前言本文档用途在本功能手册中，对 IO-Link通信系统进行了简要介绍。在本手册中，介绍了 IO-Link 系统中各组件的相互作用，便于用户快速了解IO-Link。所需基本知识要理解本文档中的内容，需要具备以下基本知识：● 有关自动化技术的基本知识● SIMATIC工业自动化系统的基本知识● 熟练掌握 STEP 7本文档的适用范围本文档是介绍西门子产品 IO-Link系统的基本文档。产品文档基于本文档。约定在本文档中，使用“STEP 7”指代组态与编程软件“STEP 7 (TIAPortal)”的所有版本。另请遵循以下注意事项：说明这些注意事项中包含有关本文档中所介绍的产品、产品操作或应特别关注部分的重要信息。更多支持●有关技术支持的信息，请参见“Siemens 工业在线支持 (页 4)”部分。● 有关各种 SIMATIC产品与系统的技术文档，敬请访问 Internet。● 有关在线产品目录和在线订购系统，请参见“网上商城 (页5)”部分。前言IO-Link 系统4 功能手册, 12/2017, A5E31638012-AB安全信息Siemens为其产品及解决方案提供了工业安全功能，以支持工厂、系统、机器和网络的安全运行。为了防止工厂、系统、机器和网络受到网络攻击，需要实施并持续维护先进且全面的工业安全保护机制。Siemens的产品和解决方案仅构成此类概念的其中一个要素。客户负责防止其工厂、系统、机器和网络受到未经授权的访问。只有在必要时并采取适当安全措施（例如，使用防火墙和/或网络分段）的情况下，才能将系统、机器和组件连接到企业网络或Internet。此外，需遵循西门子发布的有关安全措施指南。更多关于可执行的工业安全措施的信息，请 访问。西门子不断对产品和解决方案进行开发和完善以提高安全性。Siemens强烈建议您及时更新产品并始终使用Zui新产品版本。如果所用的产品版本不再支持，或未更新到到Zui新版本，则会增加客户遭受网络攻击的风险。要及时了解有关产品更新的信息，请订阅Siemens 工业安全 RSS 源，网址为。代码 说明 补救措施3964(R) 协议错误代码8380H参数分配错误："Character delay time" 的值无效。为 "Character delay time"选择合适的值。值的有效范围：1-65535 (ms)8381H 参数分配错误："Response timeout" 的值无效。为"Response timeout" 选择合适的值。值的有效范围：1-65535 (ms)8382H参数分配错误："Priority" 的值无效。 为 "Priority" 选择合适的值。以下内容有效：• 高 (1)• 低(0)8383H 参数分配错误："Block check" 的值无效 为 "Block check" 选择合适的值。以下内容有效：•带 block check (1)• 不带 block check (0)8384H 参数分配错误："Connectionattempts" 的值无效。为 "Connection attempts" 选择合适的值。值的有效范围：1-2558385H参数分配错误："Transmission attempts" 的值无效。为 "Transmission attempts"选择合适的值。值的有效范围：1-2558386H 运行错误：超出 connection attempts 次数检查接口电缆和传输参数。还要检查是否在伙伴设备上正确组态了接收功能。8387H 运行错误：超出 transmissionattempts 次数 检查接口电缆、传输参数和通信伙伴的组态。8388H 运行错误："Block check character"错误内部计算的 block check character 值与伙伴在连接结束时接收到的 block check character不一致。检查连接是否被严重破坏；此时也可查看错误代码。可以使用切换到传输线路的接口测试设备检查伙伴设备上的正确功能。错误消息不使用SIMATIC 系统指令进行 CM PtP 操作编程和操作手册, 05/2021, A5E03908203-AB 95代码 说明补救措施8389H 运行错误：等待空闲接收缓冲区时接收到的无效字符只有接收缓冲区清空时，才使用 DLE 应答通信伙伴 (STX,02H) 的发送请求。缓冲区清空之前不可能接收其它字符（再次收到STX除外）。可以使用切换到传输线路的接口测试设备检查伙伴设备上的正确功能。838AH 运行错误：接收时发生逻辑错误。