DE-102020113663-B4 - Geräteeinheit, Mastereinheit und eine Verbindungsanordnung zur Punkt-zu-Punkt Kommunikation gemäß dem IO-Link Kommunikationsstandard

Abstract

Geräteeinheit zur Punkt-zu-Punkt Kommunikation mit einer Mastereinheit gemäß dem IO-Link Kommunikationsstandard, wobei im IO-Link Kommunikationsstandard zwei Arbeitsmodi definiert sind, einem ersten SIO-Modus bei dem ein Schaltsignal von der Geräteeinheit zur Mastereinheit übertragen wird und einem zweiten IO-Link-Modus bei dem die Mastereinheit über Digitalsignale mit der Geräteeinheit kommuniziert wobei im laufenden Betrieb die Mastereinheit eine Änderung des Arbeitsmodus vom SIO-Modus auf IO-Link-Modus durch einen Request-Signal anfordern kann, wobei die Geräteeinheit eine IO-Link Schnittstelle mit zwei Versorgungsanschlüssen L+/L- zur Energieversorgung der Geräteeinheit und einen Signalanschluss C/Q zur Signalübertragung entsprechend dem gewählten Arbeitsmodus aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass am Signalanschluss C/Q eine Impedanz-Anpassungs-Schaltung vorgesehen ist, die das Schaltsignal im SIO-Modus nicht beeinträchtig und die Reflektionen der Kommunikationssignale im IO-Link-Modus verringert, damit auch bei Entfernungen von über 20 m zwischen Geräteeinheit und Mastereinheit bei der digitalen Kommunikation keine Bitfehler auftreten.

Inventors

• Werner Hoch
• Fabian Schorrer

Assignees

• IFM ELECTRONIC GMBH

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20200520

Claims (10)

