前言

今天我們繼續(xù)解讀IO-Link 1.1.4規(guī)范，本篇文章將給大家介紹IO-Link技術(shù)的概覽，包含IO-Link命名的含義、主從站交互方式、IO-Link的數(shù)據(jù)類型，還請(qǐng)各位童鞋前排落座，聽我娓娓道來。

1 IO-Link名稱的含義

IO-Link又叫做SDCI（Single-Drop Digital Communication Interface for small sensors and actuators），可以理解為一個(gè)是學(xué)名，一個(gè)是別名。在IEC 61131-9標(biāo)準(zhǔn)中的正式名稱就是SDCI，但我們通常叫的IO-Link，其實(shí)是一個(gè)注冊(cè)商標(biāo)，一個(gè)市場(chǎng)化的名稱。

那為啥叫做SDCI呢？

S即Single-Drop，是單分支的概念，即每個(gè)從站設(shè)備是通過點(diǎn)到點(diǎn)連接到主站的。

DCI即Digital Communication Interface，是數(shù)字通信接口的含義，用來說明IO-Link本質(zhì)是基于UART的數(shù)字通信協(xié)議，而非模擬量或者傳統(tǒng)的開關(guān)量信號(hào)。

最后特意加了for small sensors and actuators，也就是主要給小型的傳感器或者執(zhí)行器使用，中大型的工控設(shè)備，應(yīng)該還會(huì)考慮用以太網(wǎng)來傳輸。從這點(diǎn)來看，IO-Link本身主要從技術(shù)和成本兩方面考慮，且成本應(yīng)當(dāng)是重中之重。

2 IO-Link通信概覽

如下圖所示，傳統(tǒng)的IO-Link只規(guī)定了4芯接口，而非現(xiàn)在常見的5芯接口。IO-Link一開始包含了SIO和COMx兩種通信方式，也就是它兼容傳統(tǒng)的24V開關(guān)量，即可以從傳統(tǒng)的24V 開關(guān)量（DI/DO）接口遷移到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，并且可以替代模擬傳輸技術(shù)。

從市場(chǎng)和技術(shù)角度看，現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程IO模塊都可以被IO-Link主從站模塊替換掉，這樣既能兼容原有的IO設(shè)備，也能支持IO-Link設(shè)備。

另外傳統(tǒng)模擬信號(hào)（如 4-20mA、0-10V）在工業(yè)自動(dòng)化中廣泛使用，但存在信號(hào)衰減、精度損失、需要 A/D 或 D/A 轉(zhuǎn)換等問題。對(duì)比來看，IO-Link則可提供更可靠的全數(shù)字通信，抗干擾能力強(qiáng)、支持參數(shù)化和診斷功能、大大減少D/A和A/D轉(zhuǎn)換的復(fù)雜性。

關(guān)于布線，連接器和供電

默認(rèn)連接（端口類別 A） 包含4個(gè)引腳，端口類別A 的默認(rèn)布線符合IEC 60947-5-2，通常只使用3條線：

- 24V 電源

- 0V（地）

- 信號(hào)線（C/Q）

第四根線可以作為額外的信號(hào)線，需符合 IEC 61131-2 標(biāo)準(zhǔn)。

端口類別 B（Port Class B） 采用 5 引腳連接，適用于需要獨(dú)立 24V 電源的設(shè)備。一般來說，需要大負(fù)載，特別是IO-Link HUB設(shè)備的PIN2和PIN4輸出都是通過CLASS B來供給，當(dāng)然也有通過CLASS A直接給PIN2和PIN4的DO供給的。

IO-Link電纜的最大長(zhǎng)度 為 20 米，不需要屏蔽，當(dāng)然這是理論值，現(xiàn)實(shí)情況有超過20米的，也有不到20米的，看具體是否有干擾的情況。

3數(shù)據(jù)交互類型

IO-Link通信分為兩部分，一個(gè)是過程數(shù)據(jù)，通常稱之為Process Data，簡(jiǎn)稱PD數(shù)據(jù)，它又分為PDIn和PDOut。另外一個(gè)就是參數(shù)數(shù)據(jù)，術(shù)語稱為On-Request Demand Data，我們稱為OD數(shù)據(jù)，它包括了ISDU和事件。

01 ProcessData數(shù)據(jù)

PDIn是傳感器傳輸給IO-Link主站的數(shù)據(jù)，一般表示傳感器的當(dāng)前狀態(tài)或者測(cè)量值；

PDOut是傳感器接收IO-Link主站的數(shù)據(jù)，一般指設(shè)備被控制的過程。

02 ISDU數(shù)據(jù)

參數(shù)數(shù)據(jù)，其稱為ISDU，另外還有一個(gè)概念是DPP（Direct Parameter Page），其實(shí)DPP是ISDU的一個(gè)子集。

