IO-Link-Transceiver E981.10 von Elmos sorgt für mehr Effizienz

Wer den permanenten Spagat zwischen Kostenreduzierung auf der einen und höherer Anlagenverfügbarkeit auf der anderen Seite erfolgreich bewältigen will, ist in der Automatisierungstechnik heutzutage auf effektive Diagnosekonzepte und effizienten Umgang mit Parameterdaten angewiesen. Moderne Sensoren und Aktuatoren schaffen die notwendigen Voraussetzungen dafür, allerdings ist es bisher nicht gelungen, deren Anbindung an das gesamte Automatisierungssystem effizient zu gestalten. IO-Link bietet hier als innovative Schnittstelle für die „letzten Meter“ zum Prozess seit einiger Zeit völlig neue Möglichkeiten.

Bei IO-LINK handelt es sich im Gegensatz zu den Busverbindungen der klassischen Feldbussysteme um eine Parallelverdrahtung, wobei über eine maximal 20 m lange Leitung Datenraten bis zu 230,4 kBit/s übertragen werden können. Die Signalübertragung erfolgt durch 24-V-Pulsmodulation und ein Standard-UART-Protokoll.

IO-Link nutzt die standardisierte ungeschirmte 3-adrige Verbindungsleitung (M12, M8 ,M5), die auch zur Anbindung von herkömmlichen Standard- IO-Sensoren/-Aktuatoren genutzt wird. Dies reduziert nicht nur den zusätzlichen Verdrahtungsaufwand auf ein absolutes Minimum, sondern schützt auch bereits getätigte Investitionen. Ein weiterer Vorteil von IO Link: Durch den Wegfall der analogen Messwertübertragung kann auf teure geschirmte Kabel verzichtet werden. Die bidirektionale IO-Link-Kommunikation versetzt das übergeordnete Automatisierungssystem in die Lage, sowohl Parameterund Konfigurationsdaten in den Sensor/ Aktuator zu schreiben, als auch Prozessund Diagnosedaten aus dem Sensor/ Aktuator zu lesen. IO-Link beherrscht aber auch die Kommunikation über binäre Schaltzustände, wie sie herkömmliche Standard-IO-Sensoren nutzen. Der neue Kommunikationsstandard ist somit nahezu uneingeschränkt abwärtskompatibel und kann frei kombinierbar auch mit nicht IO-Linkfähigen Geräten eingesetzt werden. Wegen des offenen Standards kann IO-Link in alle gängigen Automatisierungs- und Feldbussysteme integriert werden. Die Integration von Profibus, Profinet, Interbus, ASi und EtherCAT sind bereits verfügbar, die IO-Link Integration in der ODVA ist angestrebt.

Um die in der IO-Link-Spezifikation festgelegten Anforderungen z.B. für Überstrom- und Überspannungsschutz sicher zu stellen, kommen in den meisten Leitungsanschaltungen der bislang verfügbaren IO-Link Geräte allerdings noch eine Vielzahl von Einzelkomponenten - Transistoren, Dioden und weitere passive Bauteile – zum Einsatz. Besonders problematisch gestaltet sich hierbei die erforderliche Interoperabilität mit der Steuerungsseite, da sich die entsprechenden elektrischen Schaltungen ausschließlich an der IO-Link-Spezifikation orientieren können.

Abhilfe schafft nun der IO-Link-Transceiver E981.10, der Entwicklern von IO-Link-fähigen Sensoren/Aktuatoren eine hochintegrierte, platzsparende Lösung für die Leitungsanschaltung ihrer Sensoren/Aktuatoren bietet. Der zu heutigen Standard-IO-Anwendungen abwärtskompatible Treiberbaustein erfüllt die Anforderungen aller relevanten Normen und zeichnet sich unter anderem durch einen weiten Eingangsspannungsbereich von 8 bis 36 V, eine hohe Treiberleistung von bis zu 200 mA, eine integrierte Wakeup Erkennung und eine Datenübertragungsgeschwindigkeit von bis zu 230,4 kBit/s aus. Wahlweise lässt sich die Treiberstufe als Low-side, High-side oder Push-pull verwenden. Schutzfunktionen gegen Kurzschluss, Überstrom und Übertemperatur garantieren eine hohe Betriebssicherheit und erleichtern darüber hinaus das Applikations-Design.

