一、IO-Link的描述
工业物联网架构最底层是数据，通常情况下，底层传感器会在采集到数据后，将数据传送给上层控制器。在传统工业控制系统中，以测距传感器为例，最终控制器除了能获取到距离值之外，无法获得其他信息。这种控制方式对工业物联网的价值和意义非常低，因为单一测距信息并不能满足控制器在复杂自动化场景下的应用需求。通常，在传统的工业控制系统中，传感器种类很多，如测距传感器、光热传感器、电流/电压模拟量传感器等等，各类传感器的控制方式不一样，接线方式就有所差异，这样整个系统的复杂性维度就更高了。
随着工业4.0及数字化转型的进程加快，有效利用物联网提供的丰富的底层大数据，IO-Link接口技术应运而生。与现场总线和工业以太网不同，IO-Link是新兴技术协议，它不属于现场总线，而是一种点到点的通讯技术，是通向执行器和传感器的最后一步，也被誉为自动化的最后一米技术。通过IO-Link主站和传感器/执行器之间点对点串口的双向连接，有效打通控制器与底层设备之间的通讯。作为一种创新且简单、独立于现场总线、基于开放标准（IEC 61131-9）的新技术，IO-Link使设备层（传感器、执行器）与控制器的连接能够实现标准化IO。这样，控制器就能直接访问到设备层，而不是仅仅停留在远程IO模块或者扩展IO模块，从而能够有效地将传统传感器和智能传感器/执行器集成在自动化系统中。
二、IO-Link的实现
IO-Link系统如下图所示，由三部分组成：主站、从站及线缆
图1 – IO-Link系统
（1）IO-Link主站设备（网关）+GSD文件（General Station Description File)
IO-Link主站提供接口，作用是建立底层设备通往上级控制器的网关，基本上可以用于所有现场常见的现场总线系统，带有GSD文件，根据现场总线类型的不同，描述文件的调用方式/类型也不同，比如Profinet，调用GSD文件、DeviceNet用EDS电子数据表，CC-Link就是CSP文件等。
（2）IO-Link从站+IODD文件（I/O-Device Description)
IODD，基于开放的SML标准，包含子站设备相关的信息，包括通信的属性、设备的特定变量、数据类型、处理过程的数据（包括事件、错误代码含义、IO-Link从站在各个软件界面、用户界面的标准等）。
（3）IO-Link线缆（非屏蔽标准3芯电缆，最长20米）
用于连接主站与从站。物理层面来讲，接口很简单，如上图所示的四个针脚，1、3作为24V直流供电，4作为SIO标准的输入输出以及IO-Link这两种模式进行切换去进行数据通信，2可用可不用，一般用的话是用于额外的开关量输入输出。
三、为什么使用IO-Link
在传统的信号传输模式下，底层设备（传感器等）连接到远程IO模块，再通过现场总线连接到控制层，控制层再通过工业以太网连接到信息层，或者底层设备直接通过工业以太网连接到信息层。这种传输方式存在两大弊端：
而IO-Link全数字化传输正好解决了这两个问题，对于底层设备来说，不管是开关类，还是过程类的，都具备统一的IO-Link接口，所有信号传输过程都是数字化传输过程，控制层或者信息层可以直接访问到底层传感器的过程值、参数、诊断信息等完整信息，整个传输过程是双向的，控制层和信息层也能够直接对远程的传感器进行参数配置。IO-Link有效解决了控制层、信息层与底层传感器的数据隔离，接口统一（正如前面提到使用的是非屏蔽标准3芯线缆）。
图2 – IO-Link数字传输
四、虹科IO-Link方案
虹科IO-Link、主站协议栈支持所有的IO-Link功能、报文类型和比特率，非常容易移植到多种不同的MCU上，且适配大多数的主站PYH芯片。目前虹科IO-Link主站协议栈已经实现移植到V850，Rx，78K0R，80C164，PIC32，STM32，R32，ARM9，CORTEX M3 / M4等，主站的端口数量取决于µC资源。
图3 – IO-Link主站协议栈
对比（1）中提到的主站方案，该方案是面向急需将IO-Link协议栈用起来，且不用担心软件移植以及硬件设计的客户群体，他们通常重点关注IO-Link主站与上层现场总线通讯的实现。基于客户这类需求，虹科能够提供基于STM32F4和Maxim 14819的硬件原理图，软件协议栈的固件，但是不提供源代码。除此之外，虹科还会提供协议栈的测试报告，可用于一致性测试的声明。
图4- 主站设计解决方案
虹科IO-Link设备协议源码，能在不同的微控制器上进行移植（8/16/32位），同时能够和大部分的IO-Link收发器进行适配，支持向后兼容IO-Link V1.0标准，可以根据具体的设备应用进行配置；其设备协议栈扩展实现了与IO-Link相关的设备应用，包括参数管理器、数据存储、块参数化、事件调度器、设备状态和详细的设备状态、参数一致性检查、应用复位、Back-to-Box命令、IO-Link设备固件更新。
图5 – IO-Link从站协议栈
该工具是用于IO-Link设备测试的硬件产品，它符合最新的IO-Link规范，用于演示或预参数化，通过使用带有IODD解释器的工具进行认证测试，集成到TIA Portal等PLC工程工具中。其配套软件可作为独立的Windows应用程序执行，无需PLC即可运行IO-Link主站。
图6 – IO-Link测试工具
从站：
1）基于STM32F1和L6362A的从站模块，能够将普通的传感器信号传化成IO-Link信号，具有四种模式16DI、16DO、8DI8DO，以及UART数据传输。
图7 – 虹科IO-Link Hub
主站：
基于STM32H7和L6360实现的IO-Link主站，其MCU拥有八个串口从而可以连接八路的L6360，
这样只需要一个MCU就可以支持8路的IO-Link通道。在连接上层设备的工业现场总线上，我们可以选择不同的接口芯片来支持不同的工业现场总线，比如说PROFINET、EtherNet/IP、EtherCAT等。
五、结语
根据IEC 61131-9标准，IO-Link也被公认为国际标准，因此已在全球范围内获得认可，独立于各自的主流现场总线系统。用户可以完全信赖IO-Link提供的国际公认的解决方案，具有长期的可靠性，适用于所有的自动化环境。这为制造商和用户提供了很高的投资保护——特别是考虑到未来的应用。2021年虹科通过IO-Link国际协会认证，批准成为IO-Link能力中心（IO-Link Competence Center），并获IO-Link能力中心证书。虹科专业的技术团队将始终致力于为广大客户提供强有力的IO-link技术支持。
