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Komplettsystem im M12-Steckverbinder

Referenzdesign für kompakte IO-Link-Sensoren
Komplettsystem im M12-Steckverbinder

Die Lösung passt auf eine Leiterplatte im Format von nur 6 x 25 mm und erlaubt den direkten Anschluss des Boards über M12-Stecker Bild: Renesas
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IO-Link ist ein offener Standard entsprechend der Norm IEC61131-9. Das Kommunikationssystem nutzt herkömmliche Sensor-Kabel zur Übertragung serieller digitaler Daten zwischen Sensoren/Aktoren und den Automatisierungssystemen. Der IO-Link-Master stellt dabei die Schnittstelle zur überlagerten Steuerung zur Verfügung und steuert die Kommunikation mit den angeschlossenen Geräten. Ein IO-Link-Master kann mehrere IO-Link-Ports haben, an jedem Port lässt sich jedoch nur ein IO-Link-Gerät anschließen. Der Standard beschreibt damit eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikation und keinen Feldbus.

Nach Informationen von Renesas Electronics Europe GmbH in Düsseldorf

Den Konstrukteuren kleiner, intelligenter IO-Link-Sensoren steht nun ein Referenz-Design zur Verfügung, mit dem die Entwicklung neuer Geräte vereinfacht wird. Die vorgestellte Lösung ist das Ergebnis einer engen Zusammenarbeit zwischen Renesas Electronics Europe und dem Partnerunternehmen TMG Technologie und Engineering sowie dem Halbleiterhersteller Maxim Integrated. Die Hardware-Plattform der IO-Link-Lösung kombiniert einen RL78-16-Bit Mikrocontroller mit niedrigem Stromverbrauch von Renesas mit einem IO-Link-Transceiver sowie einem Miniatur-Sensor von Maxim Integrated. TMG TE komplettiert diese Lösung auf der Software- und Anwendungsseite mit einem IO-Link-Device-Stack, der auf dem Mikrocontroller ausgeführt wird.
Damit bietet Renesas als eines der ersten Unternehmen eine integrierte Lösung für IO-Link-Bausteine und -Master-Module. Mit dieser Lösung lässt sich die IO-Link-Technologie ganz einfach zur Optimierung der Sensor-/Aktor-Vernetzung in einer immer intelligenteren und zunehmend automatisierten Welt nutzen.
IO-Link gemäß IEC61131
IO-Link ist ein offener Standard entsprechend der Norm IEC61131-9 und nutzt herkömmliche Sensor-Kabel zur Übertragung serieller digitaler Daten zwischen Sensoren/Aktoren und Steuerungen:
  • Transparenter Betrieb bis auf die Baustein-Ebene im Feld
  • Automatische Parametrisierung und zentrale Datenverwaltung
  • Übertragung von Prozess-, Parameter- und Diagnosedaten über ein einziges bidirektionales Medium
  • Ferngesteuerte Konfiguration und Inbetriebnahme
  • Rückwärts-Kompatibilität mit aktueller Sensor-Schalttechnik
Deshalb bietet Renesas mit der RL78-Familie Mikrocontroller speziell für IO-Link-Anwendungen und liefert damit Antworten auf die Herausforderungen, vor denen Entwickler stehen, die Miniatursensoren mit intelligenten Funktionen erweitern möchten.
Erweiterter Funktionsumfang
Die Referenz-Lösung passt auf eine Leiterplatte im Format von nur 6 x 25 mm und erlaubt einen direkten Anschluss des Boards über genormte M12-Stecker und Kabel. Trotz seines kompakten Aufbaus bietet die Komponente entscheidende Vorteile einer Entwicklungsplattform samt Debugging-Schnittstelle, mit der der integrierte Mikrocontroller einfach genutzt und Anwendungen entwickelt werden können. Das Board wird mit einem umfassenden Setup zur Software-Evaluierung sowie mit einem Adapter für Programmierung geliefert. Der Adapter lässt sich auch als erweitertes Prototyping-Feld nutzen, auf dem der Benutzer auf einen 12-Bit-A/D-Wandler sowie auf mehrere serielle Datenübertragungskanäle zugreifen kann.
