IO-Link通信是应用于工业物联网（IIoT, Industry Internet of Things）的最佳解决方案，本文将为您介绍由艾睿电子推出的参考设计方案。
在工业4.0概念的推动下，有越来越多的车间逐步开始进行改造，以符合新时代的应用需求，其中设备之间的通信便是工业4.0能否成功的关键。IO-Link通信是应用于工业物联网（IIoT, Industry Internet of Things）的最佳解决方案，本文将为您介绍由艾睿电子推出的参考设计方案。
IO-Link是实现IIoT的关键技术
通过工业物联网（IIoT）能够将车间的所有相关设备进行串联，彼此共享信息以便于了解设备的运作状况，并可以进行实时的弹性调整，是工业4.0的成功关键，而IO-Link则是实现IIoT的关键技术，可通过传感器到云的解决方案，使大规模生产定制、机器状态监控、预测性维护、节能、工厂设计和质量控制变得更普遍、智能和简单。
IO-Link是全球传感器和控制公司支持的开放标准，到2020年时，全球的IO-Link节点已部署超过1600万个。IO-Link市场的主要参与者是西门子（德国）、巴鲁夫（德国）、Ifm电子（德国）、SICK（德国）、罗克韦尔自动化（美国）、Festo（德国）、Omron（日本）、Banner工程（美国）、Hans Turck（德国）、Pepperl & Fuchs（德国）和Datalogic（意大利）。然而，随着亚太市场的崛起，预计到2023年，中国将拥有最大的IO-Link市场份额（将大于30%，约有36亿美元）。
IO-Link主控端允许使用数字通信路径来处理传感器和控制执行器，因此，从互联网到PLC再到现场安装设备，可实现100%的数字路径。IO-Link是一种3线工业通信协议，由4.8K、38.4K、230.4K三种波特率所组成。
IO-Link作为简单的3线数字数据传输，可以承载多个数据，传输数据比模拟传输更快，因为模数转换损耗更少。IO-Link可允许双向通信，一个端口可以配置为输入或输出，因此可以连接传感器或执行器。
IO-Link采用标准的M12/M8连接器，无需采用屏蔽电缆，连接范围可达20米。IO-Link可以替代RS-232、RS-432、RS-485、4-20mA、0-10V、PNP、NPN、Push-pull NO/NC等界面。因此，这种简单的接线系统可以节省成本。
IO-Link也允许进行无缝远程监控和控制，因此不再需要手动板载开／关按钮。通过自动和远程配置，可减少停机时间，实现灵活的生产线配置和远程机器状态监控。
艾睿电子为加快客户产品的开发速度，推出了一站式（Turnkey）解决方案，以最少的付出和最短的上市时间，来简化客户的IO-Link产品设计。艾睿电子的IO-Link解决方案是IO-link Master（料号：2021W001）、数字输入模块（料号：2021W002）、数字输出模块（料号：2021W003）。艾睿电子的IO-Link Master MCU-ARW-IOLM4P-STM32L4（IOLM4P）主要由ST的STM32L431RBT6和TEConcept的IO-Link Master堆栈组成。
为帮助客户加快IO-Link解决方案的开发，艾睿电子发布了适用于工业维护、IO-Link®数字传感系统、数字输入模块应用的8端口IO-Link主集线器解决方案和8端口数字输入／输出解决方案，可用于PLC和其他工业、楼宇和工厂自动化系统。
功能强大的8端口IO-Link Master方案
首先介绍8端口IO-Link Master方案，此IO-Link 8通道解决方案旨在展示由STM32L431 SoC驱动的艾睿电子IOLM4P 4端口主控制器，采用两块IOLM4P用于实现这个8通道解决方案。基于STM32F746ZG的外部主机用于管理和控制这2个主控制器。用户应用在STM32F7 SoC上运行，复杂的IO-Link主堆栈将由艾睿电子的IOLM4P主控制器处理。该解决方案带有演示应用程序，展示了通过STM的L6360（IO-Link通信主收发器IC）连接到8个IO-Link设备的简单性。
此外，该解决方案还带有四路SPDT开关STG3693QTR，用户可以将控制从STM32F746主控制器切换到FT2232H USB-SPI接口芯片。然后，该解决方案可以连接到运行TEConcept的控制工具软件的Windows PC，以执行IO-Link主控制／固件更新。
艾睿电子的8端口IO-Link主集线器解决方案与STM32F746 SoC捆绑在一起，可用于其他协议实现，如EtherCAT或EtherNet/IP等软件堆栈。此外，还包括一个USB转SPI桥接芯片FT2232H，以便可以通过外部PC控制主集线器。因此，该主集线器可由嵌入式主机或PC控制。
IOLM4P的IO-Link主堆栈经过IO-Link认证并符合v1.1.2规范。由TEConcept提供支持的GUI可轻松地控制和更新固件，这可以缩短客户的产品开发上市时间并节省成本。
