Maxim：以 IO-Link 活用通道資源，建構 IIoT「智能邊緣」
前言：
工業乙太網 vs. 終端低量 I/O 傳輸，IO-Link Hub 居間中繼
環保及健康的日受重視，亦是升級智能工廠／樓宇的動力之一。I/O 通訊晶片大廠美信 (Maxim) 認為，當「智能邊緣」已成共識，意味著感測器和致動器也須跟進智能化腳步！美信工業與醫療健康事業部工業通訊產品線副總裁 Jeff DeAngelis 直指：隨著感測器／致動器的數量越來越多，無論佈線或管理皆是一大難題；再者，建廠或導入自動化之初所規劃的 I/O 職能和數量，後續或有重新調整的需求，若一開始預留過多 I/O 資源，也是一種浪費。透過軟體配置讓 I/O 實現更多元的功能，可隨時因應調整，以最大限度減少停工時間、提高生產力。
照片人物：美信 (Maxim) 工業與醫療健康事業部工業通訊產品線副總裁 Jeff DeAngelis
類比、數位？輸入、輸出？隨時按需定義！
DeAngelis 解說，有鑑於現行感測器或致動器的 I/O 接口都是固定的，只能實現單一任務，且它們與位於主機上的可編程邏輯控制器 (PLC) 可能相距甚遠，不僅佈線麻煩、還要費神管理 I/O 連接的是哪些功能；因此，美信日前發佈最新 IO-Link 通訊方案——MAX22515 IO-Link 收發器，主打可透過智能邊緣有效簡化設備的重新配置與感測器調校電氣特性的過程。以美信 MAXREFDES177# IO-Link 參考設計為平台可展示 MAX22515 IO-Link 高度靈活性：借助軟體無縫配置 MAX22000 類比 I/O 的所有模式，可快速實現系統組態。
一個典型的建議配置是：在 PLC 與終端設備之間新增一個或多個 IO-Link 集線器 (Hub) 作為智能邊緣，拉近與感測器或致動器現場的距離——基本上，每個 Hub 所轄距離＜20 公尺，層次分明；不但能增加擴展能力，且 I/O 可任意接入類比或數位訊號，並可視情況定義輸入或輸出。此外，每個接入 I/O-Link 的現場匯流排 (fieldbus) 都有對應的設備描述文件——I/O 裝置描述元 (IODD)，IO-Link Hub 可藉此自動識別感測器或致動器的任務。更重要的是，IO-Link 可支援多種現場匯流排標準，滿足工業物聯網 (IIoT) 的多元通訊協定所需。
圖1：IO-Link Hub 賦能智能邊緣更好的擴充性
資料來源：Maxim提供
縮短終端 I/O 至「邊緣智能」的通訊距離，簡化佈線＆管理
這是因為每個 IO-Link 的 IODD 皆載有包括製造商、型號、序號、裝置類型及參數細節等相關資訊，且獨立於現場匯流排或控制器之故。MAX22000＋MAX22515 晶片組方案充分利用 IO-Link 雙向通用介面優勢，允許每個 IO-Link 感測器、致動器或 I/O 擴展模組與標準硬體介面互通操作，並提供軟體定義的性能參數和可選的類比輸入／輸出工作模式。統整 IO-Link 和軟體可配置 I/O 產品如下：
MAX22000：軟體可配置類比 I/O，其功耗和尺寸均為最接近競爭產品的一半，其溫漂比最接近的競爭方案低兩倍，進而支援高精度溫度校準；關鍵功能包括 24 位元 ADC 類比輸入模式和 18 位元 DAC 類比輸出模式，以及工作在 2 線或 4 線電阻溫度檢測器 (RTD)／熱電偶溫度測量。
MAX22515：IO-link 收發器，與最接近的競爭產品相比，功耗僅為 1/4，尺寸僅為 1/2。MAX22515 號稱是業界最小的具有 ±1.2kV/500Ω 浪湧保護的單通道 IO-Link 收發器。這款高度整合器件內部包括保護二極體、輔助數位輸入、I2C 或接腳控制、內置振盪器和可選 3.3V 或 5V LDO，有助於提供高可配置性。器件的 C/Q 驅動級導通電阻僅為 2.2Ω 或 2.65Ω (典型值)，採用最小 2.5mm x 2.0mm WLP 封裝，使熱損降低四倍。相較於競品，方案尺寸減少 50%，適用於小尺寸空間受限的 IO-Link 感測器或致動器。
DeAngelis 表示，結合智能邊緣、軟體配置的智能感測器／致動器以及 AI 演算法，可在閉環系統加速判斷、決策和回應，為前進工業 5.0 鋪路。那麼，美信的 IO-Link 與 Modbus TCP/IP、EtherCAT 等工業乙太網差異何在？DeAngelis 的答覆是：工業乙太網適用於長距離、高頻寬、數據吞吐量較大的場域，佈線成本較高；而 IO-Link 可作為低量傳輸的補充，將工業乙太網的網路線拉至 IO-Link Hub 這個中繼站，再與終端設備的感測器／致動器連接，可省下龐大佈線成本，並再次重申管理維護的便捷。
圖2：軟體可定義 I/O 並即時調整設備參數，有助於優化機器效能、簡化佈線與管理
資料來源：Maxim 提供
