IO-Link : 工业4.0的DNA

IO-Link作为简单、串行、双向、点对点数字化通信协议,是工业物联网和工业4.0的支柱,是实现工厂/设备数字化转型的必要手段。本书介绍了IO-Link的物理特性和通信程序,以及标准参数和IO-Link诊断方式。IO-Link的规划、调试和服务以及与PLC控制的集成为实现自动化实践架起了桥梁。本书还将讨论IO-Link无线和IO-Link安全问题。在回顾了已经取得的成就的同时，展望了IO-Link技术未来可能的进一步发展。

\"约阿希姆？乌费尔曼，曾在乌尔姆大学攻读电气工程学位，主修系统工程。自 2005年起在位于康斯坦茨湖畔克莱斯布隆的ifm ecomatic移动机械子公司工作，该公司隶属于ifm集团，该公司开发和生产用于自动化技术的控制和评估电子设备以及工业通信系统。约阿希姆？乌费尔曼担任技术管理总监，负责分散信号处理和改进的产品组。他是IO-Link 委员会主席，也是 CANopen SIG（特别兴趣小组）IO-Link 的主席，并且是 PNO（Profibus 用户组织）工业4.0通信技术工作组的成员。他的学识详见Handbuch der Prozessautomatisierung（《过程自动化手册》）等出版物以及众多有关 IO-Link 培训的课程。 彼得？温泽克，曾就读于科隆大学电气工程和工商管理专业，后来在柏林自由大学学习商业营销。毕业后，曾在 ABB 从事项目管理工作，随后成为机械工程师从事电气设计工作。他于 1989 年加入 ifm 电子公司，并担任 AS-i 的产品经理。在担任其他多个职位后，自 2013 年起成为 ifm 集团北欧和亚太地区解决方案销售主管。他的工作重点是为工业4.0领域的客户开发硬件、软件和服务解决方案。自1992年以来，他一直是工业通信领域的专家，参与了关于 AS-i 技术的第一本书的出版，并且参与了 IO-Link 委员会的各个工作组。他不定期在纸质杂志和互联网上发表文章，并在全球范围内就工业4.0 / 物联网主题进行讲座。 米里亚姆？雅恩博士，在德国亚琛工业大学学习计算机科学，在德国奥托贝森商学院、美国得克萨斯农工大学和天主教鲁汶大学学习工商管理，并且在德国杜伊斯堡-埃森大学获得“战略网络中的生产计划与控制”博士学位。她拥有德国达姆施塔特应用技术大学的电气工程硕士学位，并自2017年5月起担任SUSS MicroTec AG监事会成员，自 2018 年 10 月起担任 QSC AG 旗下物联网公司 Q-Loud GmbH 首席执行官。她将多年的战略、销售和自动化技术经验与工业4.0和物联网领域全面、专业的知识相结合。在其众多著作中，Industrie 4.0 konkret（《工业 4.0 的具体内容》）是一本工业物联网的实用指南。 \"

1 IO-Link背后的理念 1 2智能传感器和执行器 3 2.1电子传感器——工业3.0 4 2.2 20世纪90年代的“现场总线战争”和自动化金字塔 6 2.3智能传感器 10 2.4 IO-Link作为智能传感器和执行器的全球标准 18 2.5自动化工程中的IO-Link——总结34 3 IO-Link和工业4.0 38 3.1工业4.0——有意义和无意义38 3.2信息金字塔的发展39 3.3信息物理生产系统（CPPS）42 3.4 IO-Link与工业4.0的对接45 4从用户的视角看IO-Link59 4.1 IO-Link对传感器或执行器制造商的意义59 4.2 IO-Link对机器制造商的意义61 4.3 IO-Link对制造型公司的意义64 4.4 IO-Link对高级管理层的意义——优势总结67 5工业4.0和IO-Link的使用现状——应用案例68 5.1电子制造业的应用68 5.2在机械工程中的应用74 5.3制造企业的应用90 5.4 IO-Link和工业4.0作为改造解决方案105 5.5设计开发：IO-Link无线主站115 5.6客户/应用优势的总结116 6回顾与展望121 6.1哪些预言成真了121 6.2 IO-Link和工业4.0的未来125 6.3 IO-Link无线129 7 IO-Link详解135 7.1性能特点与系统概述135 7.2 IO-Link物理层（传输介质）138 7.3传输速率142 7.4通信架构/初始阶段143 7.5数据通道147 7.6数据传输时间155 7.7数据访问（ISDU）158 7.8兼容性159 7.9规范1.0与规范1.1之间的差异160 8标准参数163 8.1 IO-Link设备应用类163 8.2参数页面的结构和内容163 8.3扩展IO-Link参数171 8.4 IO-Link设备参数化187 8.5 IO-Link设备兼容性190 9 IO-Link诊断192 9.1来自IO-Link设备应用程序的诊断消息192 9.2来自IO-Link通信的诊断消息196 9.3 IO-Link主站的基本IO-Link诊断200 9.4系统相关的IO-Link诊断202 9.5兼容的诊断消息203 9.6简化的诊断消息206 10 IO-Link主站端口配置208 10.1 IO-Link端口的主要操作条件208 10.2 IO-Link设备的识别213 10.3从属的附加操作模式（端口周期）215 10.4过程数据分配217 10.5检查配置220 10.6偏移时间221 10.7调试（项目规划和配置）222 10.8 IO-Link数据存储223 10.9标准化的IO-Link主站接口234 11 IO-Link行业规范253 11.1在IO-Link之前的普通传感器标准254 11.2 IO-Link通用行规（CommonProfile）254 11.3智能传感器第二版261 11.4固件更新/BLOB273 11.5最新定义的行规ID、参数和系统命令的概述281 12输入输出设备描述（IODD）285 12.1 IO-Link IODD285 12.2 IODD详解287 12.3为IO-Link设备获取IODD文件288 12.4 IODD检查器289 12.5解释工具289 12.6 IODD现状290 13 IO-Link标准的品质293 13.1测试规范293 13.2规范集合和修订293 13.3互操作性294 13.4制造商声明294 13.5制造商声明的结构294 13.6测试、分析和诊断工具296 13.7测试工具296 13.8诊断工具297 13.9参数集分析298 13.10电磁干扰298 14实际使用中的规划、调试和服务299 14.1规划、开发和建设的实用技巧299 14.2关于工厂工程的要点318 14.3 IO-Link网关的实际调试324 14.4 IO-Link传感器的调试327 14.5 IO-Link执行器的调试330 14.6 IO-Link模块的调试331 14.7维护、维修、故障排除332 14.8 Y路径334 15进阶知识338 15.1 IO-Link接口的结构338 15.2 IO-Link设备接口结构339 15.3 IO-Link主站中的接口结构341 15.4 IO-Link通信346 15.5 M序列及其用法350 15.6 ISDU的详细信息356 16 IO-Link安全363 16.1自动化中的安全364 16.2为什么IO-Link安全364 16.3 IO-Link作为“黑色通道”367 16.4 IO-Link安全通信369 16.5配置和验证374 16.6技术参数375 16.7 OSSDe操作376 16.8到FSCP的网关376 16.9设备开发379 16.10评估和认证380 16.11部署381 16.12客户的利益382 16.13设备尺寸的优势383 16.14 IO-Link安全使用386 16.15 IO-Link安全系统详细信息387 16.16小结398 参考文献400 鸣谢404