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评估硬件

产品型号带"Z"表示符合RoHS标准。评估此电路需要下列选中的电路板

  • MAXREFDES79# ($617.57) 4-Port IO-Link Master
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描述

MAXREFDES79#是率先推出的一款完全符合IO-Link®标准的4端口IO-Link主机参考设计。该设计采用TEConcept的IO-Link主机协议栈,既是IO-Link主机参考设计,也是IO-Link传感器/执行器开发和测试系统。4个IO-Link端口支持同时测试4个不同的传感器(或执行器)。圆柱形外壳侧面的绿色和RGB LED分别指示电源和通信状态。该参考设计包含4个可靠的M12接头插口(IO-Link常用接头),并提供两根黑色IO-Link电缆,可快速连接至兼容IO-Link的传感器和执行器。交流转直流(24VDC/1A)电源适配器能够同时为每个端口提供200mA以上的电流,如果不使用其他端口,则可提供该电流四倍以上的电流。外壳底部的Micro-USB连接器可快速连接到Windows® PC。MAREFDES79#提供易于使用的TEConcept控制工具(CT)GUI软件,支持IODD文件导入,对于开发IO-Link产品的公司或工程师是不可或缺的工具。

有关实验室测量数据的更多信息,请参阅“详情”标签页。设计文件、合规性测试报告、USB驱动程序和GUI软件可以从“设计资源”标签页下载。

优势和特点

  • 完全符合IO Link 1.1版(可下载测试报告)
  • TEConcept IO链路主堆栈
  • Easy TEConcept TC工具
  • 4个IO链路端口
  • 电源和状态指示灯
  • 用户友好型外壳
  • 装运所需的所有电缆
  • 现场更新可编程

详情

IO-Link是首个与现场总线无关的开放式、低成本、点对点串行通信协议,用于与传感器和执行器通信,已成为一项国际标准(IEC 61131-9)。1 IO -Link最终使全球各地的工业设备都能够按照国际标准实现互操作。IO-Link可以直接通过PLC运行,也可以通过网关从所有标准现场总线转换为IO-Link,从而使其迅速成为智能传感器和执行器通用通信的实际标准。

IO-Link是一种单点数字通信接口(SDCI),因此每个端口只能有一个传感器或执行器。3线协议还支持与使用标准输入输出(SIO)的二进制传感器和执行器向后兼容。IO-Link设备描述符(IODD)文件完整定义了设备,并且无需手动进行参数设定。

Maxim Integrated与TEConcept携手合作,使用TEConcept的IO-Link主协议栈设计MAXREFDES79# IO-Link主机。它是符合1.1版要求的IO-Link主机参考设计。MAXREFDES79#设计包含以下组件:四个行业标准Maxim Integrated IO-Link主机收发器(MAX14824)、两个高效工业降压转换器(MAX15062B、MAX17552)以及一个采用TEConcept TC的工具软件和IO-Link主协议栈的STMicroelectronics 32位ARM Cortex M4微控制器(STM32F4)。图1为系统功能框图。

Figure 1. The MAXREFDES79# reference design block diagram.

图1.MAXREFDES79#参考设计框图。

MAXREFDES79# IO-Link主机由4个主要模块组成:四个IO-Link主机收发器、降压转换器、微控制器和USB连接,如图1所示。MAX14824 IO-Link主机收发器符合IO-Link 1.1/1.0版物理层标准,具有高度集成的5V和3.3V线性稳压器、可配置输出(推挽、高边或低边)、辅助数字输入、300mA C/Q输出驱动和极性反接/短路保护功能,采用小型4mm x 4mm、工业友好型TQFN封装。

MAX15062B是一款高压同步降压转换器,可以将24V高效转换为5V,采用超小型2mm × 2mm、8引脚TDFN封装。该电路默认采用PWM操作,在所有工作负载下均保持恒定频率。移除电阻R502后,MAX15062B将进入PFM模式。该参考设计采用PWM操作可实现优化效率,选择PFM模式不会带来任何好处。