收到 DLE后接收到另一个字符（不是 DLE,ETX）。检查帧头和数据字符中的伙伴 DLE 是否总是重复两次或者是否通过 DLE ETX断开连接。可以使用切换到传输线路的接口测试设备检查伙伴设备的正确功能。838BH 运行错误：超过字符延时时间伙伴设备过慢或发生故障。可以使用切换到传输线路的接口测试设备检查伙伴设备的正确功能。838CH运行错误：空闲接收缓冲区的等待时间已开始 增加用户程序中对指令的调用率，或设置数据流控制来实现通信。838DH 运行错误：未在 NAK4 秒后开始帧重复 检查通信伙伴。伙伴必须在 4 秒内重复所接收到的可能受损的帧。838EH运行错误：在空闲模式下，收到一个或多个字符（NAK 或 STX除外）。检查伙伴设备是否正常，例如，使用传输线路中互连的接口测试设备进行检查。838FH 运行错误：初始化冲突 -两个伙伴均具有高优先级在其中一个伙伴上设置 "Low" 优先级8390H 参数分配错误：帧头中的错误 检查帧头中的数据/值。8391H参数分配错误：因设置了自由口而拒绝了3964 参数数据记录如果设置了自由口，则确保未传输 3964 参数数据。不使用 SIMATIC系统指令进行 CM PtP 操作96 编程和操作手册, 05/2021,A5E03908203-AB词汇表“性能”选项自通信模块的固件版本 V2.0起，可使用性能优化选项。如果仅通过几个通信模块发送和接收短帧，则此选项适用。对于接收帧，将帧长度限制为 24个字节；对于发送帧，则限制为 30 个字节。优化了响应时间，尤其是并行使用多个 CM PtP 时。CPU中央处理单元 =包含控制和计算单元、存储器、系统程序和 I/O 模块接口的自动化系统的中央模块。CPU 操作系统CPU操作系统可用于组织未连接到某一特殊控制任务的 CPU的全部功能和序列。参数参数是指可用来定义模块或软件行为的值。参数可分为模块参数和块参数。参数分配术语参数分配表示定义模块或块响应的操作。地址地址指示了物理存储空间，并可直接访问存储在该地址下的操作数。点对点连接在点对点连接中，通信模块构成自动化系统与通信伙伴之间的接口。工作存储器工作存储器是CPU RAM（随机存取存储器），处理器在处理用户程序的过程中对其进行访问。词汇表不使用 SIMATIC 系统指令进行 CM PtP操作编程和操作手册, 05/2021, A5E03908203-AB97机架机架是带有模块安装插槽的安装导轨。模块参数模块参数是用于确定模块行为的值。模块参数可分为静态模块参数和动态模块参数。缺省设置默认设置是一种非常有用的基本设置，只要未指定其它值就可以使用。软件术语软件是指应用于计算系统中的所有程序。它们包括操作系统和用户程序。通信模块通信模块可用于点对点连接和总线链接。位时间“位时间”始终被指定为位数。以位数设置的“时间”取决于自动纳入考虑范围内的选定数据传输速率。示例：在两个字符间隙之后检测到帧结束。设置的数据传输速率为9600 位/秒。设置的字符帧为 10 位。10 x 2 = 20 位时间这对应于时间：20 x 1/9600 ≈ 0.0021s词汇表不使用 SIMATIC 系统指令进行 CM PtP 操作98 编程和操作手册, 05/2021,A5E03908203-AB协议数据传输所涉及的通信伙伴必须遵守处理和执行数据通信的一套固定规则。这些规则称为协议。循环程序处理在循环程序处理中，术语循环表示以连续重复的程序循环执行用户程序。硬件术语硬件是指自动化系统的全部物理和技术设备。用户程序用户程序包含处理用于控制系统或过程的信号的所有指令和声明。在SIMATIC S7中，将用户程序结构化，并将其划分为较小的单元（即，块）。在线/离线当处于在线模式时，自动化系统和编程设备之间存在数据连接，而当处于离线模式时，则无数据连接。诊断功能诊断功能包括整个系统诊断以及对自动化系统的错误进行检测、评估和报告。诊断缓冲区根据诊断事件的发生顺序，在其中输入有关所有诊断事件的详细信息的存储区。诊断事件举例而言，诊断事件是CPU 中的模块错误或系统错误，这些错误可能由程序错误引起。词汇表不使用 SIMATIC 系统指令进行 CM PtP操作编程和操作手册, 05/2021, A5E03908203-AB99中断术语中断是指自动化系统的处理器中的程序执行中断，该中断可通过外部报警触发。周期时间循环时间表示 CPU执行一次用户程序循环所需的时间。自动化系统自动化系统是一个可编程逻辑控制器，其中至少包含一个 CPU、各种 I/O模块以及操作员控制和监视设备。