Formation Bus de Terrain _Partie 2a _ IO-Link

W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link

Introduction :Les Entrées/Sortiesdanslessystèmesautomatisés
1. Aujourd’hui,80% de systèmes d’automatisme industriel sont des systèmesdistribués, concentrésautour d’un réseau
industriel,
2. 75%de composants matériels de ces systèmes sont desmodules d’Entrées/Sorties
3. Avec l’équipement associé (capteurs, connecteurs, câbles), ils représentent
• ~60%de coûts « matériels »
• ~65%de coûts d’intégration (câblage, réglage, tests)
4. ~48%d’interventions concernentles problèmes de composants d’Entrées/Sorties (unepanne, le remplacement,
le réglage/paramétrage, l’extension)
5. Pour 70%d’utilisateurs, la réduction des coûts et l’amélioration de la productivité est déterminéepar le choix des
systèmes E/S (la fonctionnalité, la disponibilité, la facilité d’intégration, les prix)
2

Introduction :Evolution desarchitectures desEntrées/Sorties
3
Source : W.Healy, « IO-Link, 5reasons to switch todistributed I/O »,White Paper, Balluff Inc, 2012
Les systèmes d’ Entrées/Sorties ont évoluées significativement dans les
40 dernières années.
L’objectif était toujours:
- Une réduction descoûts d’intégration etd’exploitation (parle point
d’E/S),
- Unesimplification et une réduction du temps de laconception etde la
mise en œuvre,
- Une minimisation dunombre d’interfaces nécessaires (bornes,
coffrets, connecteurs, câbles)
- Une augmentation dela disponibilitédusystème, avec une
optimisation des procédés du dépannage
Centralisée Centralisée, déportée
Distribuée
Distribuée,
déportée

Introduction :Evolution desarchitectures desEntrées/Sorties
4
Lesrésultats decette évolution
1. La percée en matière de communication sur toutes les
couches (niveaux) du système de Contrôle-Commande
(réseaux industriels)
2. Une généralisation des composants intelligent
(capteurs/actionneurs), avec un µprocesseur et un certain
nombre de données à exploiter
3. Une réduction dunombre desvariantes et d’interfaces
grâce àla standardisation de la connectique
4. Diagnostic centralisé pour la globalité de l’installation et
de l’équipement
Mais :
a) Les réseaux n’atteignent pas le niveau des capteurs/actionneurs
dit «simples ». Donc les données embarquées restent
souvent inexploitables
b) Certain problèmes «physiques »restent :
- E/S TOR PNP/NPN, 2/3 fils (?),
- E/S analogiques 0-10V/(0)4-20mA, 3/4/5 fils,
- Le fonctionnement «mixte »(A/D) sur la même interface
physique …
Donc, les coûts d’intégration (et d’exploitation)restent élevés, même
pour des technologies d’E/S simples.

Introduction :IO-Link- ladernièreétaped’évolution desE/S
5
Power24V DC
IO-Link: est une interface communicante pour les
capteurs/actionneurs:
1. Les modules, distribués sur leréseau, contiennent le dispositif de
communications, du type «Maître/Esclave» avec les E/S
2. « Esclave» réalise unefonction simpled’E/S (TOR, ou
analogique, ou numérique) et communique ses données au
« Maître »
3. La connexion se fait via un simple câbleà 3(5) fils, dela
longueur max. de20m,
4. Le fonctionnement «mixte A/D» est possibles, souvent
« Plug& Work » IO-Master  IO-Slaves (device) ->
Main Controller
Source : Balluff Inc, 2012

IO-Link : quelques détails techniques
- Qu’est-cequec’est IO-Link ?
- Commentfonctionne-t-il?
6

