ADI公司如何讓IO-LINK和工業(yè)以太網(wǎng)在智能工廠車間通信

本系列的第二篇博文介紹了如何使用IO-Link^?從站收發(fā)器設(shè)計與網(wǎng)絡(luò)無關(guān)的工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備（傳感器/執(zhí)行器）。下一步是設(shè)計IO-Link主站，將這些設(shè)備與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)（或現(xiàn)場總線）連接起來，把工廠車間的過程數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇删幊踢壿嬁刂破?PLC)，如圖1所示。這篇博文探討了ADI公司的工業(yè)通信解決方案，這些解決方案可以加速靈活I(lǐng)O-Link主站的設(shè)計進展，該主站可支持智能現(xiàn)場設(shè)備使用較為熱門的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議進行通信。

圖1 IO-Link從站通過IO-Link主站連接到工業(yè)以太網(wǎng)

選擇靈活的IO-LINK主站收發(fā)器

IO-Link主站接收傳感器的過程值并將其聚合，然后傳輸?shù)礁呒墑e的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，而IO-Link執(zhí)行器則以相反的方向傳輸過程值。IO-Link主站可以支持的從站數(shù)量取決于可用端口的數(shù)量，這意味著IO-Link主站可能需要設(shè)計多個收發(fā)器。因此，選擇IO-Link主站收發(fā)器時要考慮的關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)包括：

■   通道數(shù)

■   可配置性

■   保護

■   易于集成

ADI公司的MAX14819在所有這些方面都表現(xiàn)出色。這款低功耗雙通道IO-Link主站收發(fā)器完全符合新發(fā)布的IO-Link和二進制輸入標準及測試規(guī)范。該器件還包括兩個輔助數(shù)字輸入(DI)通道，同時為了簡化微控制器選擇，它還 具有帶UART和FIFO的幀處理器，用于對所有M序列幀類型進行時間關(guān)鍵控制。為了在工業(yè)環(huán)境中提供高穩(wěn)健性，MAX14819集成了兩個低功耗傳感器電源控制器，以提供高級限流、反向電流阻斷和極性反接保護功能。圖2顯示了MAX14819如何連接到IO-Link主站中的微控制器單元(MCU)（圖中還包含輔助電源和隔離IC）。

圖2 MAX14819主站收發(fā)器的典型（單通道）應(yīng)用電路

選擇靈活的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)接口

ADI公司的ADIN2299 RapID平臺第二代(RPG2)網(wǎng)絡(luò)接口（圖3）是一種經(jīng)過預(yù)先測試的完整解決方案，可用于管理工業(yè)網(wǎng)絡(luò)流量。該平臺包含IO-Link主站參與任何廣泛使用的工業(yè)以太網(wǎng)所需的一切，包括：

■   EtherCAT；

■   PROFINET^?實時(RT)和同步實時(IRT)；

■   EtherNet/IP；

除了工業(yè)以太網(wǎng)外，ADIN2299還支持Powerlink和Modbus工業(yè)通信協(xié)議。

圖3 ADIN2299 RPG2網(wǎng)絡(luò)接口的功能框圖

這種高度集成且經(jīng)過全面測試的解決方案專為在星形、線形或環(huán)形工業(yè)網(wǎng)絡(luò)拓撲中運行而設(shè)計，包括通信控制器、雙端口10/100Mbps以太網(wǎng)交換芯片、存儲器和物理層(PHY)收發(fā)器。ADIN2299硬件與其軟件和預(yù)先認證的工業(yè)協(xié)議相結(jié)合，不僅提供多個協(xié)議棧，還提供RTOS、文件系統(tǒng)、驅(qū)動程序和TCP/IP，從而縮短設(shè)計和調(diào)試時間。

IO-Link主站中的MCU可以通過SPI接口（還提供了以太網(wǎng)和UART接口）輕松連接到該交換平臺，而平臺軟件為MCU提供了一個支持工業(yè)協(xié)議的統(tǒng)一接口，因此無需更改其自身的固件。這就消除了與增加額外協(xié)議相關(guān)的學(xué)習(xí)曲線，從而可以縮短開發(fā)時間。安全性是ADIN2299的另一個關(guān)鍵特性。該器件具有安全引導(dǎo)和安全更新功能，可確保僅執(zhí)行經(jīng)過驗證的代碼，從而可以降低由網(wǎng)絡(luò)攻擊造成的現(xiàn)場中斷風(fēng)險。圖4為完整IO-Link主站設(shè)計的框圖和ADI公司推薦的解決方案列表。

圖4 IO-Link主站設(shè)計框圖和推薦產(chǎn)品解決方案

將ADIN2299集成到IO-Link主站設(shè)計之前，可以使用ADI公司的EV-RPG2評估套件驗證從MCU到PLC（或基于PC的工具）的通信路徑。該套件的定制版本可用于評估EtherCAT、EtherNet/IP、Profinet、Powerlink和Modbus工業(yè)協(xié)議。