这个IO-Link Master方案采用了STM的STM32F746ZG主机控制器SoC、STM/Arrow的STM32L431RBT6/IOLM4P IO-Link主控制器、STM L6360 IO-Link主收发器芯片、STM VN808-32-E八通道高端驱动器、STM STG3693QTR四路SPDT开关、Microchip LAN8742A RMII以太网收发器、FTDI FT2232H USB转双通道串行/SPI、Amphenol M12A-05PMMC-SF8B20 M12连接器、Pulse E5J88-14L0D2-L RJ45 以太网连接器、Pulse HX1260NL 10/100Base-T变压器、Murata CSTNE8M00G520000R0与CSTNE12M0GH5L000R0陶瓷谐振器与WMRAG32K76CS1C00R0 MEMS谐振器等。
节省成本的8端口IO-Link数字输入模块方案
此外，艾睿电子还推出8端口IO-Link数字输入模块解决方案，这款IO-Link 8通道数字输入集线器解决方案，由L6364双通道收发器结合STM32G071这款Arm Cortex-M0+ MCU和高速数字8通道输入限流器SCLT3-8BQ7所组成。
这是一个非隔离的解决方案，可直接为系统和外部设备提供电源，用户的应用和复杂的IO-Link堆栈可在MCU STM32G071上运行，而L6364在板连接到IO-Link主控端时充当物理层，然后主控端可以发起与MCU的通信和交换数据。L6364还通过内部LDO为MCU供电，节省了额外的电路和BOM成本。
凭借所选的低成本和低功耗MCU和嵌入式IO-Link从堆栈（符合IO-Link 1.1/1.0物理层）的优势，可减少您的软件工作并缩短上市时间。该模块具有可配置的CQ和DIO线或CQ//DIO线（连接模式）的限流阈值，还具有COM2（38.4k波特）和COM3（230.4k波特）的无石英IO-Link时钟提取和时序生成。
这款IO-Link 8通道数字输入集线器解决方案采用了STM STM32G071RBT6主机控制器SoC、STM L6364Q双通道收发器芯片、STM SCLT3-8BQ7-TR数字输入限流器、Amphenol M12A-05PMMC-SF8B20与M12A-04PMMP-SF8001 M12连接器、Murata CSTNE8M00G520000R0陶瓷谐振器与WMRAG32K76CS1C00R0 MEMS 谐振器。
经济实惠的8端口IO-Link数字输出模块方案
艾睿电子还推出8端口IO-Link数字输出模块解决方案，这种IO-Link 8通道数字输出解决方案由三个模块所组成，包括IO-Link收发器L6364、八通道的高侧隔离驱动器ISO8200和Arm Cortex-M0+ MCU STM32G071。它为8通道数字输出模块的开发，提供了一种经济实惠且易于使用的解决方案。
嵌入式电流智能驱动器ISO8200是一个隔离的解决方案，用户的应用和复杂的IO-Link堆栈可在MCU STM32G071上运行，而L6364在板连接到IO-Link主控时充当物理层，然后主控可以发起与MCU的通信和交换数据，L6364还通过内部LDO为MCU供电，节省了额外的电路和BOM成本。
同样地，这款具有嵌入式IO-Link从属堆栈（符合IO-Link 1.1/1.0物理层）的低成本和低功耗MCU，可减少客户的软件开发工作，并缩短产品上市时间。该模块具有可配置的CQ和DIO线或CQ//DIO线（连接模式）的限流阈值，还具有COM2（38.4k波特）和COM3（230.4k波特）的无石英IO-Link时钟提取和时序生成。
这款IO-Link 8通道数字输出解决方案采用了STM STM32G071RBT6主机控制器SoC、STM L6364Q双通道收发器芯片、STM ISO8200AQ电流隔离高端智能电源固态继电器、Amphenol M12A-05PMMC-SF8B20与M12A-04PMMP-SF8001 M12连接器、Murata CSTNE8M00G520000R0陶瓷谐振器与WMRAG32K76CS1C00R0 MEMS谐振器。
结语
艾睿电子推出的多款IO-Link解决方案可加快产品设计周期，并提供完整的参考设计，以及原理图审核服务、原型测试等技术支持，客户还可以通过艾睿电子购买源代码和技术支持，以进一步缩短上市时间，将会是有意投入IO-Link相关应用的最佳合作伙伴。
如您需要购买方案中的主芯片 ARW-IOLM4P-STM32L4 的样片，请前往 ARW-IOLM4P-STM32L4 | Arrow Development Tools | 其他 | arrow.cn 下单。
可前往 https://www.arrow.cn/arw-iolm4p-stm32l4/arrow-development-tools.html 下单购买