DE102020112985A1 - IO-Link adapter - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen IO-Link-Adapter (1) für ein Kommunikationssystem der Automatisierungs- und Prozesstechnik, das einen IO-Link-Master (3) und ein IO-Link-Device (5) umfasst, wobei über eine Verbindungsleitung Spannungs- und/oder Stromsignale ausgetauscht werden, das IO-Link-Device (5) geeignet ist, digitale Daten nach dem IO-Link-Standard zur Verfügung zu stellen und zu empfangen und für die Kommunikation zwischen Adapter (1) und IO-Link-Master (3) eine Stromstärke von mindestens 50 mA benötigt wird, wobei masterseitig ein erster Anschluss (2) zur Verbindung mit dem IO-Link-Master (3) und deviceseitig ein zweiter Anschluss (4) zur Verbindung mit einem IO-Link-Device (5) vorgesehen ist, wobei Mittel zur Strom- und/oder Spannungsbegrenzung (6) der am ersten Anschluss (2) anliegenden Kommunikationssignale vorhanden sind, um die Stromstärke und/oder die Spannung am zweiten Anschluss (4) zur Weitergabe der Kommunikationssignale an das IO-Link-Device (5) auf Werte zu begrenzen, die den Einsatz des IO-Link-Devices (5) in explosionsgefährdeter Umgebung ermöglichen, wobei zur Verstärkung der am zweiten Anschluss (4) anliegenden strom- und/oder spannungsbegrenzten Kommunikationssignale eine Stromquelle (8) und Stromsenke (7) vorhanden sind, um die Stromstärke am ersten Anschluss (2) zur Weitergabe der Kommunikationssignale an den IO-Link-Master (3) auf das für die IO-Link-Kommunikation benötigte Niveau von mindestens 50 mA zu erhöhen, wobei die Stromquelle (8) als Push-Schaltstufe und die Stromsenke (7) als Pull-Schaltstufe ausgeführt ist und wobei der IO-Link Adapter (1) dazu ausgebildet ist, die Stromquelle (8) und die Stromsenke (7) nur dann zu aktivieren, wenn eine Kommunikation vom IO-Link-Device (5) in Richtung IO-Link-Master (3) erfolgt und sie derart zu steuern, dass die Stromquelle (8) im Falle einer logischen Eins und die Stromsenke (7) im Falle einer logischen Null aktiviert wird.Außerdem wird ein Verfahren zum Betreiben eines IO-Link-Devices (5) in einer explosionsgefährdeten Umgebung beansprucht.The invention relates to an IO-Link adapter (1) for a communication system in automation and process technology, which comprises an IO-Link master (3) and an IO-Link device (5), with voltage and / or current signals are exchanged, the IO-Link device (5) is suitable for providing and receiving digital data according to the IO-Link standard and for communication between the adapter (1) and the IO-Link master ( 3) a current of at least 50 mA is required, with a first connection (2) on the master side for connection to the IO-Link master (3) and a second connection (4) on the device side for connection to an IO-Link device (5 ) is provided, with means for current and / or voltage limitation (6) of the communication signals applied to the first connection (2) being present in order to increase the current strength and / or the voltage at the second connection (4) for forwarding the communication signals to the IO- Link device (5) to be limited to values, i.e. e enable the use of the IO-Link device (5) in potentially explosive environments, whereby a current source (8) and current sink (7) are available to amplify the current and / or voltage-limited communication signals applied to the second connection (4) to To increase the current intensity at the first connection (2) for forwarding the communication signals to the IO-Link master (3) to the level of at least 50 mA required for IO-Link communication, with the current source (8) as a push switching stage and the current sink (7) is designed as a pull switching stage and the IO-Link adapter (1) is designed to activate the current source (8) and the current sink (7) only when communication from the IO-Link device (5) in the direction of the IO-Link master (3) and to control it in such a way that the current source (8) is activated in the event of a logical one and the current sink (7) in the event of a logical zero. In addition, a method for Operating an IO-Link device (5) in a r in an explosive environment.
