ADI公司如何讓IO-LINK和工業以太網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^?從站收發器設計與網絡無關的工業現場設備（傳感器/執行器）。下一步是設計IO-Link主站，將這些設備與工業網絡（或現場總線）連接起來，把工廠車間的過程數據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公司的工業通信解決方案，這些解決方案可以加速靈活IO-Link主站的設計進展，該主站可支持智能現場設備使用較為熱門的工業以太網協議進行通信。

圖1 IO-Link從站通過IO-Link主站連接到工業以太網

選擇靈活的IO-LINK主站收發器

IO-Link主站接收傳感器的過程值并將其聚合，然后傳輸到更高級別的工業網絡，而IO-Link執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量取決于可用端口的數量，這意味著IO-Link主站可能需要設計多個收發器。因此，選擇IO-Link主站收發器時要考慮的關鍵設計參數包括：

■   通道數

■   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出色。這款低功耗雙通道IO-Link主站收發器完全符合新發布的IO-Link和二進制輸入標準及測試規范。該器件還包括兩個輔助數字輸入(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鍵控制。為了在工業環境中提供高穩健性，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主站收發器的典型（單通道）應用電路

選擇靈活的工業網絡接口

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

■   EtherCAT；

■   PROFINET^?實時(RT)和同步實時(IRT)；

■   EtherNet/IP；

除了工業以太網外，ADIN2299還支持Powerlink和Modbus工業通信協議。

圖3 ADIN2299 RPG2網絡接口的功能框圖

這種高度集成且經過全面測試的解決方案專為在星形、線形或環形工業網絡拓撲中運行而設計，包括通信控制器、雙端口10/100Mbps以太網交換芯片、存儲器和物理層(PHY)收發器。ADIN2299硬件與其軟件和預先認證的工業協議相結合，不僅提供多個協議棧，還提供RTOS、文件系統、驅動程序和TCP/IP，從而縮短設計和調試時間。

IO-Link主站中的MCU可以通過SPI接口（還提供了以太網和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協議的統一接口，因此無需更改其自身的固件。這就消除了與增加額外協議相關的學習曲線，從而可以縮短開發時間。安全性是ADIN2299的另一個關鍵特性。該器件具有安全引導和安全更新功能，可確保僅執行經過驗證的代碼，從而可以降低由網絡攻擊造成的現場中斷風險。圖4為完整IO-Link主站設計的框圖和ADI公司推薦的解決方案列表。

圖4 IO-Link主站設計框圖和推薦產品解決方案

將ADIN2299集成到IO-Link主站設計之前，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工業協議。