组态术语组态指的是组态表中自动化系统的各个模块的概述。Siemens工业在线支持在此处可轻松快速地获取以下主题的Zui新信息：●产品支持提供了产品的所有信息和广泛的专有知识、技术规范、常见问题与解答、证书、下载资料和手册。●应用示例提供了解决自动化任务所使用的工具以及相关示例，还提供了函数块、性能信息以及视频。●服务介绍了行业服务、现场服务、技术支持、备件和培训提供情况的相关信息。● 论坛提供了自动化技术相关的答疑和解决方案。●我的技术支持该部分是您在工业在线支持中的个人工作区，其中提供了消息、支持查询和可组态的文档。网上商城即为 Siemens AG基于全集成自动化 (TIA) 和全集成能源管理 (TIP) 的自动化与驱动器解决方案领域的目录和订购系统。西门子推出有各种IO-Link 产品，每个产品都有自己相应的文档。IO-Link 产品已嵌入在系统中（如，ET200SP）。系统文档由相应的系统手册、功能手册和手册组成。此外，在组态和编程带有 IO-Link 的自动化系统时，可参见 STEP7 在线帮助和 PortConfiguration Tool - S7-PCT 在线帮助。西门子的 IO-Link组件西门子推出了各种 IO-Link 产品并提供相应的技术支持：● 主站● 设备，I/O 模块● 设备，工业开关装置● 设备，RFID系统（RFID = 射频识别）● 端口组态工具 -S7-PCT与Zui低现场级设备进行向下持续通信时，要求传感器和执行器具有较强的功能与性能。传感器和执行器的性能较高时，设备和工厂的运行将更为高效。在传感器/执行器级，通过标准接口（数字量，模拟量）只能交换实际过程值。如今，传感器和执行器中集成有智能功能，可完美应用于复杂程度不断提升的各种应用中。不仅如此，还需要根据具体需求对通信接口进行量身定制。定义IO-Link是一种创新型点到点通信接口，适用于符合 IEC 61131-9 标准的传感器/执行器应用领域。IO-Link 包含以下系统组件：●IO-Link 主站● IO-Link 设备● 3 线制或 5 线制非屏蔽标准电缆● 对 IO-Link进行组态和分配参数的工程组态工具系统概述2.1 IO-Link 的优势IO-Link 系统功能手册, 12/2017,A5E31638012-AB 92.1 IO-Link 的优势在连接传感器/执行器时，如果将 IO-Link系统用作数字量接口，则具有以下显著优势：● 符合 IEC 61131-9 的开放式标准–各种设备均采用相同方式集成在所有传统现场总线系统和自动化系统中。● 使用一种工具即可完成参数设置和数据统一管理– 快速组态和调试–轻松创建工厂Zui新文档（含传感器/执行器）● 传感器/执行器采用简单统一的接线方式，且所用接口极少–传感器和执行器采用统一的标准接口，与自身的复杂程度无关（开关信号、测量信号、多通道信号、二进制信号、混合信号等）–所用类型和库存显著降低– 快速调试– IO-Link 设备与 IO-Link 主站上不带 IO-Link的传感器/执行器可进行任意组合● 传感器/执行器与 CPU 间持续通信– 可访问所有过程数据、诊断数据和设备信息–可访问设备特定数据，例如能源数据– 可执行远程诊断● 持续诊断数据可向下传送到传感器/执行器级– 故障排除工作量大幅降低–故障风险降至Zui低– 采用预防性维护与优化服务和维护计划划● 通过控制器或 HMI 操作员动态更改传感器/执行器参数–产品更换时的停机时间显著降低– 显著提高了设备的多样性系统概述2.1 IO-Link 的优势IO-Link 系统10 功能手册,12/2017, A5E31638012-AB● 在操作过程中更换设备时，自动重新分配参数– 停机时间降至Zui低–即使未经培训的人员，也可完成设备更换，而无需其它帮助– 有效避免设置错误● 集成设备标识– 已安装设备标识–设备更换时，确保生产与制造质量不受影响系统概述2.2 IO-Link 系统概述IO-Link 系统功能手册, 12/2017,A5E31638012-AB 112.2 IO-Link 系统概述组件IO-Link 系统包含以下组件：● IO-Link 主站●IO-Link 设备，如：– 传感器/执行器– RFID 阅读器– I/O 模块– 阀● 3 线制或 5 线制非屏蔽标准电缆● 对IO-Link 进行组态和分配参数的工程组态工具系统概述2.3 IO-Link 接口IO-Link 系统12 功能手册,12/2017, A5E31638012-AB带有 IO-Link 的工厂示例下图显示了带有 IO-Link 的工厂架构示例。