1. Geräteeinheit zur Punkt-zu-Punkt Kommunikation mit einer Mastereinheit gemäß dem IO-Link Kommunikationsstandard, wobei im IO-Link Kommunikationsstandard zwei Arbeitsmodi definiert sind, einem ersten SIO-Modus bei dem ein Schaltsignal von der Geräteeinheit zur Mastereinheit übertragen wird und einem zweiten IO-Link-Modus bei dem die Mastereinheit über Digitalsignale mit der Geräteeinheit kommuniziert wobei im laufenden Betrieb die Mastereinheit eine Änderung des Arbeitsmodus vom SIO-Modus auf IO-Link-Modus durch einen Request-Signal anfordern kann, wobei die Geräteeinheit eine IO-Link Schnittstelle mit zwei Versorgungsanschlüssen L+/L- zur Energieversorgung der Geräteeinheit und einen Signalanschluss C/Q zur Signalübertragung entsprechend dem gewählten Arbeitsmodus aufweist, dadurch gekennzeichnet , dass am Signalanschluss C/Q eine Impedanz-Anpassungs-Schaltung vorgesehen ist, die das Schaltsignal im SIO-Modus nicht beeinträchtig und die Reflektionen der Kommunikationssignale im IO-Link-Modus verringert, damit auch bei Entfernungen von über 20 m zwischen Geräteeinheit und Mastereinheit bei der digitalen Kommunikation keine Bitfehler auftreten.
2. Mastereinheit zur Punkt-zu-Punkt Kommunikation mit einer Geräteeinheit gemäß dem IO-Link Kommunikationsstandard, wobei im IO-Link Kommunikationsstandard zwei Arbeitsmodi definiert sind, einem ersten SIO-Modus bei dem ein Schaltsignal von der Geräteeinheit zur Mastereinheit übertragen wird und einem zweiten IO-Link-Modus bei dem die Mastereinheit über Digitalsignale mit der Geräteeinheit kommuniziert wobei im laufenden Betrieb die Mastereinheit eine Änderung des Arbeitsmodus vom SIO-Modus auf IO-Link-Modus durch einen Request-Signal anfordern kann, wobei die Mastereinheit eine IO-Link Schnittstelle mit zwei Versorgungsanschlüssen L+/L- zur Energieversorgung einer Geräteeinheit und einen Signalanschluss C/Q zur Signalübertragung entsprechend dem gewählten Arbeitsmodus aufweist, dadurch gekennzeichnet , dass am Signalanschluss C/Q eine Impedanz-Anpassungs-Schaltung vorgesehen ist, die das Schaltsignal im SIO-Modus nicht beeinträchtig und die Reflektionen der Kommunikationssignale im IO-Link-Modus verringert, damit auch bei Entfernungen von über 20 m zwischen Geräteeinheit und Mastereinheit bei der digitalen Kommunikation keine Bitfehler auftreten.
3. Einheit gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet , dass die Impedanz-Anpassungs-Schaltung bewirkt, dass im IO-Link Modus die Impedanz an die Leitungsimpedanz der Signalleitung angepasst ist und im geschalteten Zustand im SIO-Modus (Ein-Zustand) die Impedanz niederohmig ausgeführt ist.
4. Einheit nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet , dass die Impedanz-Anpassungs-Schaltung einen Serienwiderstand mit einer schaltbaren Überbrückung aufweist, wobei im SIO-Mode der Serienwiderstand überbrückt und im IO-Link-Modus nicht überbrückt ist.
5. Einheit nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet , dass zwei parallel geschalteten Endstufen vorgesehen sind, wobei die Endstufen alternativ betrieben werden, und eine erste Endstufe für den SIO-Modus aktivierbar ist und eine zweite Endstufe für den IO-Link-Modus aktivierbar ist, wobei der Signalanschluss C/Q der zweiten Endstufe zur Impedanz-Anpassung einen Serienwiderstand aufweist.
6. Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Impedanz-Anpassungs-Schaltung einen Kondensator aufweist, der mit dem Schaltungsnullpunkt verbunden ist.
7. Verbindungsanordnung für eine Punkt-zu-Punkt Kommunikation zwischen einer Geräteeinheit mit einer Mastereinheit gemäß dem IO-Link Kommunikationsstandard dadurch gekennzeichnet , dass die Verbindungsanordnung aus einer ersten Repeaterteileinheit und einer zweiten Repeaterteileinheit besteht, die jeweils eine IO-Link Schnittstelle mit zwei Versorgungsanschlüssen L+/L- zur Energieversorgung der Geräteeinheit und einen Signalanschluss C/Q zur Signalübertragung entsprechend dem gewählten Arbeitsmodus aufweist, wobei am Signalanschluss C/Q eine Impedanz-Anpassungs-Schaltung vorgesehen ist, die das Schaltsignal im SIO-Modus nicht beeinträchtig und die Reflektionen der Kommunikationssignale im IO-Link-Modus verringert, damit auch bei Entfernungen von über 20 m zwischen den Repeaterteilen bei der digitalen Kommunikation keine Bitfehler auftreten.
8. Verbindungsanordnung nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet , dass die Impedanz-Anpassungs-Schaltung bewirkt, dass im IO-Link Modus die die Impedanz an die Leitungsimpedanz der Signalleitung angepasst ist und im geschalteten Zustand im SIO-Modus (Ein-Zustand) niederohmig ausgeführt ist.
9. Verbindungsanordnung nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet , dass die Impedanz-Anpassungs-Schaltung einen Serienwiderstand mit einer schaltbaren Überbrückung aufweist, wobei im SIO-Mode der Serienwiderstand überbrückt und im IO-Link-Modus nicht überbrückt ist.