Dank eines internen 5-V-Spannungsreglers und eines 3,3-/5-V-kompatiblen Digital-Interfaces kann der E981.10 mit einer Vielzahl gängiger Mikrocontroller, zum Beispiel mit einer 78K0RMCU von NEC Electronics Europe, die in diesem Fall die Protokollimplementierung übernimmt, kombiniert werden. Der bis zu einer Chip-Temperatur von + 150°C einsetzbare Baustein ist in einem nur 4 x 4 mm kleinen QFN-Gehäuse untergebracht und damit ideal für den Einsatz in kompakten Sensoren und Aktoren geeignet.

Wie nützlich sich die vielfältigen Funktionen des E981.10 in der Praxis erweisen, zeigt sich unter anderem am Beispiel der integrierten Wakeup- Erkennung. Ein IO-Link-System besteht in den meisten Fällen aus einem IO-Link-Master und einem oder mehreren IO-Link-Geräten, also Sensoren oder Aktuatoren. Der IO-Link-Master stellt die Schnittstelle zur überlagerten Steuerung (SPS) zur Verfügung und steuert die Kommunikation mit den angeschlossenen IO-Link-Geräten. Bedingt durch die Abwärtskompatibilität der IO-Link-Baugruppe zu Standard- IO-Ports der übergeordneten Steuerung verhalten sich IO-Link-Sensoren und -Aktuatoren zunächst wie Standard-IO-Geräte. Allerdings ist es dem IO-Link-Master möglich, die IO-Link-fähigen Geräte im Netzwerk zu identifizieren und in den IO-Link-Kommunikationsmodus umzuschalten. Dies erfolgt durch ein sogenanntes Wakeup- Signal. Während des Wakeup wird das im Standard-IO-Mode an die Leitung des Sensors gelegte Signal durch den Master mit einem typischerweise 80 μs kurzen Impuls überschrieben. Entsprechend des Sensorausgangssignals kann dabei die Leitung einen Highoder Low-Pegel aufweisen.

Die Information über ein Wakeup- Ereignis besteht für die Software aus zwei Bit, aus dem zu treibenden Pegel (TXD) und dem empfangenen Pegel (RXD). Eine kombinatorische Verknüpfung zweier IO-Ports zur Generierung eines Interrupts ist in der Regel beim verwendeten Microcontroller nicht verfügbar. Die Unterstützung der Wakeup-Prozedur durch den E981.10 verringert die Anforderungen an die Software, die ansonsten durch Vergleich des Sende- und Empfangssignals in hoher Auflösung die Kommunikationsleitung überwachen müsste. Das durch den Transceiver bereitgestellte binäre Wakeup-Signal kann einen Interrupt auslösen, was wiederum eine Entlastung des Mikrocontrollers zur Folge hat.
Ein weiteres Beispiel für die hohe Funktionalität des E981.10 ist die Signalisierung eines durch einen Leitungskurzschluss oder andere Vorkommnisse verursachten Überstrom- Fehlerzustandes (ILIM-Signal). Dieses Feature trägt zu einer signifikanten Steigerung der Langzeit-Zuverlässigkeit des Produktes bei.

Muster des E981.10 sind bei Gleichmann Electronics ab sofort, größere Mengen ab März erhältlich. Gerne beraten wir Sie auch bei der Auswahl des optimalen Mikrocontrollers, wobei für nahezu alle MCUs aus unserem Portfolio entsprechende IO-Link-Protokollstacks zur Verfügung stehen. Detaillierte Informationen und Produktbeschreibungen zum E981.10 schicken wir Ihnen auf Anfrage gerne zu.