图2-1 带有 IO-Link 的工厂架构IO-Link 主站在 IO-Link 设备和自动化系统间建立连接。当 IO-Link主站作为 I/O 系统的组件时，既可安装在控制柜中，也可直接安装在现场，作为防护等级为 IP65/67 的远程I/O。IO-Link主站通过各种现场总线或产品特定的背板总线进行数据通信。IO-Link 主站可配有多个 IO-Link 端口（通道）。IO-Link设备可连接各个端口（点到点通信）。工程组态IO-Link 系统能并行组态到整个自动化系统中并可嵌入其中构成网格结构。IO-Link接口简介IO-Link 是一种双向的点到点串行连接，可通过任何网络、现场总线或背板总线中进行信号传输和电源供电。防护等级为IP65/67 的连接系统M12 连接器和其它连接器用于防护等级为 IP65/67 的连接系统；传感器具有一个 4引脚连接器，执行器具有一个 5 引脚连接器。IO-Link 主站通常配有一个 5 引脚的 M12 插座。符合 IEC60974-5-2 的引脚分配按如下指定：● 引脚 1：24 V● 引脚 3：0 V● 引脚 4：转换或通信电缆 (C/Q)除了 IOLink 通信，这三个引脚还可连接设备电源。有关电源的详细信息，请参见所用 IO-Link 主站的文档说明。防护等级为 IP65/67的端口类型IO-Link 主站规范中提供了两种类型的端口：● A 类端口（类型 A）对于此类型，未分配引脚 2 和 5的功能。由制造商定义此功能。通常，会为引脚 2 分配一个附加数字量通道。图 2-3 A 类端口的引脚分配● B 类端口（类型B）此类型提供了附加电源电压，适用于连接具有较高电源需求的设备。此时，引脚 2 和5 可连接附加（电隔离）电源电压，通过一根 5线制标准电缆连接该附加电源电压。图 2-4 B 类端口的引脚分配连接电缆设备通过 3 线制或 5 线制非屏蔽标准电缆与主站相连接（Zui长20 m），通过标准电缆连接传感器。安装电缆时，无需屏蔽或符合特殊规定。系统概述2.4 IO-Link 协议IO-Link系统功能手册, 12/2017, A5E31638012-AB 152.4 IO-Link 协议操作模式主站 IO-Link端口可通过下列模式工作：● IO-Link：该端口用于进行 IO-Link 数据通信。● DI：该端口将用作一个数字量输入。●DQ：该端口将作为一个数字量输出。● 禁用：该端口禁用。传输速率在 IO-Link 规范 V1.1 中，IO-Link操作模式中定义了三种数据传输速率（波特率）：● COM 1 = 4.8 kbps● COM 2 = 38.4 kbps● COM 3= 230.4 kbps（符合规范 V1.0 的选件）IO-Link 设备仅支持其中一种定义的数据传输速率。符合规范 V1.1 的IO-Link 主站支持所有数据传输速率，并自动调整为设备支持的数据传输速率。IO-Link 系统响应时间IO-Link系统响应时间提供有关设备与主站间数据传输频率和速率的信息。响应时间取决于多种因素。设备Zui小循环时间值存储在设备的设备描述文件 IODD(页 18)中。此值指示主站可寻址设备的时间间隔，对响应时间具有很大的影响。主站还需要内部处理时间，在计算响应时间时会考虑此值。在主站上，可组态不同Zui小循环时间的设备。这些设备的响应时间也不同。换言之，连接到主站的各设备响应时间可能有很大差别。组态主站时，除了指定存储在IODD中的设备特定Zui小循环时间，还可以指定固定循环时间。主站随后便可根据此规范访问设备。根据设备的有效循环时间和主站的典型内部处理时间，计算得出该设备的典型响应时间。系统概述2.4IO-Link 协议IO-Link 系统16 功能手册, 12/2017, A5E31638012-AB传输性能IO-Link是一种功能非常强大的通信系统。此通信系统的工作电压为 24V。如果传输失败，此帧将重复两次以上。IO-Link主站仅检测第二次重复尝试失败后的通信中止，并将此信息报告给上一级的 CPU。数据类型提供了四种数据类型：● 过程数据 → 循环数据●PQI → 循环数据● 设备数据 → 非循环数据● 事件 →非循环数据过程数据设备的过程数据以数据帧形式循环传送，而过程数据大小由设备确定。每台设备（分别为输入和输出）可支持 0 到 32字节的过程数据。端口限定符信息 (PQI)每个端口都有一个端口限定符信息 (PQI)。