IO-Link与IO-Link Wireless的特点及比较

为您介绍IO-Link和IO-Link Wireless，这两项技术是推进制造现场数据化和智能化的核心。 通过数据化网络将制造现场的传感器和执行器进行串联，从而实现数据采集、诊断和参数设定。例如，远程监控压力传感器的测量、利用振动传感器对设备的预防性维护、根据制造条件进行自动设定等，这些以往的难题都可以被克服。
为您详细介绍基本特点、引进后的益处和技术规格。

IO-Link是什么？

IO-Link是一种工业通信技术，它是用于将传感器和执行器连接至更高等级系统(可编程逻辑控制器，例如PLC)的开放式标准化协议。这项技术是2006年开发的，并于2013年被归为国际标准IEC61131-9。

通过使用IO-Link ，可实现从最底层传感器到最高信息网络层之间的无缝通信，从而推进整个工厂的数字化和高效化。

IO-Link在工业网络中的定位

工业网络通常分为五个层面：

层面	内容
信息网络层面	从最高层面管理整个工厂和整个企业的信息。关键系统(如ERP和MES)主要用于标准以太网。
控制网络层面	负责工厂内各生产线和设备的全面控制与监控。包括SCADA（监控控制系统），很多人使用工业以太网协议(例如EtherNet/IP、PROFINET)。
控制器级的层面	负责操控独立生产设备、机械的PLC和分散控制系统(DCS)。需要快速、可靠的通信，并且使用EtherCAT或CC-Link IE等工业实时以太网。
设备级层面	配置实际控制元件的装置(如执行器和I/O设备)。尽管许多现场总线在使用PROFIBUS、DeviceNet和CC-Link，但近年来工业以太网的采用也在稳步增长。
传感器液位层面	负责连接底层的各种传感器和开关等。IO-Link起着至关重要的作用。

IO-Link是主要在传感器级层上使用的通信标准。IO-Link使用直接连接传感器和执行器和IO-Link主站的点对点通信，使得各设备可单独收发数据。

基本特点

从以下方面介绍IO-Link的基本特性：连接方式、双向通信、简易设置和维护。

连接方式

IO-Link是简单的通信方式，通过一对一、点对点连接传感器和执行器与高位控制元件。通常使用3线非屏蔽电缆(Class A(Port Class A)标准)或5线屏蔽电缆(Class B(Port Class B)标准)，可轻松连接与以往的传感器配线相同的电缆。"通信距离最长可达20米，适用于工厂生产线等工业用途。

双向通信

支持双向通信，可同时进行控制器到设备的控制指令以及设备到控制器的反馈。可从传感器和执行器获取过程数据、参数信息和诊断信息。

简易设定和保养

IO-Link主站可自动存储设备参数设定，因此更换设备时可将设定传输至新设备。如果设备发生故障，设置会自动传输到新设备，无需手动重新配置。简化了以往需要熟练工作人员的维护工作。

优势

了解工业用现场设备数字化的具体优势，包括减少配线工作量、提高诊断能力和各种设备的兼容性。

减少配线工作量

以往的传感器和执行器需要多条配线，如电源线、信号线、模拟输出线等，而IO-Link仅需使用3线式标准非屏蔽电缆，因此减少了配线作业时间。不仅可以降低工厂的设备投资的初始成本，还可降低配线故障等维护成本，还能增强控制面板的紧凑化。

诊断功能增强

IO-Link设备能够监控详细的诊断信息，如设备工作状态、内部温度和正常运行时间等，帮助您提前发现故障。可通过IO-Link主站掌握设备本身的错误内容，因而可通过网络实施装置的远程诊断。传感器级的网络化，可提高远程诊断的分辨率，有助于减少停机时间。

各设备的兼容性

IO-Link标准化为国际标准(IEC 61131-9)，与世界各地的制造商设备兼容。用户可以根据用途或预算自由选择设备，并且可以在不依赖于特定制造商的情况下构建系统。在多数情况下，可将新设备直接添加到现有设施中。