Das Referenzdesign enthält einen RL78/G1A- Mikrocontroller. In einem 3 x 3 mm großen Gehäuse mit 25 Pins bietet dieser Prozessor einen extrem geringen Stromverbrauch, der zum Besten in der Branche zählt. Neben dem geringen Stromverbrauch bietet der Controller zahlreiche weitere Funktionen. Hierzu zählen ein 64 kB großer integrierter programmierbarer Flashspeicher mit einer Betriebsspannung von 1,8 V, hochgenaue 12-Bit- A/D-Wandler und ein auf dem Chip integrierten 32-MHz-Oszillator mit einer Genauigkeit von ±1 % über den gesamten Temperatur- und Spannungsbereich. Darüber hinaus bietet der Controller einen integrierten 4 kB großen Daten-Flash mit Hintergrundbetrieb für die Speicherung von IO-Link-Sensordaten, moderne Sicherheitsfunktionen, einen On-Chip-Temperatursensor, 16-Bit Multifunktions-Timer und mehrere serielle Kommunikationskanäle für den Anschluss von Sensor-Komponenten. Zwei DMA-Kanäle ermöglichen eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung zwischen Peripherieelementen ohne Einfluss auf die CPU-Belastung.
Zwei auf dem Board integrierte Schaltungsblöcke bieten dem Benutzer eine Reihe von Optionen für die Sensor-Anwendungsentwicklung. Diese umfasst sechs Sensoren, je einer für Rot, Grün und Blau (RGB): ein Temperatursensor, ein Umgebungslichtsensor sowie ein Infrarot-Sensor für Umgebungslicht mit einer I2C-Schnittstelle. Der Baustein bietet einen weiten und dynamischen Lichtmessbereich und liefert damit stabile und genaue Informationen für Umgebungslicht-Farb- und Farbtemperatur-Messungen.
Der Transceiver MAX14821 dient als Schnittstelle auf dem Physical-Layer zum Mikrocontroller, der das Protokoll des Data-Link-Layers ausführt. Der Transceiver unterstützt alle spezifizierten IO-Link-V1.1-Datenraten. Neben dem IO-Link-Kanal gibt es auch zusätzliche digitale 24-V-Ein- und Ausgänge. Die auf der Platine integrierten C/Q- und DO-Treiberschaltungen lassen sich unabhängig voneinander für Push-Pull-, High-Side-(PNP)- oder Low-Side-(NPN)-Betrieb konfigurieren. Der Baustein kann einen IO-Link-Wake-Up-Zustand erkennen und erzeugt ein Interruptsignal für den Mikrocontroller. Der C/Q-Eingang und die Digital-Eingänge haben wählbare Strom-Lasten für die Verwendung mit Aktoren. Der C/Q-Ausgang und die Digital-Ausgänge können Ströme bis zu 100 mA treiben.
IO-Link-Device-Stack
Der IO-Link-Stack unterstützt sämtliche IO-Link-Funktionen entsprechend der V1.1-Spezifikation. Der Stack basiert auf einem modularen Software-Design mit einer strengen Trennung zwischen Protokoll-Stack, Anwendungs- und Hardware-Abstraktion. Er bietet höchste Leistung und Effizienz, wobei die Sensordaten bereits vor dem Eingang des Masterbefehls vorbereitet sind. Dies gewährleistet einen konsistenten Austausch von Prozessdaten. Der Stack wird kostenlos für Evaluierungszwecke bereitgestellt und kommt zusammen mit einer Sensor-Demo sowie einer zugehörigen IO-Link-Beschreibungsdatei. ge

INFO-TIPP
IO-Link ist die erste, weltweit standardisierte IO-Technologie (IEC 61131-9) um mit Sensoren und auch Aktoren zu kommunizieren. Informationen bietet die Seite:

PRAXIS PLUS
Renesas Electronics ist die weltweite Nummer eins im Markt für Mikrocontroller und ein führender Anbieter hochmoderner Halbleiterlösungen, einschließlich System-on-Chip sowie einer breiten Palette von diskreten Analog- und Leistungselektronik-Bausteinen. Das im Jahr 2010 gegründete Unternehmen vereint die Expertise der Halbleitertechnologie von Hitachi, Mitsubishi Electric und NEC Electronics, die gemeinsam viele Jahre Erfahrung einbringen.
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