概述
在现有的工业自动化生产流水线上，有成百上千的夹爪，机械臂，气缸，电机等执行单元在可编程逻辑控制器（PLC）的控制下，按部就班地执行着预设的动作。这些执行单元通常包含以电机为代表的电动系统，和以气杆为代表的气动系统。
在气动系统中，气杆的工作原理较为简单，通过对密闭的气缸注入或释放压缩空气，来实现气杆的伸、缩动作，因此它比较适合那些简单但重复执行的任务。而由于气杆本身的工作相对独立，因此可以通过多个气杆的联动，来实现一个更为复杂而完整的自动化操作。气动系统也因它的动作快速，力矩爆发力强等诸多优点，在自动化生产线中被广泛使用。
项目描述
在气动系统中，气缸中气杆推杆的推出和缩回，是通过电磁阀和电磁阀控制器来进行精准控制的。
针对工业气动系统的气阀控制器的需求，意法半导体工业自动化技术创新中心推出了基于IO-Link接口的32路电磁阀控制器。该设计包含了软硬件的全套解决方案，具有如下诸多优点：
项目实施
根据气阀控制器的实际需求，我们设计了如下图所示的硬件解决方案。
IO-Link 32路电磁阀驱动板 系统应用示意图 同类产品
首先在IO-Link接口上我们选用了5芯的M12航空接口来满足IO-Link Class-B的定义，这样仅需一个M12连接头，就包含了两路独立的电源和IO-Link信号线。这样整个阀岛控制器的接口相较于传统的EtherCAT控制器更加的简洁，易于维护。
由于使用了两路电源来分别给控制端和负载端供电，两个电源从物理结构上之间保证了安全的隔离。另外由于32个通道的设计思路，传统的并行控制方案会对MCU的GPIO数量有很高的要求，同时会需要使用很多通道的隔离器件。ST带隔离的高边驱动芯片（ISO8200AQ）使用SPI的通讯接口，大大节省了GPIO的数量，同时内置的信号隔离功能，也省掉了额外的隔离芯片需求。而ISO8200AQ的小型QFN封装，既保证了散热的需求，同时也可以让整个PCB板的设计更加的紧凑，因此如果想进一步拓展更多的通道也十分的便利。
针对32路通道输出状态的显示，我们以4*8 LED矩阵扫描的方式指示各通道的输出状态，使得维护人员能够很直观地观察阀岛控制器的实时输出状态。
在工业控制领域，产品稳定性、安全及可靠性极为重要。为此我们专门为IO-Link电源及信号线就近布置了大功率的TVS管(SMBJ30CA)，这些TVS管能很好地防止静电、浪涌电压等对后级控制单元的影响和损坏，进而提升产品的安全性。同时，电源端的过压和欠压情况也十分常见，因此对电源电压过压、欠压的实时检测和上报，也非常必要。为此我们在负载电源端通过电压基准芯片(TL432)和光耦隔离器件，将负载端电源的电压状态通过IO-Link过程数据，实时上传至控制主机(如PLC)，方便维护人员及时发现系统供电方面的问题，快速维护和处理，确保产品能处于一个稳定安全的工作电压范围。
对于IO-Link从站的开发，意法半导体针对性地推出了IO-Link物理层收发芯片（L6364）和免费的IO-Link从站协议栈(MiniStack)，协议栈支持STM32G0, L0, L4等系列低成本低功耗MCU。此外，L6364内置的DC-DC和LDO能提供5V@50mA和3.3V@50mA的电源给后级使用，不需要额外的电源管理芯片，可以有效地简化IO-Link从站设计。
选择IO-Link的原因
相较于传统的EtherCAT接口的阀岛控制器，IO-Link用一个接口取代了EtherCAT的三个的接口，使得在物理接口上更加精简。在硬件成本上，IO-Link的物理层收发芯片(Transceiver)和MCU也远低于EtherCAT 方案。在软件上，针对IO-Link从站的开发，ST能提供成熟的从站协议栈(MiniStack)和开发例程， 让IO-Link从站设备厂商无需投入软件协议栈的成本，大大地缩短了从产品开发到批量生产的时间周期。
ST可为客户提供一站式IO-Link主站、各类IO-Link 从站如数字输入输出模块、各类IO-Link传感器、IO-Link执行器的交匙（TurnKey）解决方案。
