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IO-Link: inteligencia para conectividad low-cost de sensores


IO-Link no para de ganar popularidad: ya hay miles de sensores IO-Link que ofrecen buena compatibilidad y que prometen resolver la proliferación de interfaces. Así lo explica Barry Manz, presidente de Manz Communications, en este artículo.

IO-Link: inteligencia para conectividad low-cost de sensores

A medida que se acelera la llegada del IoT industrial, la estandarización de la norma IEC 61131-9 (IO-Link) con el estándar IEC61131-1 de microcontroladores se presenta como una profecía. Después de todo, la comunicación de datos representa el corazón del IoT, e IO-Link la mejora significativamente a nivel de sensor y actuador, allí donde los datos se generan.

El número de las posibles interfaces ha aumentado en los últimos años en respuesta al hecho de que no hay una sola y única solución para conectar actuadores y sensores. IO-Link resuelve este problema proporcionando un protocolo único que satisface todos los requerimientos a nivel de comunicaciones. Permite acomodar desde los más básicos hasta los sensores más avanzados, reemplazando interfaces en un rango desde interruptores binarios hasta multicanal, bidireccional y RS-232. En breve, IO-Link es efectivamente una migración de las interfaces de entrada digital actual (DI) y la salida digital (DO) para interruptores 24-V DC según la norma IEC 61131-2 para topologías de red de punto a punto.

IO-Link no es un bus de campo, se trata de una interfaz de comunicación digital SDCI que se basa en la tradicional vía de transmisión de tres hilos utilizada para conectar sensores y actuadores. Funciona con cualquier bus de campo y se utiliza en la mayoría de los sistemas de bus de campo, incluyendo PROFIBUS, PROFINET, AS-i, CANopen, CC-Link, DeviceNet, EtherCAT, EtherNet / IP, Interbus S, Powerlink y Sercos III.

IO-Link además hace que el mantenimiento predictivo de los sensores y los actuadores low-cost sea una realidad al traer datos de diagnóstico y configuración de datos desde el bus de campo usando la tecnología de comunicación digital de bajo coste. IO-Link es compatible con las señales DE/DS actuales, por lo que ambas se pueden utilizar tanto en dispositivos nuevos como en los tradicionales compatibles con IO-Link. Además la interfaz no necesita cables blindados o conectores especiales, funciona a distancias de hasta 20 metros y emplea estándares de la serie M (M5, M8 and M12).

Fundamentos del IO-Link

Un sistema IO-Link (Figura 1) consiste en "núcleos" IO-Link que actúa como una puerta de enlace a un bus de campo, dispositivos compatibles (sensores, lectores RFID, válvulas y módulos IoT) y "herramientas de configuración" proporcionadas por los fabricantes de los dispositivos. Un núcleo, que puede encontrarse en un entorno típico de automatización industrial, tiene múltiples canales a los que están conectados los dispositivos compatibles con IO-Link, proporcionando una topología de red de punto a punto. Muchos concentradores de sensores pueden condensar hasta 16 sensores con una salida de conmutación o 8 sensores con salidas de conmutación en una sola conexión IO-Link. Los concentradores de los actuadores binarios con entradas y salidas analógicas también están disponibles.

Figura 1. Sistema IO-Link.

El núcleo detecta, identifica y gestiona estos dispositivos, utilizando los archivos de la descripción del dispositivo (IODD) que encuentra en todos los dispositivos IO-Link. El IODD contiene todos los detalles relevantes sobre el dispositivo, incluyendo el fabricante, el número de modelo, fecha de producción, firmware y la versión de hardware o incluso el logo del fabricante. Los dispositivos llevan a cabo una conversión físico–digital y comunican el resultado con un formato estándar utilizando impulsos codificados de la línea de señal 24 V E/S. Esto elimina la necesidad de usar diferentes módulos DI, DO, AI, AO y numerosos cables.

Los mensajes de los dispositivos proporcionan el sentido del funcionamiento del sistema para llevar a cabo diagnósticos esenciales y determinar la salud del dispositivo y el asociado mantenimiento predictivo. Por ejemplo, si un cable se rompe entre el dispositivo IO-Link y el núcleo será identificado como una interrupción de la comunicación y se enviará un mensaje a través del bus a la red del sistema automatizado de Ethernet.
Las herramientas de configuración configuran todo el Sistema IO-Link y proporcionan una representación del sistema IO-link por debajo del nivel de campo. Estas herramientas asignan dispositivos a puertos en el núcleo, asignan E/S direccionadas a los puertos y también parámetros de los dispositivos.

La integración IO-Link ha sido diseñada para ser simple. Por ejemplo, como los microcontroladores de los sensores tienen una interfaz UART, al añadir varios componentes y mínimos protocolos tienen compatibilidad con la comunicación IO-Link. Una vez establecidos, ya está disponible la parametrización IO-Link, el intercambio de datos, el reporte de diagnosis, la identificación y el mantenimiento. El almacenamiento de los para metros externos se proporciona para dispositivos de backup y rápida carga de dispositivos remplazados.

Además IO-Link simplifica muy bien la sustitución de los dispositivos, desde que el núcleo recibe la identificación exacta de cada dispositivo. Si durante el arduo proceso de sustitución de los dispositivos alguien intenta instalar un dispositivo incorrecto, el núcleo no lo aceptará. IO-Link incluso se adapta a una situación en la que un dispositivo falla al ser remplazado por una versión más nueva que tal vez tiene más características. En este caso, el núcleo reconoce que el dispositivo reemplazado es diferente y lo consulta para determinar si hay algún modo de compatibilidad. Si así fuese el núcleo y el dispositivo trabajarán juntos. Algunas de las características de IO-Link se muestran en la Tabla.

Dos buenos ejemplos de la compatibilidad de IO-Link son los sensores inductivos de SICK y Omron fotoeléctricos. Los sensores SICK están disponibles con una detección de rangos que va hasta los 20 mm, el amplio rango de temperatura operacional que va de -40° a +100°C y la resistencia a los limpiadores son dos características que hacen que estos sensores sean adecuados para la industria alimentaria. Los sensores de Omron fotoeléctricos de tipo reflectivo tienen una fuente de iluminación LED polarizada para la detección de objetos brillantes, un rango de detección de 4 mm y 1-ms de tiempo de respuesta.

La respuesta adecuada

IO-Link resuelve a largo plazo problemas de comunicación de datos a nivel del sensor y también del actuador, todo para proporcionar desde una interfaz estándar única y abierta, hasta una comunicación bidireccional de diagnóstico y configuración de datos. Además, permite realizar un mantenimiento predictivo importante. Como es un estándar cada vez más conocido, cada vez hay más fabricantes que lo están integrando en sus productos. Como resultado, los costes de IO-Link son casi los mismos que los de otros productos ya asentados en el mercado. El IoT industrial se está convirtiendo en una realidad y el IO-Link seguro que acabará siendo obligatorio en este tipo de comunicación de datos.

Artículo cedido por RS Components.