Description
Die Erfindung betrifft einen IO-Link Adapter gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb gemäß Patentanspruch 4.The invention relates to an IO-Link adapter according to
Unter IO-Link wird eine Schnittstelle zur seriellen Punkt-zu-Punkt-Kommunikation zwischen Feldgeräten, d.h. Sensoren oder Aktoren (nachfolgend IO-Link-Device genannt) mit einer Mastereinheit (nachfolgend IO-Link-Master genannt) gemäß der Norm IEC 61131-9 verstanden. Diese Norm legt die Technologie einer digitalen Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsschnittstelle für kleine Sensoren und Aktoren - SDCI (allgemein bekannt als IO-Link ™) - fest. Sie erweitert die in der IEC 61131-2 definierten herkömmlichen Schnittstellen digitaler Ein- und Ausgänge um eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung und ermöglicht so die Übertragung von Parametern an das IO-Link-Device und die Übermittlung von Diagnose-Informationen vom IO-Link-Device zum IO-Link-Master und damit zum Automatisierungssystem. Diese Technologie ist hauptsächlich für einfache Sensoren und Aktoren in der Fertigungsautomation vorgesehen, die kleine und kostengünstige Mikrocontroller einsetzen.IO-Link is an interface for serial point-to-point communication between field devices, i.e. Sensors or actuators (hereinafter called IO-Link device) with a master unit (hereinafter called IO-Link master) according to the IEC 61131-9 standard. This standard specifies the technology of a digital point-to-point communication interface for small sensors and actuators - SDCI (commonly known as IO-Link ™). It expands the conventional interfaces of digital inputs and outputs defined in IEC 61131-2 by a point-to-point communication connection and thus enables the transmission of parameters to the IO-Link device and the transmission of diagnostic information from the IO- Link device to the IO-Link master and thus to the automation system. This technology is mainly intended for simple sensors and actuators in production automation that use small and inexpensive microcontrollers.
Mit einer derartigen Schnittstelle versehene Sensoren für die Automatisierungstechnik werden unter anderen auch von der Anmelderin hergestellt und vertrieben.Sensors for automation technology provided with such an interface are also manufactured and sold by the applicant, among others.
Da der Strom auf der mit C/Q bezeichneten Signalleitung gemäß der oben genannten Norm 50 mA betragen muss, sind diese Geräte wegen der von ihnen ausgehende Zündgefahr per se nicht zum Betrieb in einer explosiven Atmosphäre geeignet.Since the current on the signal line marked C / Q must be 50 mA according to the above-mentioned standard, these devices are per se not suitable for operation in an explosive atmosphere due to the danger of ignition they pose.
Um den Betrieb in einer derartigen Umgebung zu ermöglichen, sind die in Europa geltenden ATEX-Normen zu erfüllen, wobei die Vermeidung energiereicher Funken vorauszusetzen ist, was angesichts eines Logikpegels von 24-30 Volt zwingend eine Strombegrenzung erfordert. In einem solchen, eigensicheren Stromkreis sind Spannung und Strom so zu wählen, dass bei einem Gerätefehler keine Zündung erfolgen kann, weil die Zündenergie kleiner ist als die Mindestzündenergie in der explosiven Atmosphäre.In order to enable operation in such an environment, the ATEX standards applicable in Europe must be met, whereby the avoidance of high-energy sparks must be assumed, which in view of a logic level of 24-30 volts requires a current limitation. In such an intrinsically safe circuit, the voltage and current must be selected in such a way that ignition cannot take place in the event of a device failure because the ignition energy is less than the minimum ignition energy in the explosive atmosphere.
Die ATEX-Norm erfordert eine Barriere, die den Strom und die Spannung (= Leistung) begrenzt. Je kleiner die Leistung, desto einfacher wird die Ausgestaltung der Elektronik im Sensor.The ATEX standard requires a barrier that limits the current and voltage (= power). The lower the power, the simpler the design of the electronics in the sensor becomes.
Die
Was derartige Geräte aus den genannten Gründen nicht leisten können, ist die Erzeugung von IO-Link-Signalen mit einer Stromstärke von 50 mA, da diese zusätzlich über die Spannungsversorgung zur Verfügung gestellt werden müsste.For the reasons mentioned, what such devices cannot achieve is the generation of IO-Link signals with a current of 50 mA, as this would also have to be made available via the power supply.