Qu’est-ceque c’est IO-Link ?
7
1. IO-Link est une interface decommunication sérielleentre le système
de commande et les composants dits « de bas niveau » : les capteurs et
les actionneurs.
2. IO-Link est normalisé :IEC-61131-9
3. IO-Link est une structure type«Maître–Esclave», indépendante du
bus de terrainutilisé et s’intègre facilement dans un réseau existant
4. IO-Link permet d’échanger :
- desdonnées deprocess (les mesures),
- desdonnées deservice
- diagnostic (l’état du device),
- les paramètres (configuration), etc.
5. IO-Link utilise lecâbleà 3(4/5 *) fils, non-blindé, de lalongueur max.
20m, et les connecteurs standardisés M12/M8/M5
(*) en fonctiond’environnement
7
Power24V DC
IO-Master  IO-Slaves (device) ->
Main Controller
Source : Balluff Inc, 2012

Les composants du système IO-Link
8
Ethernet
FIELDBUS
IO-Link
connections
IO-Link Devices
(Slaves)
IO-Link Masters
(Ports)
IO-Link
estindépendant
du bus deterrainutilisé
Les composants IO-Link:
• IO-Link Device (Esclave)
(capteur/actionneur ou un autredispositif défini dans la spécification
IEC61131-9)
• IO-Link Connection
(un câble decommunication 3/4/5fils, non blindé, max 20m,avec
connecteurs M12/M8/M5selon la norme IEC60947-5-2)
• IO-Link Master
(p.ex.un module E/S del’API ou déporté,unepasserelletype
CTEU/CAPC ou ProfiNet-IO-Link,…)

Les composantsdusystèmeIO-Link :le Master
9
1. Les produits du type IO-Link Master sont proposés parplusieurs fournisseurs
- Festo (CECC-LK, CTEU/CAPC, CPX-CTEL)
- Siemens,Beckhoff, B&R,
- PhoenixContact, Wago,MurrElectronic
- Balluff,Turck, IFM, Sick,
2. Le Master IO-Link peut avoir1 à N portsde communication
3. Pour Master, ilest conseillé d’utiliser une prise type M12, 5 broches, femelle
4. Pour le Master, la spécification défini deux classes de ports:
- Port classe A,où l’affectation de labroche 2 n'est pas détaillée,
etpeut être librement définie parle constructeur,
- Portclasse Bpour les appareils nécessitant une alimentation spéciale.
Port A Port B
Info++

Les composantsdusystèmeIO-Link :IO-LinkDevice(Esclave)
10
IO-Link Master
IO-Link Device
1. Un IO-Link Device met à la disposition du Master un certain nombre de
données:
- Données de process (les valeurs mesurées),
- Données deservices (paramètres, données diagnostic)
- Données d’identification de l’appareil
2. Ces données sont rangées dans les endroits (adresses) bien précises etsont
accessibles viale protocole IO-Link.
3. Chaque fabricant d’un appareil doit organiser lamémoire et créer les variables
dans ces zones définies.
4. Toute cette information est décrite dans le fichier IODD fournis parle
fabricant.
(IODD=Input OutputDeviceDescription)

IO-Link : lesbasesdufonctionnement
1. Lesconnections sont «point-à-point» : UNportdu Master =UNseule IO-Link Device (Esclave);
2. IO-Link peut fonctionner :
- en mode SIO de commutation 24V; comme avec un capteur « classique »,et - en mode
COM1/2/3 de communication sérielle (pulse modulation, stdUART, 1/8/E/1)
3. Vitesses de communication possibles (kBit/s) :
4.8 (COM1),38.4 (COM2),230.4 (COM3)
3. Au niveau applicatif, IO-Link réalise 2 formes detransmission:
a) Transmission cyclique(pardéfaut) des données process
(lesvaleursanalogiquessontnumériséeset transmisesencontinu)
a) Transmission acyclique(à la demande du Maître):
- Paramètres de configuration (Service Data)
- Données diagnostiques
- Evénements (erreurs, avertissements, notifications)
11

IO-Link : lesbasesdu fonctionnement :info ++, maisimportante
1. Un portIO-Link peut être aussi utilisé comme une Entrée/Sortie TOR;
2. Le réglage se fait,en général, parle logiciel deconfiguration et doit être formellement décrite parle constructeur (dans la
documentation de l’appareil).
SIO-Mode: EntréeouSortie TORStandard
- UnCapteur/Actionneur« Normal»de 24Vpeutêtreconnecté
Exemple (Step7):Configurationd’unportIO-LinkparSoftware
IO-LinkCommunication-Mode:
Portutilisécomme IO-LinkMaster
-CommunicationsérielleavecIO-LinkDevice,
- Echange cyclique dedonnées« process»
- Echangeacyclique dedonnéesdeservice
(paramètres/diagnostic/events)
- Détectionautomatiquedebaud-rate
Portdésactivé

