特種設(shè)備制造商們了解如何評(píng)價(jià)那些既能加速簡(jiǎn)化生產(chǎn)程序又能降低成本的解決方案，如果在具有I/O Link功能的傳感器和組件外，還有大量的標(biāo)準(zhǔn)傳感器投入使用，成套組裝設(shè)備制造商們便能清楚地看到，I/O Link作為E/A和現(xiàn)場(chǎng)層間的數(shù)字通信接口具有的優(yōu)勢(shì)。

安裝技術(shù)中尚有大量潛力有待發(fā)掘，它們能夠進(jìn)一步降低設(shè)備制造成本，同時(shí)提高生產(chǎn)效力。傳感器和驅(qū)動(dòng)器當(dāng)今依然是通過(guò)大量的單芯、多芯、屏蔽或非屏蔽電纜、接線端子、連接器、接口模塊、網(wǎng)關(guān)及I/O組件與E/A 層相連接。這樣在電子裝配和調(diào)試過(guò)程中便產(chǎn)生了巨大的耗費(fèi)，以及安裝材料會(huì)帶來(lái)高額的成本。人們由于擔(dān)心附加電纜會(huì)增加成本，便從一開(kāi)始就放棄了。

圖1 在SMR公司中，Balluff的閥插頭按進(jìn)程將安裝在上面閥島的8個(gè)雙閥利用I/O Link方式與控制層連接，靠一根經(jīng)由I/O Link 控制箱的普通三芯標(biāo)準(zhǔn)電纜，開(kāi)通電源即可運(yùn)行
出乎人們意料的是，新標(biāo)準(zhǔn)I/O Link接受簡(jiǎn)單的低成本解決方案。如果人們想在原有的信號(hào)處理外加入?yún)?shù)、診斷和狀態(tài)數(shù)據(jù)，往往會(huì)不斷地出現(xiàn)排序錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)瓶頸情況。I/O Link的實(shí)質(zhì)在于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，其可以有效地去除現(xiàn)場(chǎng)總線間的這些瓶頸。一切只需通過(guò)一條普通的三芯電纜，I/O Link就可以和I/O Link控制箱相連接（圖1）。這時(shí)系統(tǒng)已不再需要多芯特殊電纜和附加接口，其中包括通常所需的場(chǎng)間電源箱，昂貴的操控系統(tǒng)插入卡也失去了用場(chǎng)。

I/O Link在機(jī)械制造現(xiàn)場(chǎng)總線連接中所起的作用猶如USB標(biāo)準(zhǔn)對(duì)計(jì)算機(jī)外部設(shè)備的即插即用式連接：標(biāo)準(zhǔn)化低成本系列的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接對(duì)于信號(hào)的傳輸來(lái)說(shuō)是一樣的。對(duì)機(jī)械制造業(yè)中的傳感器、驅(qū)動(dòng)器、操作和顯示部分的連接而言，I/O Link將成為對(duì)制造商具有指導(dǎo)意義的標(biāo)準(zhǔn)。而對(duì)于不具備I/O Link性能的標(biāo)準(zhǔn)傳感器來(lái)說(shuō)，I/O Link也可以向下兼容，完全不受干擾因素的影響。

I/O Link需要完美連接

“曾經(jīng)機(jī)器設(shè)備采用平行布線，這極其耗時(shí)還隨時(shí)可能出錯(cuò)，且成本高昂，多虧有了I/O Link，費(fèi)時(shí)又費(fèi)力的布線在我們這里已成為歷史。”SMR特種設(shè)備的主管項(xiàng)目經(jīng)理和設(shè)計(jì)師Rainer Erbe介紹了其自身使用現(xiàn)場(chǎng)總線接口的體驗(yàn)。這家企業(yè)建立于于1991年，擁有23名員工，位于德國(guó)圖林根州Wutha-Farnroda的這家工廠既生產(chǎn)單獨(dú)的自動(dòng)化組件，也生產(chǎn)成套的自動(dòng)組裝裝置。SMR為某家知名家用電器供貨商生產(chǎn)的第二套設(shè)備用于組裝閥門，該種閥由12種部件組成，例如：塑料件、O型環(huán)和壓縮彈簧。在經(jīng)過(guò)密封測(cè)試后，共有20道前后銜接的環(huán)節(jié)，整個(gè)生產(chǎn)全部自動(dòng)化。之前的一套自動(dòng)組裝裝置還是按照舊日方法進(jìn)行布線，而第二套則采用了I/O Link.。Rainer Erbe表示說(shuō)：“系統(tǒng)的好處直接顯現(xiàn)出來(lái)：安裝明顯變得簡(jiǎn)單且一目了然。每一環(huán)節(jié)都清清楚楚。除此之外，具有診斷能力的組件能夠迅速方便地與設(shè)備結(jié)為一體，為未來(lái)的使用提供了保障。”

