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

作者：Michael Jackson和Chris Stelmar

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(jì)與網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（傳感器/執(zhí)行器）。下一步是設(shè)計(jì)IO-Link主站，將這些設(shè)備與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)（或現(xiàn)場(chǎng)總線）連接起來(lái)，把工廠車間的過(guò)程數(shù)據(jù)傳輸到可編程邏輯控制器(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(jì)進(jìn)展，該主站可支持智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備使用較為熱門的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行通信。如果您還未閱讀本系列的上一篇博文，請(qǐng)點(diǎn)擊此處。

圖1. IO-Link從站通過(guò)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(guò)程值并將其聚合，然后傳輸?shù)礁呒?jí)別的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，而IO-Link執(zhí)行器則以相反的方向傳輸過(guò)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(jì)多個(gè)收發(fā)器。因此，選擇IO-Link主站收發(fā)器時(shí)要考慮的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)包括：

• 通道數(shù)
• 可配置性
• 保護(hù)
• 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(jìn)制輸入標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試規(guī)范。該器件還包括兩個(gè)輔助數(shù)字輸入(DI)通道，同時(shí)為了簡(jiǎn)化微控制器選擇，它還具有帶UART和FIFO的幀處理器，用于對(duì)所有M序列幀類型進(jìn)行時(shí)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(gè)低功耗傳感器電源控制器，以提供高級(jí)限流、反向電流阻斷和極性反接保護(hù)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(tái)第二代(RPG2)網(wǎng)絡(luò)接口（圖3）是一種經(jīng)過(guò)預(yù)先測(cè)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(tái)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(shí)時(shí)(RT)和同步實(shí)時(shí)(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(guò)全面測(cè)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?fù)?/a>中運(yùn)行而設(shè)計(jì)，包括通信控制器、雙端口10/100Mbps以太網(wǎng)交換芯片、存儲(chǔ)器和物理層(PHY)收發(fā)器。ADIN2299硬件與其軟件和預(yù)先認(rèn)證的工業(yè)協(xié)議相結(jié)合，不僅提供多個(gè)協(xié)議棧，還提供RTOS、文件系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序和TCP/IP，從而縮短設(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)間。

IO-Link主站中的MCU可以通過(guò)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(tái)，而平臺(tái)軟件為MCU提供了一個(gè)支持工業(yè)協(xié)議的統(tǒng)一接口，因此無(wú)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(kāi)發(fā)時(shí)間。安全性是ADIN2299的另一個(gè)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(guò)驗(yàn)證的代碼，從而可以降低由網(wǎng)絡(luò)攻擊造成的現(xiàn)場(chǎng)中斷風(fēng)險(xiǎn)。圖4為完整IO-Link主站設(shè)計(jì)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(jì)框圖和推薦產(chǎn)品解決方案

將ADIN2299集成到IO-Link主站設(shè)計(jì)之前，可以使用ADI公司的EV-RPG2評(píng)估套件驗(yàn)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(píng)估EtherCAT、EtherNet/IP、Profinet、Powerlink和Modbus工業(yè)協(xié)議。