IO-Link : le fonctionnement (1)
1. Un IO-Link Master peut avoir 1à N ports
(CECC-LKpossède 4 ports)
2. Un portest toujours connecté à un seule Esclave (device)
3. Un « device» démarretoujours en mode SIO (std IO mode)
4. Le portde Master pourraitavoirdifférentes configurations
5. Si leport est configuré en mode SIO, ilfonctionne comme une Entrée/Sortie TOR
standard
6. En Communication Mode (SDCI,COM1/2),le Master essaye d’établir la
communication avec l’Esclave (IO-Link device)
7. C’est une procédure de réveil (Wake-Up)
9.
SDCI(Single DropCommunication Interface)

IO-Link : le fonctionnement (2):Wake-Up(le réveil)
1. Pendant le REVEIL (Wake-Up), le Master commence par l’envoie d’une télégramme spécifique WURQ etattend la
réponse de «Device » (Esclave)
2. Il commence parle baud-rate le plus élevé (COM3ou COM2)
3. En cas d’échec, il essaie avec le baud-rate plus petit (COM2ou COM1)
4. Chaque fois, il ya trois tentatives de lapart du Master
5. Si l’Esclave répond, les deux partenaires entre en communication
6. D’abord ilséchangent les paramètres, et puis c’est l’échange cyclique qui démarre
1. Mastertelegramin COM3(230.4kbit/s) (optional)
2. Mastertelegramin COM2(38.4kbit/s)
3. Mastertelegramin COM1(4.8kbit/s)
4. Responsefrom device in COM1

Miseen œuvre IO-Link :lesoutils softwared’ingénierie
15
Pour intégreruneliaison IO-Linkdans uneapplication, il faut :
• Unedescription et documentation de l’appareil IO-Link,
• Unconfigurateur (software) de ports IO-Link
- soit, intégrédans l’atelier logiciel dusystème de commande,
- Soit unoutil standard FDT/DTM(avec unplug-inIO-Linktools)
- Soit un adaptateur USB/IO-Link(p.ex. de chezTURCK,ifm,…)
• Unfichier de description du produit : IODD,
- fourni par le fabricant, ou
- Disponible sur leWEB-site du constructeur

Miseen œuvre IO-Link :lesoutils softwared’ingénierie
16
L’intégration de l’appareil IO-Linkest trèsfacile etse fait en 4pas:
1. Sélection du port Master
2. Sélection de IO-LinkDevice (danslecatalogue IODD‘sdel’équipementdisponible)
3. Paramétrage de l’appareil (si nécessaire)
4. Acceptation et validation desélection (p.ex.boutons «Install device »,«Plugdevice »,…)
NB.
Souventl’étape2peutêtreréaliséeautomatiquement(option« Scan device»)

Exemple:l‘Intégration de IO-Device (sousCoDeSysV3)
17
3. Plug Device to your application
1.Select Device Repository, select
IO-LinkDevices and click Install…
2.Select the (IODD) XML file

Exemplesde l’application avecIO-Link (sourcesdiverses)
Utilisation E/S analogiques:
1. Directement avec des capteurs équipés d’interface IO-Link
2. Via un convertisseur D/A (IO-Link/analogue) (p.ex. de chez Balluff)
18
1 2

Exemplesde application avecIO-Link (sourcesdiverses)
1. Terminaux distributeurs (en version multi-pole)
19
Attention:
Nous avons les VT:
CPV10/14, MPA-L, VTUB, VTUG
en version IO-Link/I-Port

