บทนำสู่เทคโนโลยีเซ็นเซอร์ IO-Link

IO-Link เป็นโปรโตคอลการสื่อสารแบบอนุกรมแบบจุดต่อจุดที่ได้มาตรฐานสากล (IEC 61131-9) ซึ่งออกแบบมาเพื่อเชื่อมต่อเซ็นเซอร์และแอคทูเอเตอร์เข้ากับระบบควบคุมอุตสาหกรรม ในฐานะที่เป็นตัวขับเคลื่อนสำคัญของ Industry 4.0 IO-Link จะเปลี่ยนเซ็นเซอร์ไบนารีหรืออนาล็อกแบบเดิมให้เป็นอุปกรณ์อัจฉริยะที่สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลแบบสองทิศทางได้ ซึ่งแตกต่างจากระบบฟิลด์บัสแบบดั้งเดิม IO-Link ทำงานผ่านสายเคเบิล 3 เส้นแบบไม่มีฉนวนหุ้มมาตรฐาน (ยาวสูงสุด 20 เมตร) และใช้ขั้วต่อ M8/M12 ที่ใช้งานทั่วไป เพื่อให้มั่นใจถึงความเข้ากันได้ในสถาปัตยกรรมระบบอัตโนมัติที่หลากหลาย ด้วยการรองรับอัตราข้อมูลสูงสุดถึง 230.4 kbaud ทำให้สามารถส่งค่ากระบวนการ พารามิเตอร์อุปกรณ์ และข้อมูลการวินิจฉัยได้แบบเรียลไทม์ ซึ่งเป็นการเชื่อมช่องว่างระหว่างอุปกรณ์ระดับภาคสนามและระบบควบคุมระดับสูง เช่น PLC หรือแพลตฟอร์มคลาวด์

สถาปัตยกรรมทางเทคนิคและกลไกการสื่อสาร

ระบบ IO-Link ประกอบด้วยส่วนประกอบหลักสามส่วน: IO-Link master, อุปกรณ์ IO-Link (เซ็นเซอร์/แอคทูเอเตอร์) และสายเคเบิลมาตรฐาน มาสเตอร์ทำหน้าที่เป็นเกตเวย์ระหว่างระบบควบคุม (เช่น PLC) และอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ จัดการการสื่อสารผ่านการแลกเปลี่ยนข้อมูลแบบวนรอบที่เรียกว่า M-sequences ข้อมูลถูกจัดเป็นหมวดหมู่:

1. ข้อมูลกระบวนการ: ค่าที่ส่งแบบวนรอบ (เช่น การอ่านอุณหภูมิ สถานะสวิตช์)

2. ข้อมูลบริการ: พารามิเตอร์ที่ไม่เป็นวงจร (เช่น การระบุอุปกรณ์ การตั้งค่าการกำหนดค่า)

3. ข้อมูลเหตุการณ์: การแจ้งเตือนการวินิจฉัย (เช่น คำเตือนโอเวอร์โหลด ข้อผิดพลาดในการเชื่อมต่อ)

   โปรโตคอลรองรับอัตราการส่งข้อมูลสามแบบ (COM1: 4.8 kbaud, COM2: 38.4 kbaud, COM3: 230.4 kbaud) และใช้กลไกการปลุกเพื่อเจรจาต่อรองความเร็วในการสื่อสารโดยอัตโนมัติ อุปกรณ์แต่ละเครื่องอธิบายโดยไฟล์ IO Device Description (IODD) ทำให้สามารถผสานรวมแบบ plug-and-play และจัดเก็บพารามิเตอร์สำหรับการเปลี่ยนเซ็นเซอร์ได้อย่างราบรื่น

สถานการณ์การใช้งานหลักในระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม

1. การบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์: เซ็นเซอร์การสั่นสะเทือนพร้อม IO-Link (เช่น PCBs รุ่น 674A91) ตรวจสอบพัดลมอุตสาหกรรม ส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์เกี่ยวกับความเร่งสูงสุด ความเร็ว RMS และอุณหภูมิ เพื่อทำนายความล้มเหลวของแบริ่งหรือการจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง ลดเวลาหยุดทำงานได้ถึง 30%

2. การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการในการผลิต: ในการผลิตเบียร์ เซ็นเซอร์อุณหภูมิและความดัน IO-Link (เช่น ซีรีส์ Sentinel) ช่วยให้สามารถสอบเทียบถังหมักและระบบ CIP ได้จากระยะไกล ทำให้มั่นใจได้ถึงการควบคุมรอบการทำความสะอาดและการไหลของส่วนผสมอย่างแม่นยำ

3. สายการผลิตที่ยืดหยุ่น: เครื่องอ่าน RFID พร้อมอินเทอร์เฟซ IO-Link (เช่น Pepperl+Fuchs IUT-F191) อนุญาตให้กำหนดพารามิเตอร์แบบไดนามิกสำหรับการผลิตแบบ batch-size-one ซึ่งการตั้งค่าเซ็นเซอร์จะปรับให้เข้ากับรูปแบบบรรจุภัณฑ์ที่แตกต่างกันโดยไม่ต้องมีการแทรกแซงด้วยตนเอง

4. ความปลอดภัยและการวินิจฉัย: ส่วนขยาย IO-Link Safety ให้การตรวจสอบข้อผิดพลาดโดยละเอียด (เช่น การตรวจจับไฟฟ้าลัดวงจร) สำหรับระบบที่สำคัญ เป็นไปตามมาตรฐาน IEC 61784-3 ในขณะที่ลดความซับซ้อนของสายไฟผ่านสายเคเบิลแบบรวม

ข้อดีเหนือระบบเซ็นเซอร์แบบเดิม

IO-Link กำจัดการเสื่อมสภาพของสัญญาณอนาล็อกโดยการแปลงข้อมูลเป็นดิจิทัลที่ต้นทาง ทำให้มั่นใจได้ถึงความแม่นยำแม้จะมีสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า ความสามารถแบบสองทิศทางช่วยให้สามารถกำหนดค่าระยะไกลผ่านเครื่องมือซอฟต์แวร์ (เช่น Sensor Studio) ลดเวลาในการทดสอบระบบลง 50% เมื่อเทียบกับการตั้งค่าด้วยตนเอง นอกจากนี้ เทคโนโลยีดังกล่าวยังช่วยลดความซับซ้อนของสายไฟโดยการแทนที่สายเคเบิลอนาล็อกหลายเส้นด้วยสายเคเบิลเส้นเดียวต่ออุปกรณ์ ลดต้นทุนการติดตั้งลง 15–20% การผสานรวมกับแพลตฟอร์มคลาวด์ผ่าน IO-Link master ยังช่วยให้การวิเคราะห์ข้อมูลพร้อม IIoT สำหรับข้อมูลเชิงลึกเชิงคาดการณ์

-Endress+Hauser Instruments    

-ALLEN BRADLEY PLC

-YOKOGAWA Instruments

-MTL

-P+F

-ผลิตภัณฑ์เพิ่มเติม