Andererseits gibt es durchaus Feldgeräte mit geringem Energiebedarf, die prinzipiell für den Einsatz in explosionsgefährdeter Umgebung geeignet wären, allerdings ohne dass dabei eine IO-Link-Schnittstelle zum Einsatz kommen könnte.On the other hand, there are certainly field devices with low energy requirements that would in principle be suitable for use in potentially explosive environments, but without an IO-Link interface being able to be used.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diesem Nachteil abzuhelfen und den Einsatz eines herkömmlichen IO-Link-Devices, d.h. ein Feldgerät mit IO-Link-Schnittstelle, in explosionsgefährdeter Umgebung zu ermöglichen und es dabei mit einem herkömmlichen IO-Link-Master kommunikativ zu verbinden.The object of the invention is to remedy this disadvantage and to use a conventional IO-Link device, i. to enable a field device with IO-Link interface in a potentially explosive atmosphere and to connect it communicatively to a conventional IO-Link master.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem IO-Link-Adapter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 4. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved according to the invention with an IO-Link adapter having the features of
Der Erfindungsgedanke besteht darin, in die Kommunikationsleitung zwischen einem IO-Link-Device und einem IO-Link-Master einen Adapter vorzusehen, der einerseits mit dem IO-Link-Master auf der erforderlichen 50 mA-Signalleitung kommuniziert und andererseits mit dem IO-Link-Device den ATEX-Normen entsprechend energiereduziert kommuniziert. Wesentlich dabei ist, dass der Adapter in eine bestehende Kommunikationsleitung zwischen IO-Link-Device und IO-Link-Master integriert werden kann und dabei keinerlei Veränderungen am Device oder am Master vorgenommen werden müssen, so dass herkömmliche Geräte verwendet werden können.The idea of the invention consists in providing an adapter in the communication line between an IO-Link device and an IO-Link master, which on the one hand communicates with the IO-Link master on the required 50 mA signal line and on the other hand with the IO-Link -Device communicates with reduced energy in accordance with the ATEX standards. It is essential that the adapter can be integrated into an existing communication line between IO-Link device and IO-Link master and that no changes have to be made to the device or the master, so that conventional devices can be used.
So wird die Möglichkeit geschaffen, IO-Link Devices auch in explosionsgefährdeter Umgebung einsetzen zu können. Voraussetzung ist allerdings, dass zum einen die Stromaufnahme des IO-Link Devices unter dem für die Eigensicherheit erforderlichen Grenzwert liegt (eine feste Grenze für die Versorgung des Sensors ist nicht vorgegeben) und dass zum anderen auch energiereduzierte IO-Link Signale vom IO-Link Devices ausgewertet werden können.This creates the possibility of using IO-Link devices in potentially explosive environments. However, the prerequisite is that, on the one hand, the current consumption of the IO-Link device is below the limit value required for intrinsic safety (there is no fixed limit for the supply of the sensor) and, on the other hand, that energy-reduced IO-Link signals from the IO-Link device can be evaluated.
Der bidirektionale Signalstrom zum IO-Link Device wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform durch eine Zenerbarriere, bestehend aus einer Zener-Diode, einer Sicherung und einem Widerstand, begrenzt.According to a preferred embodiment, the bidirectional signal flow to the IO-Link device is limited by a Zener barrier consisting of a Zener diode, a fuse and a resistor.
Damit ein „normaler“ IO-Link Master die so abgeschwächten Sendesignale des IO-Link Devices empfangen und verarbeiten kann, da die IO-Link-Norm wie beschrieben ein Niveau von mindestens 50 mA vorschreibt, werden die Kommunikationssignale vom IO-Link Device durch zwei gesteuerte Stromquellen verstärkt, wobei genauer gesagt eine Stromquelle als Stromsenke fungiert. Die Stromquelle ist dabei als Push-Schaltstufe und die Stromsenke als Pull-Schaltstufe ausgeführt und beide werden prinzipiell nur aktiviert, wenn eine Kommunikation vom IO-Link-Device in Richtung IO-Link-Master erfolgt, was von einer Mess- und Logikeinheit geprüft wird. Im anderen Fall sind sie gesperrt. Schließlich werden sie noch derart gesteuert, dass die Stromquelle im Falle einer logischen Eins und die Stromsenke im Falle einer logischen Null zur Verstärkung aktiviert wird.So that a "normal" IO-Link master can receive and process the weakened send signals of the IO-Link device, since the IO-Link As described in the standard stipulates a level of at least 50 mA, the communication signals from the IO-Link device are amplified by two controlled current sources, with one current source acting as a current sink. The current source is designed as a push switching stage and the current sink as a pull switching stage and both are only activated when there is communication from the IO-Link device to the IO-Link master, which is checked by a measuring and logic unit . Otherwise they are blocked. Finally, they are controlled in such a way that the current source is activated for amplification in the event of a logic one and the current sink in the event of a logic zero.