ISDU其實(shí)就是一個(gè)二維數(shù)組，想象一下Excel表格，ISDU的index（索引）就是Excel的行號(hào)，查詢某個(gè)index，就是查詢Excel的某個(gè)行的數(shù)據(jù)，如果subindex（子索引）是0，就是查詢這個(gè)行的所有數(shù)據(jù)，如果subindex（子索引）不是0，就是查詢某一列的數(shù)據(jù)，只是這里的一列數(shù)據(jù)并不是等長(zhǎng)的，而是根據(jù)設(shè)定，具備不同的長(zhǎng)度。

03 EVENT數(shù)據(jù)/診斷數(shù)據(jù)

EVENT數(shù)據(jù)屬于OD的一種，它是由從站申請(qǐng)發(fā)送，主站主動(dòng)來拉取的一種機(jī)制，有點(diǎn)像小學(xué)生舉手報(bào)告老師，我有問題要問，老師說，你問吧，然后小學(xué)生就把自己的問題問出來一樣。

根據(jù)規(guī)范，我們把核心內(nèi)容整理如下：

過程數(shù)據(jù)（Process Data）

-設(shè)備可以接收過程數(shù)據(jù)輸出（Process Data Out） 以控制離散或連續(xù)的自動(dòng)化過程。

- 設(shè)備可以發(fā)送過程數(shù)據(jù)輸入（Process Data In），表示其當(dāng)前狀態(tài)或測(cè)量值。

參數(shù)配置

-設(shè)備通常提供參數(shù)（Parameters），用戶可通過參數(shù)配置設(shè)備的功能，以滿足特定需求。

-參數(shù)訪問方式：

· 頁面1：主要用于主站（Master）命令，如設(shè)備啟動(dòng)、回退、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和標(biāo)識(shí)信息檢索。

· 頁面2：用于存儲(chǔ)最多16字節(jié)的設(shè)備特定參數(shù)。

·使用索引（Index:0-65535）和子索引（Subindex:0 -255） 進(jìn)行訪問。

· 索引0和1預(yù)留給 Direct Parameter 頁面1和2，每個(gè)最多16字節(jié)。

· 索引2-65535允許訪問記錄（Record），單個(gè)記錄最大 232 字節(jié)。

· 子索引0表示傳輸完整記錄，其他子索引表示傳輸記錄中的特定數(shù)據(jù)項(xiàng)。

記錄（Record）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

- 記錄中的數(shù)據(jù)項(xiàng)可以從任意比特偏移量開始，長(zhǎng)度范圍從1 bit到232字節(jié)。

- 每個(gè)記錄最多包含 255 個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)。

- 數(shù)據(jù)項(xiàng)的組織結(jié)構(gòu)由IO設(shè)備描述文件（IODD, IO Device Description）指定。

事件（Event）處理

- 需要報(bào)告或干預(yù)的設(shè)備狀態(tài)變更會(huì)存儲(chǔ)在事件存儲(chǔ)器（Event Memory），然后再進(jìn)行傳輸。

- 事件標(biāo)志（Event Flag）會(huì)在循環(huán)數(shù)據(jù)交換中設(shè)置，以指示有事件發(fā)生。

4 主從站的角色

主站的管理作用

主站可以理解為一個(gè)管理者，對(duì)下面的從站進(jìn)行管理。所有的通信都是主站主動(dòng)發(fā)起，主站通過一個(gè)喚醒電流脈沖，把從站從SIO模式喚醒為IO-Link模式，然后在COM1/COM2/COM3三種速率下選擇一種進(jìn)行通信，通信的速率取決于從站，主站只是無腦的每隔一段時(shí)間進(jìn)行三種速率的重試，直到從站按照某種速率回應(yīng)而已。

從站的參數(shù)是設(shè)置從站的關(guān)鍵要素，這個(gè)參數(shù)可以由從站自己來決定（比如自己從存儲(chǔ)里恢復(fù)自己的參數(shù)），也有可能由主站來決定（主站配置restore模式），所以從這里可以看出，主站掌握了從站的參數(shù)設(shè)置的大權(quán)，它來決定是放任不管，還是“你得聽我的”。主站每個(gè)端口可以保存的參數(shù)不超過2048字節(jié)，一般很少有從站有這么大字節(jié)量。

從站的參數(shù)配置

IO-Link既然有這么強(qiáng)大的功能，對(duì)其進(jìn)行靈活的配置是進(jìn)行IO-Link的必要手段，它可以通過PDCT工具進(jìn)行配置，PDCT中導(dǎo)入IODD文件，可以非常方便的對(duì)IO-Link設(shè)備進(jìn)行配置，當(dāng)然IODD不是必備的，IODD可以理解為一個(gè)顯示的菜單，使得操作便捷一些；即使沒有IODD，專業(yè)的人員也可以對(duì)IO-Link從站進(jìn)行配置。

結(jié)語

本期的內(nèi)容先到這里，總結(jié)一下，今天我們介紹了IO-Link為啥叫SDCI這個(gè)學(xué)名，以及IO-Link的大致通信內(nèi)容，主站和從站到底在交互什么內(nèi)容。下期我們將扒開IO-Link的物理層，好好聊聊IO-Link在線纜里是怎么傳輸?shù)模。。?/p>