MAX17552同步降压转换器不是通过线性稳压器将5V电压降至3.3V,而是将5V电压高效转换为3.3V电压,它采用小型3mm x 2mm、10引脚TDFN封装。MAX17552电路针对小尺寸元件和较低的输入电压范围进行了优化,可使用2.95mm × 2.95mm电感,而不是4.8mm × 4.8mm电感。将MAX17552与MAX15062B串联,MAX17552就能利用MAX15062B的更大输入范围(高达60V),同时使用更小的电感。此架构会额外产生10mW功耗。如果在设计中需要优先考虑电源效率,则去掉电阻R503,以便选择MAX17552上的PFM模式,从而节省大约3mW的功耗。在这种情况下,频率将不再固定。

采用10mm × 10mm、64引脚LQFP封装的STM32F4 ARM Cortex M4微控制器提供系统控制。通用串行总线(USB)端口使用STM32F4的内部USB外设和STMicroelectronic的VCP驱动程序来实现。

为提供保护功能,MAXREFDES79#在IO-Link接口处配有肖特基和SMA瞬态电压抑制器(TVS)二极管。在电源输入端,双向SMC TVS二极管可钳位过压和欠压,肖特基二极管则提供极性反接保护。

其中有四个IO-Link端口和两个侧面安装的LED,如图2所示。奇数端口位于顶部。当顶部绿色LED亮起时表示已通电。下部LED是红绿蓝(RGB) LED,用于指示通信状态,如表1所示。

Figure 2. The MAXREFDES79# reference design port and LED locations.

图2.MAXREFDES79#参考设计端口和LED位置。

表1.MAXREFDES79# LED状态指示灯
上部侧面安装LED(绿色)
绿色 电源已接通
电源未接通
下部侧面安装LED (RGB)
无设备连接(无错误)
蓝色 已连接1个设备
绿色 已连接2个设备(或已连接4个设备)
青色 已连接3个设备
绿色 已连接4个设备(或已连接2个设备)
红色 错误。通信/连接错误。

图3显示了MAXREFDES79#参考设计包装盒内物品。MAXREFDES79#中内含:

  • MAXREFDES79#4端口IO-Link主机
  • AC-DC 24V/1A输出功率转换器
  • 美国转欧洲电源适配器
  • 两根黑色IO-Link线缆(1米)
  • Micro-USB连接线(2米)

需下载的软件包括:

  • TEConcept IO-Link控制工具(CT)软件(参见注释1)
  • STM32F4 VCP驱动程序(参见注释1)

Figure 3. The MAXREFDES79# reference design box contents.

图3.MAXREFDES79#参考设计包装盒内物品。

图4显示MAXREFDES79#系统已连接到运行TEConcept CT工具的笔记本电脑。在25°C下,在未连接传感器的情况下,MAXREFDES79#采用24V电源通常消耗27mA电流。

Figure 4. The MAXREFDES79# reference design system.

图4.MAXREFDES79#参考设计系统。

TEConcept CT Windows兼容GUI软件具有IODD文件导入功能,通过USB连接到PC,可从MAXREFDES79#产品页面的“设计资源”标签页下载。TEConcept CT软件如图5所示,完整的分步快速入门指南也可从“设计资源”标签页下载。

Figure 5. MAXREFDES79# TEConcept CT tool.

图5.MAXREFDES79# TEConcept CT工具。

TEConcept IO-Link主协议栈交付时已在MAXREFDES79#硬件内部进行预编程,并带有限定时间许可证,通过TEConcept CT软件可显示该许可证。MAXREFDES79#出厂时使用时间超过9000分钟。当剩余时间字段中的时间为0分钟时,MAXREFDES79#将关闭所有IO-Link端口并显示错误消息:LICENSEFAULT(许可证错误)。

向TEConcept GmbH提供有效的硬件ID和密钥号,即可轻松地从TEConcept GmbH购买低价无限期许可证。按许可证密钥管理窗口中的“导出硬件ID”按钮,如图6所示。向TEConcept GmbH请求无限时间许可证时,需提供hardwareID.txt文件。TEConcept GmbH的联系信息如下。

Figure 6. License key management window.