该 PQI 用于提供有关端口和 IO-Link的设备状态信息。PQI 与过程数据一同循环传输。系统默认禁用 PQI。设备数据设备数据可以是参数、标识数据或诊断信息。这些数据在IO-Link主站请求时进行循环交换。设备数据可写入设备，也可从设备中读取。事件发生事件时，设备会向主站发出信号，说明发生了事件。随后主站将读取事件。事件可以是错误消息（例如，短路）和警告/维护数据（例如，灰尘、过热）错误消息由IO-Link 主站从设备传送到 CPU 或 HMI。IO-Link主站还可传送事件和状态。例如，断路、通信中止或过载等此类事件。设备参数或事件的传输独立于过程数据的循环传输。传输不会相互影响或削弱。系统概述2.5设备配置文件IO-Link 系统功能手册, 12/2017, A5E31638012-AB 17启动 IO 系统如果主站端口设置为IO-Link 模式，IO-Link 主站将尝试与所连的 IO-Link 设备通信。为此，IO-Link 主站应发送已定义信号，并等待IO-Link 设备应答。IO-Link 主站首先尝试以定义的Zui高数据传输速率通信。如果此传输尝试失败，IO-Link主站将尝试以Zui低数据传输速率通信。设备始终仅支持一种定义的数据传输速率。如果主站收到应答，通信将开始。首先交换通信参数。需要时，将存储在系统中的参数传送到设备。然后开始进行过程数据和值状态的循环数据交换。2.5设备配置文件简介设备配置文件针对 IO-Link 定义，以将 CPU用户程序对设备的访问标准化。数据结构、数据内容和基本功能均在设备配置文件中进行定义。这样便可为多台具有相同设备配置文件的设备实现标准用户视图和相同的程序存取。IO-Link 配置文件当前为 IO-Link定义了“智能传感器配置文件”设备配置文件。 此配置文件非常适合于测量传感器。换言之，除了转换点，还传输测量值。此外，开关装置（如接触器）还支持 IEC 61915-2 中定义的LVSG（低压开关装置）配置文件。
IODD 和端口组态工具 - S7-PCT设备描述IODD每台设备均提供有一个电子设备描述 IODD 文件 (IO Device Description)。IODD提供了丰富的系统集成信息：● 通信属性● 设备参数（值范围和默认值）● 标识、过程和诊断数据● 设备数据● 文本描述● 设备映像●制造商徽标所有制造商的所有设备均具有相同的 IODD 结构。在主站制造商提供的 IO-Link 组态工具（西门子为S7-PCT）中，IODD 的结构通常相同。这样，可确保所有 IO-Link 设备的处理方式均相同，而与制造商无关。同时支持 V1.0和 V1.1 功能的设备，可采用两种不同的 IODD 版本。IODDfinderIODDfinder 是一种跨供应商的 IO-Link统一数据库。该数据库中包含有设备制造商的Zui新 IODD，可作为信息与下载平台。IODDfinder 可从 Internet 下载。IO-Link 组态工具需要组态工具来组态整个 IO-Link 系统。主站制造商的 IO-Link 组态工具可读取IODD。IO-Link 组态工具的主要任务包括：● 为主站端口分配设备● 在主站地址范围内分配端口地址● 分配 IO-Link设备参数可在所连设备上执行诊断。这意味着 IO-Link 组态工具支持以透明方式表示到现场级的 IO-Link 系统。西门子推出的S7-PCT，用于对 IO-Link 系统进行工程组态。带有设备 IODD 的 S7-PCT下图给出了带有设备 IODD 的S7-PCT 的一部分，其中包含设备信息。
IO-Link 规范 V1.0 和 V1.1 之间的差异规范IO-Link系统的技术定义在 IO-Link 协会规范中进行了说明。首先创建了规范版本 1.0。IO-Link系统的进一步开发和附加功能产生了版本 1.1。版本 1.1 的主要增强包括：● 操作过程中设备更换，进行数据备份（备份与恢复）●IO-Link 主站的数据传输速率强制为 230.4 kbpsIO-Link 设备组合组合 IO-Link 设备时，请注意以下内容：●只有符合 V1.0 的 IO-Link 设备才可在符合 V1.0 的 IO-Link 主站上运行。● 符合 V1.0 和 V1.1 的IO-Link 设备可在符合 V1.1 的 IO-Link 主站上运行。● 仅当 IO-Link 设备同样支持数据备份和能和230.4 kbps 的数据传输速率时，IO-Link主站 V1.1 及以上版本才能使用这些功能。