CKD的IO-Link对应产品

从流量、压力传感器到精密测量和工艺管理，CKD都可以为您提供支持。

层面	内容
水用流量传感器 “WFK2系列”	・配备数字显示屏 ・流量调节简便
静电容式电磁流量传感器 “WFC系列”	・标配水温测量功能 ・采用直通结构，即使水质较差，也可使用
小型流量传感器・RAPIFLOWⓇ “FSM3系列”	・高精度•高响应 ・气体种类切换功能
数字显示式压力传感器 “PPX系列”	・紧凑型 ・可通过检测当前值，进行设定变更。
到位确认开关 “GPS3系列”	・数字显示使到位状态一目了然 ・高精度2点输出

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什么是IO-Link Wireless?

IO-Link Wireless最大的特点是工业专用无线通讯协议。与通常的无线通信标准不同，采用工厂环境下的使用为前提而设计，重视干扰耐久性和通信稳定性。

通过IO-Link Wireless，可将过去需要配线的工业用传感器和执行器连接到控制系统，无需配线。特别适用于机械手臂的前端部和旋转元件等配线困难的部位。

基本特点

从以下方面介绍IO-Link的基本特性：连接方式、双向通信、简易设置和维护。

高可靠性

IO-Link Wireless的可靠性非常高，1/10亿的通信错误率。采用摆动频率方式以防止无线电干扰，从而在避免与其他无线系统的干涉的同时保持稳定的通信。可实现工厂控制系统中无线通信，可实现与有线系统相当的稳定数据传输。

快速响应时间

IO-Link Wireless可提供近乎实时的现场数据，并且通信延迟仅为5毫秒。例如，生产线发生异常时，可及时检测并采取应对措施，将不良品的产生降至最低。

灵活连接

1个主站最多可连接16台设备，可通过循环通信定期发送数据。通过灵活的连接配置，可根据工厂生产线或设备状况来构建系统。

优势

IO-Link Wireless与传统的有线IO-Link相比具有许多优势。下面我们来了解一下其中的主要优势。

减少配线

与以往的有线连接相比，使用IO-Link Wireless时的配线大幅简化，安装作业更容易。还可降低配线和维护成本，在设备扩展和变更时提高灵活性。

可动部使用

在机械臂、旋转工作台、自动搬送装置(AGV)等移动元件中，由于电缆的弯曲所导致的断线。IO-Link Wireless为无线通信，无需与可动部位进行配线，可降低断线风险。

技术规格比较

关键部分的比较，包括IO-Link与IO-Link Wireless的连接、数据传输速率和通信方式。

IO-Link

连接方式

IO-Link连接方式采用简单且易于使用。设备和IO-Link主机需使用3线非屏蔽电缆(Class A(Port Class A)标准)或5线缆线(Class B(Port Class B)标准)连接。接插件可对应M5、M8、M12标准，但一般采用M12接插件。（M除了使用型接插件外，还可以使用推动端子等断线，在通信规格上也可使用）电缆最长可达20米，可用于工厂生产线等常规工业用途。

数据传输速度

IO-Link支持三种传输速度：COM1、COM2和COM3。
・COM1:4.8 Kbit/s(传输速度最快18ms)
・COM2:38.4 Kbit/s(传输速度最快2.3ms)
・COM3:230.4 Kbit/s(传输速度最快0.3ms)

这些传输速率根据所连接的设备的性能和用途进行选择。IO-Link主站会自动设定通信速度以匹配所连接设备的传输速度。

IO-Link Wireless

通信频率

IO-Link Wireless是一种使用2.4GHz ISM波段（工业和科学的医用波段）的无线通信标准。80个频道的频率以1MHz的间隔进行配置，设置其它的无线路系统之间的干扰降至最低。

连接方式

一个IO-Link Wireless主站最多可支持40台设备（传感器及执行器），可实现5毫秒的短响应时间实时通信。可支持电池驱动、能量收集传感器，并且能够在最小功耗下构建实时网络。

