IO-Link通信技术概述

前言

今天我们继续解读IO-Link 1.1.4规范，本篇文章将给大家介绍IO-Link技术的概览，包含IO-Link命名的含义、主从站交互方式、IO-Link的数据类型，还请各位童鞋前排落座，听我娓娓道来。

1 IO-Link名称的含义

IO-Link又叫做SDCI（Single-Drop Digital Communication Interface for small sensors and actuators），可以理解为一个是学名，一个是别名。在IEC 61131-9标准中的正式名称就是SDCI，但我们通常叫的IO-Link，其实是一个注册商标，一个市场化的名称。

那为啥叫做SDCI呢？

S即Single-Drop，是单分支的概念，即每个从站设备是通过点到点连接到主站的。

DCI即Digital Communication Interface，是数字通信接口的含义，用来说明IO-Link本质是基于UART的数字通信协议，而非模拟量或者传统的开关量信号。

最后特意加了for small sensors and actuators，也就是主要给小型的传感器或者执行器使用，中大型的工控设备，应该还会考虑用以太网来传输。从这点来看，IO-Link本身主要从技术和成本两方面考虑，且成本应当是重中之重。

2 IO-Link通信概览

如下图所示，传统的IO-Link只规定了4芯接口，而非现在常见的5芯接口。IO-Link一开始包含了SIO和COMx两种通信方式，也就是它兼容传统的24V开关量，即可以从传统的24V 开关量（DI/DO）接口迁移到点对点通信，并且可以替代模拟传输技术。

从市场和技术角度看，现场的远程IO模块都可以被IO-Link主从站模块替换掉，这样既能兼容原有的IO设备，也能支持IO-Link设备。

另外传统模拟信号（如 4-20mA、0-10V）在工业自动化中广泛使用，但存在信号衰减、精度损失、需要 A/D 或 D/A 转换等问题。对比来看，IO-Link则可提供更可靠的全数字通信，抗干扰能力强、支持参数化和诊断功能、大大减少D/A和A/D转换的复杂性。

⭐️关于布线，连接器和供电⭐️

默认连接（端口类别 A） 包含4个引脚，端口类别A 的默认布线符合IEC 60947-5-2，通常只使用3条线：

- 24V 电源

- 0V（地）

- 信号线（C/Q）

第四根线可以作为额外的信号线，需符合 IEC 61131-2 标准。

端口类别 B（Port Class B） 采用 5 引脚连接，适用于需要独立 24V 电源的设备。一般来说，需要大负载，特别是IO-Link HUB设备的PIN2和PIN4输出都是通过CLASS B来供给，当然也有通过CLASS A直接给PIN2和PIN4的DO供给的。

IO-Link电缆的最大长度 为 20 米，不需要屏蔽，当然这是理论值，现实情况有超过20米的，也有不到20米的，看具体是否有干扰的情况。

3 数据交互类型

IO-Link通信分为两部分，一个是过程数据，通常称之为Process Data，简称PD数据，它又分为PDIn和PDOut。另外一个就是参数数据，术语称为On-Request Demand Data，我们称为OD数据，它包括了ISDU和事件。

01ProcessData数据

PDIn是传感器传输给IO-Link主站的数据，一般表示传感器的当前状态或者测量值；

PDOut是传感器接收IO-Link主站的数据，一般指设备被控制的过程。

02ISDU数据

参数数据，其称为ISDU，另外还有一个概念是DPP（Direct Parameter Page），其实DPP是ISDU的一个子集。

ISDU其实就是一个二维数组，想象一下Excel表格，ISDU的index（索引）就是Excel的行号，查询某个index，就是查询Excel的某个行的数据，如果subindex（子索引）是0，就是查询这个行的所有数据，如果subindex（子索引）不是0，就是查询某一列的数据，只是这里的一列数据并不是等长的，而是根据设定，具备不同的长度。。

03EVENT数据/诊断数据

EVENT数据属于OD的一种，它是由从站申请发送，主站主动来拉取的一种机制，有点像小学生举手报告老师，我有问题要问，老师说，你问吧，然后小学生就把自己的问题问出来一样。

根据规范，我们把核心内容整理如下：

🔑过程数据（Process Data）

-设备可以接收过程数据输出（Process Data Out） 以控制离散或连续的自动化过程。

- 设备可以发送过程数据输入（Process Data In），表示其当前状态或测量值。

🔑参数配置

-设备通常提供参数（Parameters），用户可通过参数配置设备的功能，以满足特定需求。

-参数访问方式：

· 页面1：主要用于主站（Master）命令，如设备启动、回退、设备运行状态和标识信息检索。

· 页面2：用于存储最多16字节的设备特定参数。

·使用索引（Index:0-65535）和子索引（Subindex:0 -255） 进行访问。

· 索引0和1预留给 Direct Parameter 页面1和2，每个最多16字节。

· 索引2-65535允许访问记录（Record），单个记录最大 232 字节。

· 子索引0表示传输完整记录，其他子索引表示传输记录中的特定数据项。

🔑记录（Record）的数据结构

- 记录中的数据项可以从任意比特偏移量开始，长度范围从1 bit到232字节。

- 每个记录最多包含 255 个数据项。

- 数据项的组织结构由IO设备描述文件（IODD, IO Device Description）指定。

🔑事件（Event）处理

- 需要报告或干预的设备状态变更会存储在事件存储器（Event Memory），然后再进行传输。

- 事件标志（Event Flag）会在循环数据交换中设置，以指示有事件发生。

4 主从站的角色

主站的管理作用

主站可以理解为一个管理者，对下面的从站进行管理。所有的通信都是主站主动发起，主站通过一个唤醒电流脉冲，把从站从SIO模式唤醒为IO-Link模式，然后在COM1/COM2/COM3三种速率下选择一种进行通信，通信的速率取决于从站，主站只是无脑的每隔一段时间进行三种速率的重试，直到从站按照某种速率回应而已。

从站的参数是设置从站的关键要素，这个参数可以由从站自己来决定（比如自己从存储里恢复自己的参数），也有可能由主站来决定（主站配置restore模式），所以从这里可以看出，主站掌握了从站的参数设置的大权，它来决定是放任不管，还是“你得听我的”。主站每个端口可以保存的参数不超过2048字节，一般很少有从站有这么大字节量。

从站的参数配置

IO-Link既然有这么强大的功能，对其进行灵活的配置是进行IO-Link的必要手段，它可以通过PDCT工具进行配置，PDCT中导入IODD文件，可以非常方便的对IO-Link设备进行配置，当然IODD不是必备的，IODD可以理解为一个显示的菜单，使得操作便捷一些；即使没有IODD，专业的人员也可以对IO-Link从站进行配置。

END 结语

本期的内容先到这里，总结一下，今天我们介绍了IO-Link为啥叫SDCI这个学名，以及IO-Link的大致通信内容，主站和从站到底在交互什么内容。下期我们将扒开IO-Link的物理层，好好聊聊IO-Link在线缆里是怎么传输的！！！