Tudo sobre a rede IO-Link

Tudo o que você precisa saber sobre a rede IO-Link

Fala pessoal, tudo certo? Tenho quase certeza de que você já ouviu falar de rede IO-Link, correto? Quando falamos do IO-Link, estamos falando de uma rede que segue a norma IEC 61131-9.

Além disso, a comunidade de usuários afirma que o IO-Link é a primeira tecnologia de entrada / saída padronizada. Um dos motivos deste protocolo serial e bidirecional tornar-se popular, foi devido a sua simples configuração.

Muitos fornecedores já desenvolvem e produzem dispositivos IO-Link para atender à nova demanda por essa tecnologia. Hoje, a ideia é aprender um pouco sobre sua história, operação e, claro, os pontos negativos e positivos.

Acompanhe o artigo e faça seus comentários! 😉

Tabela de conteúdo:

• O que é o IO-Link?
• Característica da rede IO-Link
• Conexão simples e flexível
• Como funciona o IO-Link?
• Tipos de dados
• Comunicação e monitoramento remoto
• IO-Link Wireless
• Como funciona o IO-Link Wireless
• Prós e contras
• Dispositivos IO-Link no mercado

O que é o IO-Link?

O protocolo foi desenvolvido com foco na simplificação e na troca de dados entre sensores de campo de diferentes fornecedores. Com isso em mente, os desenvolvedores do IO-Link se reuniram para construir essa ideia, dando origem ao consórcio da comunidade IO-Link (IO-Link Community Consortium).

Hoje em dia, o consórcio tem uma grande lista de membros, como as empresas Advantech, Banner, Endress+Hauser e Rockwell.

O sistema ponto-a-ponto estabelece comunicação com sensores e atuadores usando um cabo de três fios. Este gráfico ilustra um exemplo da sua topologia:

O IO-Link também troca três tipos de dados – informação do processo, serviços e eventos.

Características da rede IO-Link

Primeiramente, a rede usa apenas um cabo de três fios que permite conectores do tipo M5, M8 e M12. No entanto, a grande maioria dos dispositivos utilizam como padrão o M12.

Componentes de rede

A rede possui cinco elementos para conectar os sensores e atuadores ao controlador.

Mestre IO-Link

Primeiro, você precisa do mestre IO-Link para conectar os dispositivos de campo ao sistema de controle automatizado. Você pode instalá-lo no sistema de controle ou como um sistema IO.

Suas entradas fazem conexões ponto-a-ponto com os sensores, permitindo valores analógicos e digitais de 8, 12 e 16 bits. Além disso, o mestre pode usar vários tipos de barramentos, como um barramento de campo ou de backplane específicos de produto.

Sensores e dispositivos IO-Link

Segundo e terceiro, você precisa de sensores e dispositivos IO-Link, como medidores de vazão e válvulas. Embora você possa usar dispositivos IO-Link em sistemas padrão, não é possível fazer o inverso.

Cabos específicos

Em quarto lugar, você precisa dos cabos certos para conectar tudo. Para isso, você pode usar cabos não blindados de três ou cinco fios com conectores M5, M8 ou M12.

Ferramenta de configuração

Por último e não menos importante, você deve ter uma ferramenta de engenharia para configurar os sensores e atribuir os parâmetros necessários.

Conexão simples e flexível

O IO-Link pode conectar vários dispositivos inteligentes em um único endereço, permitindo uma ampla variedade de dispositivos em sua rede. Essa habilidade fornece muitos benefícios, como blocos IO-Link.

Também facilita a troca dos dispositivos, porque o protocolo pode configurar um novo dispositivo automaticamente a partir do controlador. Por isso, temos uma economia de tempo e esforço na manutenção. Sempre uma grande vantagem, certo?

A rede IO-Link também facilita a configuração dos parâmetros. Esse recurso economiza tempo e aborrecimento durante a instalação. Podemos dizer que é outra grande vantagem.

Além disso, o IO-Link é uma solução aberta com um consórcio internacional que possui muitos fornecedores como membros. Isso lhe dá mais opções para o seu processo sem precisar se ater a um único fornecedor.

Como funciona o IO-Link?

O mestre IO-Link pode ter diferentes modos de operação para suas portas. O modo IO-Link (IO-Link mode) define a porta para comunicação IO-Link. Em seguida, o modo DI (DI mode) define a porta para se comportar como uma entrada digital e o modo DQ (DQ mode) como uma saída digital.

Por último, temos o modo desativado (Deactivated mode). Se você decidir não usar uma porta, poderá configurá-la como desativada.

A taxa de transmissão, vem em três tipos para a versão V1.1:

• COM 1 = 4,8 Kbaud
• 2 = 38,4 Kbaud
• 3 = 230.4 Kbaud (opcional baseado na especificação V1.0)

Os sensores e atuadores IO-Link suportam apenas uma taxa de transmissão cada. Mas o mestre pode suportar todos eles, além de se adaptar automaticamente à taxa de transmissão de cada dispositivo com base na especificação V1.1.

Agora, vamos falar sobre o tempo de resposta. Isso depende de muitos fatores como:

• Arquivos de descrição do dispositivo;
• Ciclo mínimo do dispositivo;
• Tempo de processamento interno do mestre;
• E muito mais.

Tipos de dados

Fiz uma lista com os tipos de dados dentro da rede IO-Link e detalhes de que tipo informação você encontra neles.

Dados do processo:

Os dados do processo contêm a entrada e saída dos sensores e atuadores. Esses dados atualizam todos os ciclos, geralmente a cada dois milissegundos, e enviam entre 1 e 32 bits.

