ADI公司如何让IO-LINK和工业以太网在智能工厂车间通信

作者：Michael Jackson和Chris Stelmar

本系列的第二篇博文介绍了如何使用IO-Link从站收发器设计与网络无关的工业现场设备（传感器/执行器）。下一步是设计IO-Link主站，将这些设备与工业网络（或现场总线）连接起来，把工厂车间的过程数据传输到可编程逻辑控制器(PLC)，如图1所示。这篇博文探讨了ADI公司的工业通信解决方案，这些解决方案可以加速灵活IO-Link主站的设计进展，该主站可支持智能现场设备使用较为热门的工业以太网协议进行通信。如果您还未阅读本系列的上一篇博文，请点击此处。


图1. IO-Link从站通过IO-Link主站连接到工业以太网

选择灵活的IO-LINK主站收发器

IO-Link主站接收传感器的过程值并将其聚合，然后传输到更高级别的工业网络，而IO-Link执行器则以相反的方向传输过程值。IO-Link主站可以支持的从站数量取决于可用端口的数量，这意味着IO-Link主站可能需要设计多个收发器。因此，选择IO-Link主站收发器时要考虑的关键设计参数包括：

►        通道数
►        可配置性
►        保护
►        易于集成

ADI公司的MAX14819在所有这些方面都表现出色。这款低功耗双通道IO-Link主站收发器完全符合新发布的IO-Link和二进制输入标准及测试规范。该器件还包括两个辅助数字输入(DI)通道，同时为了简化微控制器选择，它还具有带UART和FIFO的帧处理器，用于对所有M序列帧类型进行时间关键控制。为了在工业环境中提供高稳健性，MAX14819集成了两个低功耗传感器电源控制器，以提供高级限流、反向电流阻断和极性反接保护功能。图2显示了MAX14819如何连接到IO-Link主站中的微控制器单元(MCU)（图中还包含辅助电源和隔离IC）。


图2. MAX14819主站收发器的典型（单通道）应用电路

选择灵活的工业网络接口

ADI公司的ADIN2299 RapID平台第二代(RPG2)网络接口（图3）是一种经过预先测试的完整解决方案，可用于管理工业网络流量。该平台包含IO-Link主站参与任何广泛使用的工业以太网所需的一切，包括：

►        EtherCAT；
►        PROFINET实时(RT)和同步实时(IRT)；
►        EtherNet/IP；

除了工业以太网外，ADIN2299还支持Powerlink和Modbus工业通信协议。


图3. ADIN2299 RPG2网络接口的功能框图

这种高度集成且经过全面测试的解决方案专为在星形、线形或环形工业网络拓扑中运行而设计，包括通信控制器、双端口10/100Mbps以太网交换芯片、存储器和物理层(PHY)收发器。ADIN2299硬件与其软件和预先认证的工业协议相结合，不仅提供多个协议栈，还提供RTOS、文件系统、驱动程序和TCP/IP，从而缩短设计和调试时间。

IO-Link主站中的MCU可以通过SPI接口（还提供了以太网和UART接口）轻松连接到该交换平台，而平台软件为MCU提供了一个支持工业协议的统一接口，因此无需更改其自身的固件。这就消除了与增加额外协议相关的学习曲线，从而可以缩短开发时间。安全性是ADIN2299的另一个关键特性。该器件具有安全引导和安全更新功能，可确保仅执行经过验证的代码，从而可以降低由网络攻击造成的现场中断风险。图4为完整IO-Link主站设计的框图和ADI公司推荐的解决方案列表。



     模块  ADI推荐解决方案
  工业网络接口  ADIN2299
  微控制器  MAX32670
  IO-Link主站收发器  MAX14819
  高压侧开关  MAX14916
  DC-DC降压转换器  MAXM15065
图4. IO-Link主站设计框图和推荐产品解决方案

将ADIN2299集成到IO-Link主站设计之前，可以使用ADI公司的EV-RPG2评估套件验证从MCU到PLC（或基于PC的工具）的通信路径。该套件的定制版本可用于评估EtherCAT、EtherNet/IP、Profinet、Powerlink和Modbus工业协议。