数据传输速度

基本的数据传输包括循环通信，以最短5毫秒的循环时间进行通信。这是满足工业应用所需的高速响应性的速度。

通信错误率

通信错误率实现了十亿分之一的极高可靠性。其性能远远低于一般的无有线通信标准LAN或Bluetooth（大约千分之一的错误率）。也可安心用于控制通信，而且可靠性与有线系统相当。

组件比较

IO-Link和IO-Link Wireless的组件（组件）构成，例如设备、电缆等，来比较这两种组件。

IO-Link

IO-Link设备

IO-Link元件包括传感器、执行器、开关、阀端子、RFID元件、信号灯。这些设备向IO-Link主站进行数字通信，使得过程数据（测量值或控制值）、参数数据（设定值）以及诊断数据（设备状态信息）。

IO-Link Wireless主站

IO-Link Wireless Master是无线IO-Link系统的核心重要部件。IO-Link Master是关键组件，用作IO-Link设备与高位通信系统(如PROFINET或EtherNet/IP)之间的枢纽。通常具有多个IO-Link端口，而且每个端口对应一个IO-Link设备。

3线电缆

用于连接IO-Link设备和主站的标准非屏蔽电缆。由3线构成，L+(24V电源)、L-(0V)、C/Q（通信／开关信号），通常采用M12接插件。

IODD文件

IODD文件(IO Device Description)是一种标准化的XML文件，也称为IO-Link设备的电子目录。此文件包含设备的详细信息，如设备标识（如制造商名称、产品ID和序列号）、通信参数、进程数据结构、诊断信息和参数设置范围。

IODD文件采用统一格式创建，因此，即使是不同制造商的设备，也可通过相同的工程工具进行配置和管理。

尤其是，设备更换时，使用存储在设备上的IODD文件中的信息，自动将参数传输到新设备，以实现快速设备恢复。

IO-Link配置工具

IO-Link配置工具是用于为IO-Link系统和设备进行项目工程和参数设置的软件工具。

主要功能包括：
・通信控制
・存储和自动传输设备参数
・与高位系统进行数据交换
・状态监视和诊断

IO-Link Wireless

IO-Link Wireless主站 

IO-Link Wireless Master是无线IO-Link系统的核心重要部件。管理传感器和执行器等无线设备与高位控制系统(PLC等)之间的通信。它还与传统的有线IO-Link系统兼容，因此可以继续使用现有的IO-Link配置工具和IODD文件。

无线设备

IO-Link Wireless对应无线元件包括传感器、执行器和阀。这些设备与IO-Link Wireless主机进行无线通信，实时交换过程数据、参数数据、诊断信息等。

通信频道

IO-Link Wireless使用2.4GHz的ISM波段（工业和科学医疗器段），以1MHz的间隔设置80个通信频道。多路径通信技术将工厂内金属、墙壁等无线电波的反射和遮闭影响降到最低限度，从而实现了可靠的无线通信。（在完全被金属遮蔽的空间中，无线电波也会被遮蔽。）

其他、IODD文件和IO-Link Configuration Tool也会成为必需组件，但是这些组件与IO-Link一章中所述相同。

CKD的IO-Link Wireless对应产品

CKD作为控制元件的供应商，推出了支持IO-Link Wireless的产品。

系列	特点
IO-Link Wireless输入单元 “WD系列”	・数字16点输入的无线输入单元 ・利用IO-Link Wireless的特性，可在机械手和旋转工作台等可动部位进行使用 ・可通过IO-Link Wireless主机实现EtherNet/IP、PROFINET、EtherCAT等多种网络连接
IO-Link Wireless对应 电磁阀集成阀 “TVG系列”	・输出点数32点 ・支持可动部位安装。可追加机械手及旋转工作台等可动部的定位机构 ・耐久次数1.2亿次。IP65/67

有关CKD的IO-Link Wireless对应产品有任何疑问，请随时与我司联系。