Dados do serviço:

Você pode recuperar informações do dispositivo de campo usando unidades de dados de serviço (SDUs). Ele se comunica usando até 16000 blocos, e você pode obter todas as informações básicas do dispositivo – número de série, tipo, versão, etc.

Além de obter informações avançadas, como diagnósticos e configurações.

Dados de evento:

Qualquer evento que ocorra na rede ou com os dispositivos, como alarmes, acionará as mensagens de evento, assim que os dispositivos reconhecerem o evento.

Segundo o consórcio, você tem quatro tipos de dados de eventos:

• Dados do processo (cíclico)
• Status do valor (cíclico)
• Dados do dispositivo (acíclicos)
• Eventos (acíclicos)

Comunicação e monitoramento remoto

Quando falamos desta rede, os seus usuários têm diversas possibilidades, como ler e escrever nos dispositivos utilizando controladores. Este tipo de função ajuda em um rápido comissionamento e configuração.

Também podemos citar que a rede possibilita que os operadores realizem a troca de dispositivos em falha de forma mais eficiente. O que quero dizer é que quando um novo dispositivo é plugado no lugar do antigo, o novo dispositivo é automaticamente configurado conforme o sensor anterior.

Essa funcionalidade, reduz o tempo de parada e facilita a operação da planta.

Por último, a rede fornece informações online de tudo o que está acontecendo. Essas informações podem ser: status dos equipamentos, alertas,  eventos e diagnóstico.

Com os dados online, é possível evitar problemas com dispositivos que poderiam criar uma parada de planta não planejada. Mais uma vez temos um ponto de econômica.

IO-Link Wireless

A tecnologia de hoje exige coleta de dados mais fácil, rápida e barata. A comunicação sem fio fornece todos esses benefícios e se tornou popular na automação de processos.

Muitos usuários já se sentem familiarizados com a tecnologia e o utilizam em suas vidas diárias.

Hoje, a discussão sobre a tecnologia sem fio mudou de “como funciona?” para “como ela beneficiará minha fábrica?”. O consórcio permaneceu atualizado ao lançar o padrão sem fio.

Esse padrão atende a digitalização, reforçando a tecnologia e oferecendo uma ampla gama de possibilidades usando o IO-Link.

Como funciona o IO-Link Wireless?

A rede consiste em um gateway, funcionando como o mestre, com dispositivos conectados a ele. Claro, você precisará de uma ferramenta de engenharia para configurar e atribuir parâmetros.

A topologia de rede se assemelha ao padrão IO-Link, usando o layout de estrela para conectar os dispositivos ao mestre. Se você tiver um dispositivo com fio, a rede suportará uma ponte (adaptador wireless) para enviar os seus dados sem fio ao gateway.

A rede sem fio usa três tipos de dados. Sim, novamente dados.

Os dados do processo trocam até 32 bytes a cada ciclo. Em seguida, os dados do status de valor confirmam a validade dos dados do processo. Por último, os dados de parâmetros e diagnósticos fornecem condições operacionais, avisos, falhas e outras informações do tipo.

Este gráfico mostra a arquitetura IO-Link com e sem fio:

Prós e contras

Agora, as vantagens e desvantagens de usar esta solução em sua planta.

Prós:

• Economia de tempo durante a configuração do dispositivo
• Economia dinheiro na estrutura de instalação e arquitetura de rede
• Diagnóstico de alto nível dos sensores e atuadores

Contras:

• Deve ter menos de 20 metros entre o remoto IO e  componente IO-Link
• Não recomendado para grandes volumes de dados ou comunicação de alta velocidade para o controle

Tipos de sensores IO-Link no mercado

Existem diversos tipos de sensores IO-link no mercado, a rede tem se consolidado mais e mais. Empresas com perfil mais inovador, arriscaram antes e já tem um portfolio com várias opções.

Outras empresas com perfil de seguidoras, estão lançando aos poucos suas opções com o protocolo. Não vou citar nenhuma marca, mas farei uma lista dos tipos de sensores e aí você já pode encontrar com o protocolo IO-Link.

• Transmissor de pressão
• Transmissor de baixas vazões
• Transmissor de temperatura
• Chaves de nível
• Sensores de proximidade
• Sensores fotoelétricos
• Sensores indutivos
• Indicadores de posição
• Entre outros

Conclusão

O protocolo IO-Link é uma das opções do mercado. Seria esse o melhor para a sua aplicação? Como padrão isso vai depender das necessidades do seu processo. No entanto, é sempre importante entender como as redes funcionam e os lados positivos e negativos da sua adoção.

Caso tenha qualquer dúvida, deixe o seu comentário e não esqueça de nos seguir no LinkedIn e compartilhar o artigo com os seus colegas de profissão e a quem possa ajudar a entender mais sobre esse assunto. Até a próxima galera!

Forte abraço.

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Fabrício Andrade

Tenho 12 anos de experiência no mundo da Automação industrial, comecei minha carreira na JAT Instrumentação, depois trabalhei na Emerson Automation Solutions e Endress+Hauser. Tive a chance de implementar projetos, ministrar treinamentos e resolver problemas em diversas empresas no Brasil e Latina América. Trabalhei por 3 anos na Alemanha em um e-commerce de automação industrial e hoje sou gerente de marketing digital global na Endress+Hauser Suiça focado em IIoT. Além disso, sou cartunista e baterista nas minhas horas de folga.

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