Somit erfolgt der Datenverkehr mit dem IO-Link-Master gemäß der IO-Link Norm mit 50 mA und zum IO-Link-Device hin mit einem deutlich begrenzten Signalstrom von beispielsweise 4 mA.Thus, the data traffic with the IO-Link master takes place according to the IO-Link standard with 50 mA and to the IO-Link device with a clearly limited signal current of, for example, 4 mA.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein bidirektionaler Repeater eingesetzt, so dass die Kommunikationsrichtung und auch die Stromrichtung ohne weiteres softwaremäßig aus den vom IO-Link-Master oder vom IO-Link-Device gesendeten Signalen bestimmt werden kann, so dass die genannten Messungen überflüssig werden. So fungiert der erfindungsgemäße IO-Link Adapter gegenüber dem Feldgerät als Master und dem Master gegenüber Device.In an advantageous embodiment, a bidirectional repeater is used so that the communication direction and also the current direction can easily be determined by software from the signals sent by the IO-Link master or the IO-Link device, so that the measurements mentioned are superfluous. The IO-Link adapter according to the invention thus functions as a master for the field device and the master for the device.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the drawings.
Es zeigen schematisch:
-
1 einen diskret aufgebauten erfindungsgemäßen IO-Link Adapter, -
2 einen erfindungsgemäßen IO-Link-Adapter mit zwei Schaltverstärkern, -
3 eine bevorzugte Ausgestaltung mit einemRepeater 10 und -
4 einen Logik-Ablaufplan zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Anordnung.
-
1 a discreetly constructed IO-Link adapter according to the invention, -
2 an IO-Link adapter according to the invention with two switching amplifiers, -
3 a preferred embodiment with arepeater 10 and -
4th a logic flow chart for operating an arrangement according to the invention.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.In the following description of the preferred embodiments, the same reference symbols designate the same or comparable components.
Die
In der Signalleitung C/Q sind mit Bezugszeichen
Der Widerstand RL beträgt typischerweise 3 KΩ. Zur Verbesserung der Signalflanken kann er durch ein mindestens einen Kondensator und optional einen weiteren Widerstand aufweisendes RC-Netzwerk überbrückt werden.The resistance R L is typically 3 KΩ. To improve the signal edges, it can be bridged by an RC network having at least one capacitor and optionally another resistor.
Außerdem sind zwei mit der Signalleitung C/Q verbundene Stromquellen
Die Logikeinheit
Die
Die
Die
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- IO-Link-AdapterIO-Link adapter
- 22
-
Erster Anschluss des IO-Link Adapters
1 First connection of the IO-Link adapter 1 - 33
- IO-Link-MasterIO-Link master
- 44th
-
Zweiter Anschluss des IO-Link Adapters
1 Second connection of the IO-Link adapter 1 - 55
- Feldgerät mit einem IO-Link Slave (IO-Link-Device)Field device with an IO-Link slave (IO-Link device)
- 66
- Mittel zur (Strom- und Spannungsbegrenzung (Begrenzungswiderstand RL, Z-Diode)Means for (current and voltage limitation (limiting resistor R L , Z-diode)
- 77th
- mit der Signalleitung C/Q verbundene Stromsenke (oder Pull-Schaltstufe)current sink (or pull switching stage) connected to signal line C / Q
- 88th
- mit der Signalleitung C/Q verbundenen Stromquelle (oder Push-Schaltstufe)power source connected to signal line C / Q (or push switching stage)
- 99
-
Logikeinheit zur Steuerung der Stromsenke und -quelle
7 und8 Logic unit for controlling the current sink and source7th and8th - 1010
- Repeater zur normgerechten und explosionssicheren bidirektionalen KommunikationRepeater for standard-compliant and explosion-proof bidirectional communication
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102006009827 B4 [0007]DE 102006009827 B4 [0007]
- DE 102016217706 A1 [0027]DE 102016217706 A1 [0027]
Claims (4)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102019112416 | 2019-05-13 | ||
DE102019112416.6 | 2019-05-13 |
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DE102020112985.8A Pending DE102020112985A1 (en) | 2019-05-13 | 2020-05-13 | IO-Link adapter |
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DE (1) | DE102020112985A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4016201A1 (en) * | 2020-12-21 | 2022-06-22 | Günther Stephan Zimmer | Safety cut-off device for mechatronic component |
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2020
- 2020-05-13 DE DE102020112985.8A patent/DE102020112985A1/en active Pending
Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
EP4016201A1 (en) * | 2020-12-21 | 2022-06-22 | Günther Stephan Zimmer | Safety cut-off device for mechatronic component |
DE102020007808B4 (en) | 2020-12-21 | 2022-12-15 | Günther Zimmer | Safety shutdown device for a mechatronic component |
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