IO-Link促进工业4.0的快速发展
随着工业4.0概念的推广，对于制造环境的智能化要求越来越高，IO-Link通信网络（IEC 61131-9）的出现，为智能工厂的发展铺平了道路，可用于直至执行器和传感器级别的双向点对点数据连接，从而实现数据预处理、传感器参数调整和先进的诊断。本文将为您介绍IO-Link技术的发展，以及由Arrow和意法半导体（ST）推出的IO-Link相关解决方案。
简化工业自动化的连接和管理难题
IO-Link是一种工业自动化领域中的通信协议，它用于连接和管理工厂设备中的传感器、执行器和控制器。IO-Link允许数据在传感器和控制器之间进行高速传输，同时可以通过IO-Link来配置传感器和执行器的参数，这样的特性使得设备的设置和更改变得非常简单和灵活。
IO-Link还可支持数字和模拟数据的传输，这意味着不仅可以传输开关状态等数字数据，还可以传输温度、压力等模拟数据，使其适用于各种不同的传感器和执行器。
IO-Link还可以实时监控传感器和执行器的状态，并提供详细的诊断信息。这有助于提高设备的可用性，并减少停工时间。一个IO-Link主站可以同时连接多个设备，从而节省连接成本，并简化系统架构。IO-Link是一个开放标准，支持多个供应商的设备，这意味着您可以在不同供应商之间进行选择，而无需担心兼容性问题。
IO-Link可广泛应用于自动化生产线中，用于连接和控制各种传感器，如光电传感器、压力传感器、流量计等，它使生产线更加灵活并且易于配置。IO-Link的诊断特性允许远程监控和诊断设备，这在远程位置的工厂或设备上非常有用，可以减少维护时间和成本。IO-Link还可以用于将传感器数据集成到物联网（IoT）应用中，有助于实现预测性维护和实时生产优化。
IO-Link技术适用于所有基于传感器的工厂应用，其中端点（例如传感器或阀门、电机启动器或RFID读取器）被要求成为最低层网络的一部分。信息被收集并提供给更高级别的现场总线，从而允许将这种基本的点对点通信从现场收集到智能工业环境中。
由于IO-Link具有上述所有特点，还包括可靠性以及热插拔和反极性等功能，并提供合理的成本（标准接口和替代并行布线），加上工业传感器是高价值和高成本的设备，因此，工业传感器和执行器的制造商，正在通过IO-Link功能来增强测量点，为生产线中的设备提供显着的附加价值。
满足IO-Link应用的完整解决方案
Arrow和ST针对IO-Link应用，提供了一系列解决方案，包括IO-Link收发器、STM32微控制器以及保护器件，以帮助满足IEC 6100对静电放电（ESD）、突发和浪涌抗扰度的要求，并提供一套硬件和软件评估工具来帮助满足实施高效的IO-Link网关。
首先在可编程逻辑控制（PLC）和人机界面（HMI）应用上，ST推出了新的SIL-2兼容演示――STEVAL-SILPLC01，其采用了即将于2024年推出的STM32MP2微处理器（MPU）。STEVAL-SILPC01是一款采用1oo2架构的PLC解决方案，具有CLT03-2Q3双通道数字输入和IPS160HF单通道数字输出。硬件设计符合SIL级别，其上一代采用STM32H723VG为核心，已通过TÜV Italia（TÜV SUD集团）的正式评估，符合SIL 2 / PL d要求，其随机故障率、系统能力（针对硬件）、符合IEC 61508、EN 62061、EN ISO 13849-1和EN ISO 13849-2标准的架构约束。
新版本则采用了STM32MP2 MPU，这是一款带有神经处理单元的工业级64位MPU，适用于需要高端多媒体功能的安全工业4.0和高级边缘计算应用，STM32MP25系列是STM32MP2系列中的第一个系列。这些MPU围绕运行频率高达1.5 GHz的单或双Arm® Cortex®-A35内核，以及运行频率高达400 MHz的单Arm® Cortex®-M33内核构建。
STM32MP25 MPU通过1.2 GHz的32位接口提供长期且成本优化的DRAM支持（DDR4和LPDDR4）。STM32MP25系列凭借高达1.35 TOPS的神经处理单元（NPU）和用于高级HMI的3D图形处理单元（GPU），在工业环境中实现边缘AI解决方案。
STM32MP25具有强大的稳健性，可支持10年100%运行时间，温度扩展至+125℃，具有完整的连接性，支持时间敏感网络（TSN），可提供最多3个千兆位以太网端口（带2端口交换机），以及PCIe Gen2、USB 3.0、3个CAN-FD接口。此外，STM32MP25还支持高端图形能力，具有1080p图形功能（3D GPU、H.264硬件视频编解码器），支持RGB、MIPI DSI和LVDS显示器，具有MIPI CSI-2相机接口与Lite-ISP，并具有强大的安全性，达到SESIP 3级认证，支持Cortex®-A和Cortex®-M上的TrustZone®，以及强大的硬件加密与安全供应生态系统，样品将于2023年底提供。