Exemplesde l’application avecIO-Link
1. Les démarreurs de moteurs (Siemens)
20

Quels sontlesavantages«clé »d’IO-Link?
21
IO-Linkpermet:
-un meilleur diagnostique,
-plus de fonctionnalités,
-plus de la disponibilité et,
-moins descoûts de maintenance
-uneréduction significative du câblage,
-uneréduction des temps d’ingénierieet de la mise en service
Câblage
&
Coûts
&
Temps
Disponibilité
&
Diagnostic
&
Fonctionnalité

Les avantages« clé»d’IO-Link :
l’ingénierie aiséegrâce àla standardisation
22
• Grâce auxcâblesetconnecteurs standardisés, le temps de câblage est réduit de façon très
significative; ceci permet d’installer/dupliquer les systèmes d’entrées/sorties SEPTà DIX fois
plus vite.
• Montage et câblagesans défaut: les câbles pré-confectionnés, détrompeurs dans les
connecteurs, les connexions point-à-point,…
• Intégration facileavec différentes plateformes d’automatisme (bus de terrain, PLCs)
• Réduction dela complexité du câblage(moins de point de connexion) et de
l’encombrement desarmoires de commande parl’utilisation des câbles simples (3 broches,
connecteur M12)
• IO-Linkchange lafaçon deconception des systèmes d’automatisme enpermettant deréaliser
dessystèmes pluspetits,plusintelligents etplusrapidesàassembler
Coûts
et
Temps
Disponibilité
&
Diagnostic
&
Fonctionnalité

Les avantages de IO-Link en termed’exploitationet maintenance
23
• Intégration et paramétrage aisé : dela configuration « on-board » jusqu’aux appareilsde
terrain:
 Grâce à la spécification software standardisée (FDT/DTM, IODD),les appareils IO-Link
s’intègrent facilement dans les plateformes logiciels des différents fournisseurs;
• Transparence système maximum
 L’accès permanent auxdonnées process et de services (diagnostic, paramètres) est des
capteurs/actionneurs; jusqu’au niveau terrain
• Réduction destemps d’arrêts et demaintenance
 Localisation précise du défaut sur chaque appareil de terrain et messages de défaut en texte
clair
• Remplacement «à chaud»des appareilsIO-Link (Device) demême type(nb. etdu même
fournisseur !)
Coûts
et
Temps
Disponibilité
&
Diagnostic
&
Fonctionnalité

FESTOet IO-Link
24
FESTO est un de membre fondateur du consortium
IO-Link
Les membresactuels

SolutionsIO-Link/ I-PortautourCPX-CTEL et CTEU/CAPS
Entrées TOR déportées-module
CTSL
avec IO-Link /I-Port
CTSL-D-E16-M8-3
CTSL-D-E16-M12-5
I-Port Master
CAPC-F1-E-M12
CPX 4-fach
I-Port Master
CPX-CTEL-4-M12-5POL
MPA-L
avec IO-Link/I-Port
VMPAL-EPL-IPO32
VTUG
avec IO-Link/I-Port
VAEM-L1-S-8-PT
VAEM-L1-S-16-PT
VAEM-L1-S-24-PT
VTUB-12
avec IO-Link/I-Port
Versions:
VPT – I-Port
VLK – IO-Link
CPV
avec IO-Link/I-Port
CPV10-GE-PT-8
CPV14-GE-PT-8
Nœuds Fieldbus
avec 2 I-Ports
CTEU-PB (Profibus)
CTEU-DN (DeviceNet)
CTEU-EC (EtherCAT)
CTEU-CO (CANopen)
CTEU-CC(CC-Link)
FESTOet IO-Link

CPX-CTEL, CTEU/CAPC :les fonctionsréalisées
IO-Link / I-Port
Pneumatique
I-Port
Master
IO-Link / I-Port
Entrées TOR
CPX-CTEL-4 CTSL-D-16E-M8-3-PT
CTSL-D-16E-M12-5-PT
CAPC-F1-E-M12+
-CTEU-PB
-CTEU-CO
-CTEU-DN
-CTEU-EC
-CTEU-CC
MPA-L 10mm
MPA-L 14mm
MPA-L 20mm
VTUG10
VTUG14
+ VAEM-L1-S-8-PT
VAEM-L1-S-16-PT
VAEM-L1-S-24-PT
VTUB-12 CPV10
CPC14
CECC-LK
4x IO-Link Masterports
1x IO-Link Device
FESTOet IO-Link

