IOLink 总线与 SIO 开关量一体化采集方案 降低非标设备硬件及软件开发成本

一、项目背景与通讯痛点

某自动化设备集成商开发一套非标检测设备,设备同时搭载IO-Link光电传感器 ,同时还有两路普通开关量信号(无源 DI)。 设备上位软件基于 TCP 开发,希望一套网关同时实现两类信号采集: 1)IO-Link 光电传感器,读取 IO-Link 过程数据、设备参数; 2)普通开关量信号接入网关 PIN2、PIN4 引脚,作为 SIO 数字 IO 采集;

传统方案需要采购独立 IO-Link 主站模块外加单独远程IO模块,两套硬件,两套通讯协议,上位软件需要同时对接两套设备,硬件成本高,软件对接工作量大;调试阶段需要频繁切换 IO-Link 设备参数,同时监控开关量输入状态。 项目需求:单台设备同时支持 IOLink 总线模式与 SIO 开关量模式;上位 TCP 软件既可以读写 IO-Link从站,又可以读写 PIN2/PIN4 开关量状态;可切换端口工作模式,不需要额外增加远程 IO 硬件。

二、现场工况与改造需求

  1. 网关单通道可切换 IO-Link / SIOIN / SIOOUT 三种工作模式;

  2. IOLink 模式下:读写 IOLink 光电传感器过程数据、Service data 参数;

  3. SIO 模式:PIN4、PIN2 作为开关量输入输出,读取电平状态,可输出控制;

  4. 全部功能基于 TCP 自定义协议,上位软件统一一套报文完成所有交互;

  5. 支持查询端口状态、SIO 引脚电平,事件记录,方便设备调试排错。

三、系统整体解决方案

采用 IO-Link转TCP 网关 ,设备通道做混合使用:通道 1 接入 IO-Link 光电传感器设置为 IO-Link 模式;通道 2 切换为 SIOIN 模式,PIN2、PIN4 接入外部无源开关量信号。

协议调用逻辑:

  1. 通过索引 1 设置端口工作模式:0x20 IOLINK、0x30 SIOIN、0x40 SIOOUT;

  2. 索引 2 获取 SIO 状态,读取 PIN2、PIN4 引脚电平;支持写操作设置 PIN4 输出电平;

  3. IO-Link 通道使用索引 5 读取输入过程数据;索引 7/8 读写 Service data 修改光电传感器参数;

  4. 索引 941 捕获端口通讯异常、SIO 电平跳变事件,用于调试分析。

四、现场调试与功能实现

  1. 网关上电,上位 TCP 发送写指令(索引 1,子索引 1)将通道 1 设置 IO-Link 模式;通道 2 设置 SIOIN 输入模式;

  2. 通道 1:发送索引 5 报文读取光电传感器输入过程数据;使用索引 8 写 Service data 远程修改传感器开关阈值;

  3. 通道 2:调用索引 2 读取 SIO 状态报文,解析 bit0 (PIN4)、bit1 (PIN2) 电平状态;短接引脚,观察返回报文 bit 位跟随电平变化;

  4. 将通道 2 切换为 SIOOUT 模式,通过写索引 2 设置 PIN4 输出高 / 低电平,外接指示灯验证输出动作;

  5. 人为断开 IO-Link 传感器接线,网关生成事件,读取事件内容,上位软件弹窗提示 IOLink 设备断线;

  6. 切换各个模式反复测试,验证模式切换、读写、事件记录功能正常。

五、项目应用成效与价值总结

IO-Link转TCP网关同时兼顾 IO-Link 智能从站采集与普通开关量 SIO 输入输出,省去额外远程 IO 硬件,降低非标设备物料成本。上位软件只需要实现一套 TCP 自定义协议,就可以完成 IOLink 参数配置、过程数据读取、开关量采集输出,同时具备事件排错能力,大幅简化非标自动化设备的软件开发和现场调试工作。适用于非标设备集成、实验室测试台、小型自动化检测装置。

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