理的双向唤醒信号可。  

  
 

  消除干扰,从而减轻微型控制器的负荷。E981.10高功能范围的另一个例子是对于由线路短路或超电流而导致的错误状态发出信号(ILIM信号)。控制软件可以通过识别错误智能化的做出反应,并解除功能驱动器的运行。通过对线路超电流间隔较长时间的检查可以减少损失功率。

  成功通过认证测试和EMV测试

  E981.10的开发工作现在已经在著名的测试和认证单位FTZ茨维考完成了资质认证和紧接着的EMV测试。如果需要可提供FTZ茨维考的公共检测报告,报告说明在达到230.4 kbit/s的数据传输率时遵守了EMV极限值。

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关键词: ELMOS 传感器 IO-Link

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