图6.许可证密钥管理窗口。

TEConcept GMbH联系信息
BTEConcept GmbH
Wentzingerstr. 21
D-79106 Freiburg
电话:+49 761 21443640
传真:+49 761 21443631
电子邮件:info@teconcept.de
https://teconcept.de/en/kontakt/

设备要求:

从Maxim购买:

  • MAXREFDES79#(包装盒内物品)
  • MAXREFDES79#4端口IO-Link主机
  • TEConcept IO-Link控制工具(CT)软件(参见注释2)
  • STM32F4 VCP驱动程序(参见注释1)
  • AC-DC 24V/1A输出功率转换器
  • 美国转欧洲电源适配器
  • 两根黑色IO-Link线缆(1米)
  • Micro-USB连接线(2米)

用户自备:

  • 运行Windows 7或Windows 8的PC,带USB端口
  • IO-Link传感器或IO-Link执行器(参见注释3)

注释2:从“设计资源”标签页下载文件

注释3:Maxim Integrated提供四种IO-Link传感器参考设计,可立即与IO-Link主机一起运行。请参阅MAXREFDES23#、MAXREFDES27#、MAXREFDES36#MAXREFDES42#

下载并仔细阅读MAXREFDES79#快速入门指南,按照说明执行每个步骤。

IO-Link合规性报告

根据以下测试报告,MAXREFDES79#是一款完全符合IO-Link 1.1版标准的主机。它使用标准器件GD000010进行测试。详情参见测试报告:MAXREFDES79#4端口IO-Link主机测试报告。

使用的设备:

  • 带USB端口的Windows 7 PC
  • MAXREFDES79#(包装盒内物品)
  • RD79_GUI_V0X_XX_XX_XX.ZIP;其中XX_XX = MAXREFDES79页面“设计资源”标签页下显示的最新版本
  • MAXREFDES23#(RGB光传感器)端口1
  • MAXREFDES27#(接近传感器)端口2
  • MAXREFDES36#(数字输入集线器)端口3
  • MAXREFDES42#(RTD温度传感器)端口4

实验室测量使用图7所示的设置和设备进行。

Figure 7. Setup and equipment used for lab measurements.

图7.用于实验室测量的设置和设备。

图8显示连接到端口1的MAXREFDES23# IO-Link RGB光传感器的数据图。该传感器距离红色塑料杯1英寸,由典型的吸顶式工业办公灯作为光源照射。图9显示连接到端口2的MAXREFDES27# IO-Link接近传感器的数据图,用一个白纸盒从250mm处开始,慢慢靠近传感器。LED电流设置为50mA。图10显示连接到端口3的MAXREFDES36# IO-Link数字输入集线器的数据图,30秒后24V电压切换到通道1。图11显示TEConcept CT软件使用连接到端口4的MAXREFDES42#读取0x010C环境温度参数值的屏幕截图。

Figure 8. Red, green, and blue counts vs. Tme of the MAXREFDES23# pointing at the red plastic cup 1in away. The gain was set to x1 and the integration time was set to 100ms.

图8.红色、绿色和蓝色计数与MAXREFDES23#指向1英寸外红色塑料杯的时间关系曲线。增益设置为x1,积分时间设置为100ms。

Figure 9. Proximity counts vs. Time of a white cardboard box starting from 250mm away and slowly moving closer to the MAXREFDES27# while in proximity mode and the LED current set to 50mA.

图9.白纸盒在接近模式下从250mm处开始慢慢靠近MAXREFDES27#,LED电流设置为50mA,纸盒接近计数与时间的关系曲线。

Figure 10. Digital inputs vs. Time for the MAXREFDES36# with 24V applied to channel 1 after 30s.

图10.30秒后向通道1施加24V电压时,MAXREFDES36#数字输入与时间的关系曲线。

Figure 11. Fine temperature readout of the ambient temperature parameter for the MAXREFDES42#.

图11.MAXREFDES42#环境温度参数的精细温度读数。

参考资料

1IO-Link公司社区2013年IO-Link系统说明。第3页,前言。

IO-Link是ifm electronic GmbH的注册商标。
ARM是ARM Limited的注册商标和注册服务标志。
Cortex是ARM Limited的注册商标。
Windows是Microsoft Corp.的注册商标和注册服务标志。

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