支持多协议的8端口IO-Link主站
通过ST与艾睿电子的联合实验室，艾睿电子的ARW-IOLM4P-STM32L4是IO-Link 4端口主控制器，支持多达16个不同的主收发器PHY，符合IO-Link V1.1.3和IEC 61131-9标准，并支持SPI接口，是基于STM32L4 MCU ARM低功耗系列，优点是易于使用，节省客户的开发时间，缩短上市时间。
通过艾睿电子与ST的联合实验室，ST也推出了基于STM32L431与AX58100和L6360（IO-Link Master PHY）的解决方案，这是8端口IO-Link主站，支持多协议的工业现场总线。
STM32L431xx器件是基于高性能Arm® Cortex®-M4 32位RISC内核的超低功耗微控制器，工作频率高达80 MHz。Cortex-M4内核具有单精度浮点单元（FPU），支持所有Arm®单精度数据处理指令和数据类型。它还实现了全套DSP指令和内存保护单元（MPU），从而增强了应用程序的安全性。
通过ST合作伙伴计划，该解决方案搭配了由ASIX推出的AX58100，这是一款2/3埠EtherCAT从站控制器（ESC），集成两个支持100Mbps全双工操作与HP Auto-MDIX功能的高速以太网PHY。AX58100支持CANopen（CoE）、TFTP（FoE）、VoE等标准EtherCAT协议，适用于工业自动化、电机控制、运动控制、机器人、数字信号I/O控制、模拟数字转换器（ADC）／数字模拟转换器（DAC）转换器控制、传感器数据采集等，为各种实时工控产品应用，提供了经济有效的解决方案。
L6360 IO-Link通信主收发器IC则是一款符合PHY2（3线）标准的单片IO-Link主端口，支持COM1（4.8 kbaud）、COM2（38.4 kbaud）和COM3（230.4 kbaud）模式。L6360支持18V至32.5V电源电压，支持高侧、低侧或推挽式（< 2 Ω）的可编程C/QO输出级，以及高达500 mA L+保护的高侧驱动器，附加IEC61131-2 Type 1输入，通过电流限制和可编程截止电流提供短路和过流输出保护，具有3.3V/5V、50mA线性稳压器，以及5 mA IO-Link数字输入，具有可用于IC控制、配置和诊断的快速模式I2C，以及诊断双LED序列发生器和驱动器，具有5 V和3.3 V兼容I/O，支持过压保护（> 36 V）、过温保护、静电放电保护，采用小型化VFQFPN 26L（3.5x1x1 mm）封装。
支持工业应用的多款IO-Link设备
ST还推出多款IO-Link设备，像是STSYS-ACCFA002是支持IO-Link至8通道数字输入，无需额外的电源，输入端口由SCLT3-8B提供保护。STSYS-ACCFA003则是支持IO-Link至8通道数字输出，具有绝缘高侧数字输出，输出电流限制为0.7A。
在IO-Link设备的传感器部分，则有STSYS-ACCFA006，这是一款IO-Link传感器RFID标签读取器，支持13.56MHz频率，无需额外电源。此外还有STSYS-ACCFA007这款IO-Link飞行时间（ToF）距离测量传感器，具有精度高、范围广的特性，支持从厘米到米的精度范围。
此外，ST还推出带IO-Link接口的新型振动传感器，采用了IIS3DWB 3轴数字振动传感器与ISM330IS 3轴加速度计和3轴陀螺仪，搭配STM32G071CB微控制器与适用于工业传感器应用的双通道收发器――L6364Q。其中L6364是一款适用于SIO和IO-Link工业传感器应用的双通道收发器，可充当具有传感器或执行器功能的微控制器与24 V电源和信号电缆之间的桥梁。
IO-Link设备的执行器部分，则有STSYS-ACCFA005 IO-Link执行器塔灯指示器，具备低侧输出驱动，带按钮作为输入，可轻松扩展到任何PD输入／输出尺寸。另外还有STSYS-ACCFA008这款IO-Link 32路空气电磁阀驱动器，支持32通道高侧驱动，为负载提供隔离24V电源，支持IO-Link B类接口。
此外，ST还有支持32通道电磁阀驱动器的IO-Link执行器，这款可扩展、可配置的工业执行器采用了STM32G071和L6364Q核心器件，并推出32通道电磁阀驱动演示系统，是可进行气阀驱动的工业执行器演示系统。
结语
IO-Link是一个功能丰富的工业通信协议，提供了许多优异的特性，可以改善工厂自动化系统的性能和灵活性，并且在各种应用中都具有广泛的潜力。由Arrow和ST推出的众多IO-Link解决方案，将有助于客户快速开发IO-Link相关的产品，若您想更深入了解相关的产品信息，请洽艾睿电子以获得更完整的技术支持。