10. Verbindungsanordnung nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet , dass zwei parallel geschalteten Endstufen vorgesehen sind, wobei die Endstufen alternativ betrieben werden, und eine erste Endstufe für den SIO-Modus aktivierbar ist und eine zweite Endstufe für den IO-Link-Modus aktivierbar ist, wobei der Signalanschluss C/Q der zweiten Endstufe zur Impedanz-Anpassung einen Serienwiderstand aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Geräteeinheit, Mastereinheit und eine Verbindungsanordnung zur Punkt-zu-Punkt Kommunikation gemäß dem IO-Link Kommunikationsstandard, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, 2 bzw. 7. IO-Link ist ein herstellerübergreifendes standardisiertes Kommunikationssystem zur Anbindung von intelligenten Sensoren und Aktoren an eine Steuerung. Dieses Kommunikationssystem ist in der Norm IEC 61131-9 unter der Bezeichnung Singledrop digital communication interface for small sensors and actuators (SDCI) normiert. Dieser Standard definiert sowohl die elektrischen Anschlussdaten als auch ein digitales Kommunikationsprotokoll, über das die Sensoren und Aktoren mit dem Master in Datenaustausch treten. Ein IO-Link-System besteht aus einem IO-Link-Master, der über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit einem oder mehreren IO-Link-Devices (IO-Link Modulen), die nachfolgend auch als Geräteeinheiten bezeichnet werden, verbunden ist. Der IO-Link-Master stellt die Schnittstelle zur überlagerten Steuerung (z. B. SPS) über einen Feldbus zur Verfügung und steuert die Kommunikation mit den angeschlossenen IO-Link-Geräten (8). Ein IO-Link-Master kann einen oder mehrere IO-Link-Ports haben, an jedem Port kann aber nur ein IO-Link-Device angeschlossen werden. IO-Link verwendet Punkt-zu-Punkt-Kommunikation und ist somit kein Feldbus im klassischen Sinne. Ein IO-Link-Device ist ein intelligenter Sensor oder Aktor. Intelligent heißt im Hinblick auf IO-Link, dass ein Gerät z. B. eine Seriennummer oder Parameterdaten (z. B. Empfindlichkeiten, Schaltverzögerungen oder Kennlinien) besitzt, die über das IO-Link-Protokoll lesbar bzw. schreibbar sind. Das Ändern von Parametern kann damit z. T. im laufenden Betrieb durch die SPS erfolgen. Die Konfigurations-Parameter der Sensoren und Aktoren sind gerätespezifisch, daher gibt es für jedes Gerät Parameterinformationen in Form einer IODD (IO Device Description). Mit Hilfe von IO-Link können Sensoren automatisch parametriert, Anlagenzustände diagnostiziert und Messwerte verlustfrei übertragen werden. Aus den Druckschriften EP2211464A1, DE102012009494A1 und DE102014106752A1 sind verschiedene IO-Link Kommunikationsschaltungen und IO-Link Kommunikationsverfahren bekannt. Aus der Druckschrift DE102007032845A1 sind ein Bus-Repeater und ein Verfahren zur Ankopplung zweier Bus-Segmente über einen Bus-Repeater allgemein für Feldbusse bekannt. Aus der DE19710137A1 ist ein Verfahren zur Erweiterung eines ASi Bussystems bekannt. Aus der DE 10 2018 109 576 B3 ist eine Zwischeneinheit zur bidirektionalen Datenübertragung zwischen einem IO-Link Device und einem IO-Link Master mit einer Anpassungsschaltung bekannt. Die Anpassungsschaltung ist aktiv ansteuerbar, um unerwünschte Spannungsspitzen auf der Signalleitung zu vermeiden. IO-Link erlaubt gemäß Spezifikation eine Verbindung zwischen Master und Device von max. 20 m Kabellänge. Bei längeren Verbindungen kann es zu Bit-Fehlern kommen. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Geräteeinheit, Mastereinheit und eine Verbindungsanordnung zur Punkt-zu-Punkt Kommunikation gemäß dem IO-Link Kommunikationsstandard die den IO-Link Spezifikationen entspricht und die auch größere Kabellängen von mehr als 20 m ermöglicht, ohne dass dadurch Bitfehler entstehen können, anzugeben. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, 2, 7 angegebenen Merkmale gelöst. Eine wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, bei einer Geräteeinheit zur Punkt-zu-Punkt Kommunikation mit einer Mastereinheit gemäß dem IO-Link Kommunikationsstandard, am Signalanschluss C/Q der IO-Link-Schnittstelle eine Impedanz-Anpassungs-Schaltung vorgesehen ist, die das Schaltsignal im SIO-Modus nicht beeinträchtig und die Reflektionen der Kommunikationssignale im IO-Link-Modus verringert. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch:1 Geräteeinheit und Mastereinheit1a Blockdiagramm IO-Link Device1b Pin Belegung am Port eines IO-Link Devices1c IO-Link Device als Sensor1d schematisierte Schaltungsanordnung zu 12 Spannungs-Zeit-Diagramm3 Schaltungsanordnuung mit verbesserter Leitungsimpedanz4 Spannungs-Zeit-Diagramm5a ertes Ausführungsbeispiels der Erfindung5b zweites Ausführungsbeispiels der Erfindung6 Verbindungsanordnung mit Repeatereinheiten gemäß der Erfindung7 Spannungs-Zeit-Verlauf bei einem Wake-up-Request8 IO-Link-Gerät 1 zeigt eine Geräteeinheit (Device) und eine Mastereinheit (Master) gemäß den IO-Link-Spezifikationen. Die Geräteeinheit weist einen IO-Link-Schnittstelle mit zwei Versorgungsanschlüssen L+/L- zur Energieversorgung der Geräteeinheit sowie einen Signalanschluss C/Q zur Signalübertragung auf. Schematisch ist die Verbindung zwischen der Geräteeinheit und der Mastereinheit, als Kabel mit 3 Adern dargestellt, jedoch nicht längengetreu sondern nur für jede Ader als reine Kapazität. Die Signalla