圖2 裝配的核心部件是Balluff 的I/O Link現(xiàn)場(chǎng)總線控制裝置，其具有I/O Link功能，此處案例中，Balluff的BIS L識(shí)別系統(tǒng)和閥島及閥插頭是為控制層所用
每個(gè)工件架上均有兩個(gè)閥門組件，它們以6s的間隔同時(shí)快速穿過(guò)沿著一條運(yùn)輸帶設(shè)立的安裝場(chǎng)地。BIS L識(shí)別系統(tǒng)是為極端惡劣的環(huán)境而設(shè)計(jì)，并且還有經(jīng)過(guò)傳感技術(shù)專家和連接供貨商Balluff驗(yàn)證過(guò)的RFID解決方案，都為物流和控制系統(tǒng)間信息的順暢交流提供了保障（圖2）。一旦系統(tǒng)識(shí)別出一個(gè)錯(cuò)誤，控制系統(tǒng)就會(huì)在下一站時(shí)中斷該閥的組裝。同時(shí)，在生產(chǎn)線的終端還設(shè)有3個(gè)檢查環(huán)節(jié)，能分別對(duì)閥門處于基本狀態(tài)與工作狀態(tài)時(shí)的密封性以及彈性進(jìn)行全自動(dòng)檢驗(yàn)。在此之后系統(tǒng)才將部件交付裝配。在閥門組裝裝置上同時(shí)還應(yīng)用了大量二進(jìn)制標(biāo)準(zhǔn)傳感器。對(duì)此，I/O Link也有一個(gè)非常簡(jiǎn)單、節(jié)時(shí)且優(yōu)化成本的解決方案：由于I/O Link可以向下兼容，Balluff生產(chǎn)的I/O Link傳感器集線器便可以把普通傳感器，例如叉式光電傳感器、電或磁場(chǎng)感應(yīng)傳感器發(fā)出的信號(hào)收集起來(lái)，并按照不同的類型，以8～16個(gè)入徑為一組接至I/O Link連接端口上（圖3）。

圖3 Balluff傳感集線器能將開(kāi)關(guān)傳感器的信號(hào)收集起來(lái)，并按照不同的類型，以8～16個(gè)入徑為一組接至I/O Link的連接端口
I/O Link創(chuàng)造巨大的時(shí)間優(yōu)勢(shì)

企業(yè)利用標(biāo)準(zhǔn)三芯電纜可以獲取設(shè)備控制數(shù)據(jù)，從而不再需要特殊的或附加的電纜，也不需要接線端子或額外的I/O組件，因此節(jié)約能力可觀。“I/O Link讓我們?cè)跁r(shí)間上領(lǐng)先了一大步，節(jié)省下來(lái)的時(shí)間可以用來(lái)做最后的設(shè)備檢驗(yàn)和最終的驗(yàn)收準(zhǔn)備工作。”項(xiàng)目經(jīng)理解釋：“早在立項(xiàng)之初我們便清楚地發(fā)現(xiàn)了，將Balluff公司的銷售代理Knut V?lker盡早地與項(xiàng)目捆綁在一起是有好處的，這樣無(wú)需浪費(fèi)時(shí)間即可制定出正確的成本優(yōu)化方案。”

安裝入設(shè)備的每個(gè)模塊都擁有其自身的傳感集線器和針對(duì)各傳感器及驅(qū)動(dòng)器的控制裝置（圖4）。Rainer Erbe得出以下結(jié)論：“這對(duì)我們大有好處，邏輯上講，我們可以將電子組件組合到一起，隨后只需開(kāi)啟少數(shù)幾個(gè)連接器，就可以為各個(gè)模塊的運(yùn)輸作準(zhǔn)備了。由于系統(tǒng)采用I/O Link既不需要為電纜上夾固定，又不需要批量生產(chǎn)接連器，全部組裝工作只需一個(gè)技工當(dāng)場(chǎng)就能獨(dú)自進(jìn)行，因?yàn)閷?duì)于這個(gè)技工來(lái)說(shuō)，只是把電氣部分的傳感器及設(shè)備上的配電部分轉(zhuǎn)到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)傳感器線路的三芯電纜上，非常簡(jiǎn)明易懂。”

圖4 安裝設(shè)備的每個(gè)模塊都是完全的自給自足，其擁有和各傳感器及驅(qū)動(dòng)器連接在一起后自身的傳感集線器和控制裝置
I/O Link控制裝置：現(xiàn)場(chǎng)總線的核心

Balluff的BIS L識(shí)別系統(tǒng)由每個(gè)組件基座上的一個(gè)牢固的圓形數(shù)據(jù)載體、各個(gè)處理站上的閱讀器，以及包括I/O Link的分析單位組成。閱讀磁頭可發(fā)出125kHz的能量信號(hào)，進(jìn)而獲取數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)載體可在無(wú)接觸狀態(tài)時(shí)從中獲取能量，并將識(shí)別號(hào)碼發(fā)回到閱讀器上。I/O Link的分析單位在控制器和數(shù)據(jù)載體之間發(fā)揮著數(shù)據(jù)傳輸鏈接的作用。

裝配的核心部件是Balluff 的I/O Link現(xiàn)場(chǎng)總線控制裝置。I/O Link-閥插頭（BNI IOL-75x）能通過(guò)I/O Link控制箱把Festo CPV閥島的8個(gè)雙閥和控制層進(jìn)行連接。閥島不必進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，接通時(shí)只需把閥的插頭推向閥島即可。而另一端，一個(gè)可以旋擰的M12插頭與一個(gè)普通的標(biāo)準(zhǔn)四芯電纜完成對(duì)接，完整的電氣控制和全部進(jìn)程與服務(wù)數(shù)據(jù)間的交換都可實(shí)現(xiàn)。