El protocolo IO-Link es un estándar de comunicaciones (IEC61131-9) utilizado para la conexión de sensores y actuadores.
Por ejemplo, un sensor fotoeléctrico estándar solo tiene dos estados lógicos (encendido o apagado/desconectado).
En cambio, una fotocélula IO-Link también podría informarnos de, por ejemplo:
- Calidad de detección
- Detección analógica (distancia, color...)
- Modo de operación
- Tiempo de funcionamiento
- Detección de desconexión
etc.
Estas características hacen del IO-Link una tecnología ideal para la integración en soluciones IT. Pues, en ciertas máquinas, los datos que puedan proveer estos sensores y actuadores permiten la toma de decisiones a nivel de producción (mantenimiento preventivo, análisis y estadísticas, etc).
Se trata de una solución para la digitalización (IoT) en la capa de "Edge computing", dado que los datos recopilados son utilizados onsite (en la programación de la máquina).
En el presente artículo se presentará este protocolo, detallando como funciona y como se debe implementar dentro de un sistema automatizado.
¿ESPECIFICACIONES?
El IO-Link es un protocolo de comunicación serie con una arquitectura maestro-esclavo, donde los eslcavos (sensores/actuadores) se conectan a un único maestro con el que intercambian los datos
La unidad maestra IO-Link se conecta como unidad subordinada al PLC. Normalmente en el rack del mismo o a través de buses de campo (p.e. Profinet, EtherCAT, EtherNet/IP, etc). Por lo que podemos encontrar más de un maestro en una misma arquitectura de máquina.
En esta tecnología, la conexión entre maestro y esclavo se realiza punto a punto (aunque existe la versión inalámbrica). Y se requiere de un cable estándar para sensor, de 3 hilos.
El maestro incorpora varios puertos para la conexión de los dispositivos. Lo común es trabajar con conectores estandarizados M5, M8 y M12.
Pero hay unidades que admiten el cableado simple a bloque de terminales.
La transmisión IO-Link suele tomar 400us, a una velocidad de 230kbaud.
¿CÓMO FUNCIONA?
- Modo IO-Link: El puerto se utiliza para comunicaciones con protocolo IO-Link.
- Modo DI: El puerto trabaja como una entrada digital convencional.
- Modo DQ: El puerto actúa como una salida digital convencional.
- Modo inactivo: El puerto no se va a utilizar, por lo que se desactiva.
Entonces, en un mismo maestro se pueden configurar los puertos con distintos propósitos. No es estrictamente necesario utilizar el protocolo IO-Link, lo que permite trabajar también con sensores estándares (en modo DI y DQ).
En ocasiones, para compatibilizar el uso de dispositivos de terceros con un maestro IO-Link, es necesario utilizar un archivo de descripción IODD (Input Output Data Description) con extensión xml.
Define el componente y permite configurar los datos a los que tendrá acceso el maestro.
¿DATOS INTERCAMBIADOS?
La diferencia clave entre los sensores/actuadores estándares reside en que los IO-Link pueden transmitir 4 clases de datos con el maestro. Estas son:
- Datos del proceso: Intercambio cíclico
Estos datos se intercambian automáticamente en intervalos regulares predefinidos. Incluyen los valores analógicos y estados de conmutación, es decir, el grueso de los datos requeridos para el proceso.
- Estado de valor: Intercambio cíclico
Se transmiten junto a los datos del proceso e indican al maestro si estos son validos o no. Esta información también se conoce esta como "Port Qualifier".
- Datos del dispositivo: Intercambio acíclico
Son datos que se intercambian a petición del maestro, normalmente desde el programa del autómata. Suelen incluir información de identificación, diagnóstico o parámetros del sensor/actuador.
- Eventos: Intercambio acíclico
Se transmiten cuando se dispara algún error o advertencia en el dispositivo esclavo. Normalmente, para avisar de alguna malfunción (p.e. desconexión, cortocircuito, suciedad, sobrecalentamiento, etc).
La transmisión de los datos intercambiados cíclicamente y acíclicamente son independientes. No se ven afectadas entre ellas, por lo que las tramas críticas no tienen que esperar hasta que se envíen los datos almacenados en el buffer. .
¿CONCLUSIONES?
Con la rápida adopción del IoT en la industria, los desarrolladores necesitan un medio para la implementación de sensores y actuadores inteligentes.
El IO-Link es un protocolo robusto y estandarizado, con una interfaz fácil de usar, por lo que se presenta como una alternativa muy potente.
La integración del protocolo IO-Link en un sistema ya existente resulta muy directa. Es una tecnología muy flexible.
Hemos visto que los maestros IO-Link pueden trabajar como subordinados en distintos buses de campo. Además, admiten el uso de sensores convencionales en sus puertos, lo que hace más sencillo el poder actualizar una instalación ya existente.
Antes de pensar en una solución IO-Link, es imprescindible comprender como y porque se quiere utilizar, y evaluar como implementar el protocolo de una forma eficiente.
Es importante saber en que dispositivos nos sería útil este protocolo y que datos son imprescindibles para la máquina o sistema... Pues, en ocasiones, la recolección de datos en exceso puede ser contraproducente.
Nos debemos centrar en una producción más eficiente, segura y con tiempos de inactividad mínimos.
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