Valveterminalsavec l’interface IO-Link
Important :
TOUSles terminaux distributeurs Festo quipossèdent l’interface
I-Port peuvent être utilisés comme les Esclaves (Device) IO-
Link
Ils ont tous:
• LED d’état (status)
Communication andpower
• Connecteur M12 d’interface
A-coded, 5-broches avec alimentation séparée pour des
actionneurs (bobines)
• Profiled’intégration avec lefichier IODD
Disponible sur le portal Festo (download area)
• Lest données diagnostic etparamètres
Accès aux événements comme manque de tension, rupture
bobine et aussi les données de service comme Device-ID, No
série, version de firmware,…
27
FESTOet IO-Link

IO-Link et I-port(Festo) :les différences
PourquoiI-Port Festo ?
(différences entre std. IO-Link et I-Port):
• Fonctionnalité Plug & work avec produits Festo
-> Pas besoin de IODDpour l’intégration
-> Pas besoins de paramètres de configuration
• 230.4 kBit/s : vitesse detransmission
• Nbdonnées réduit(protocole simplifié)
max. 8 Octets I/O data
=> temps cyclepour 2 octets =2ms
I-Port
8Byte I/O
2ms for2Byte
at230.4 kBd
PlugandWork
FESTOet IO-Link

IO-Link / I-Port
29
Plug &Work
+
8 octets de
données (I/O
data)
+
I- Port (Festo)

CECC-LK
•Inputs /Outputs
12 In + 8 Out 24 VDC,0.5A, galv.Isolated
2 fast inputs 200kHz
LEDsforIOs, Run +Error
RTC
• Interfaces
USB,CANopen
4x IO-Link Master, 1x IO-Link Device
CECC-LK: 4ports IO-LinkMaster /1 port IO-LinkDevice
2*SupplyIO-
Link-M
4 IO-Link Master
1*IO-Link
Device
1*Supply 2 (Fast)+ 12 Input
I/O
Supply
8 Out
FESTOet IO-Link

W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link 31
Futureproche:CPX-CTEL-IO-Link Master(Q1 2015)
FESTOet IO-Link

IO-Link dansle future USB del’automatisme?
32
Communication Standard USB IO-Link
Realm of Technology Personal Computers Industrial Automation
Parameter Data of Device Device Driver IODD File
Communication Signal 5V DC Serial 24V DC Serial
Connector Standards Type, Mini, Micro M12 5pin
Communication Design Slave & Host Device & Master
Cable Media 9wire Shielded 4wire unshielded
Plug & Work Yes Yes (forthe sametype ofdevice)
• USB a étéconçu pour normaliser les interfaces de périphériques et leur installation sur les PC.
• USB a révolutionné l'informatique personnelle en fournissant une interface standardpour les appareils périphériques simples :à partir
de disques durs au clavier.
• USB est basé sur un pilote (Device Driver)qui assure lafonctionnalité Plug &Work.
• Etsi l'appareil tombe en panne, vous achetez un nouveau, vous le branchez et …. il fonctionne.
• PourIO-Link :il commence avoirle même impact dans l’automatisme que USB(au début),
• Maintenant, on n’attend que plus de produits… (et application)
Pour commencer ….

FIN
Mercipourvotreattention
Questions?
33

Annexes
Annexe 3:
IO-LinkMaster : Ports A/B
34

Les composantsdusystèmeIO-Link :les ports A/BdeMaster
35
Portclasse A
Labroche4peutêtreconfiguréesoitcomme EntréeTOR(DI),ouLignede
communication IO‐Link,ou comme une SortieTOR(DO)avecle courant limité.
Broche2est«libre »d’utilisation.
Portclasse B
Cetypedu portestdésignéauxcapteurs/actionneursavec unealimentationisolée
électriquement.Lesbroches2et 5sontdédiéesàcettealim.additionnelle.

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