通用I / O：正好在数字转换

I / O的标准化版本为用户和机器建设者提供了快速扩展系统的机会，但传统的I / O仍然存在重要作用。

娜塔莉·克雷格高级管理编辑

5月5日，2021年

无论它被称为通用I/O、灵活I/O、智能I/O、可配置I/O、电子编组等，智能I/O的使用都为I/O变化提供了更多的灵活性——随着行业转向更加定制和按需制造的生产流程，这种变化越来越普遍。推动通用I/O的主要驱动力来自大公司，比如埃克森美孚，希望缓解调试过程并使更改控制系统。

虽然普遍I / O的好处是大型公司的清晰，但小型公司和OEM也可以受益。但是，用户应该意识到，尽管通用I / O的优势广泛，但传统I / O保持有效的仍有一些用例。

通用I/O堆栈如何
输入/输出设备处理控制器之间的双向连接和被控制的设备或系统之间。有两种类型的I / O：模拟，这是一种电信号，表示类似温度水平或流量速率;和数字使用代表两个状态的信号，例如打开和关闭或启动和停止。

通过传统的模拟I / O系统，需要大量的前沿工作来指定正确的现场I / O模块，电气面板，安装，电源，分配和网络。因为I / O系统通常与中央控制器相关联，所以需要广泛的编程来获取这些系统以彼此有效地通信。

这是通用I/O可以提供好处的初始实例。有了这种I/O，机器制造者可以在适当的地方放下I/O模块，然后将它插入网线。通过消除所有预先编程要求，通用I/O简化了机器设计和系统构建，同时也提供了通常与传统I/O不相关的数据处理和网络连接选项。

提供普及I / O如何简化机器和系统建筑工程，乔什斯·东革销售技术营销总监Josh Eastburn的示例光电子的22他说:“如果你的控制系统、流程或制造工程师仍在开发设备，他们可能不知道需要多少特定类型的信号。因此，当设计完成后，他们经常不得不在后台做大量的更改命令，修改I/O设计以满足不同的信号需求。或者他们可以采用灵活的或通用的I/O，这将允许他们在不改变电气设计、面板或外壳的情况下在现场重新配置它。它简化了许多设计过程，并减少了项目预算。最终，通用I/O也转化为更容易的维护。”

数据需求
对通用I / O的需求背后是推动更多数据，以帮助预测机器故障和其他关键维护时间表。

“Beckhoff贝克霍夫自动化北美I/O产品经理Sree Swarna Gutta说:“我们从20世纪80年代开始提供I/O产品，这个(通用I/O)领域每年以10%的速度持续增长。”“这显示了行业内的接受度，以及用户对灵活的I/O的满意程度。对于灵活的I/O，他们的要求之一是能够整合更多的诊断和信息，OEM和客户可以利用这些信息来改善机器的设计和性能。”

虽然标准I / O设备可以仅接收来自机器内的传感器的过程数据和信号通信，灵活或通用I / O可以提供对传感器生活中的环境的其他信息。这种功能持有很多未开发的信息据Shishir Rege，技术销售专家，IIOR（工业互联网）技术销售专家，涉及预测维护Balluff Inc.。

Rege说:“例如，如果有什么东西使传感器偏离了方向，传感器就无法告诉标准的I/O设备。“那么传感器是如何将信息传递给机器，从而让机器确认信息的呢?”通用I/O使传感器或设备能够提供更多的诊断，不仅是对其本身，还对其所处的环境进行诊断。所以这是更丰富的交流。”Opto 22的groov里约热内卢远程I/O提供了超过20万个独特的、软件配置的I/O组合，在一个单一的、紧凑的、通过以太网(PoE)供电的工业
内置了基于Web的配置，调试和数据流逻辑软件的包装。该设备还包括对多个OT和IT协议的支持。GROOV RIO模块可用作传统的远程I / O或作为边缘I / O解决方案。

全球化和改造福利
随着机器制造商越来越多地开发用于不同国家的设备，他们在每个地区都遇到了不同的标准和协议。根据百通通用I/O可以与许多不同的PLC环境和现场总线协议，如Profinet或EtherNet/IP，使设备更容易销售到全球市场，同时减少产品变体和更换I/O模块以满足特定协议要求的需求。

“当您选择灵活的I / O时，机器建设者实际上可以留下那种技术。“当他们在全球销售时，他们不必重新设计任何东西，”Gutta说。“虽然Beckhoff在EtherCAT创建并专注于Ethercat，但我们的I / O支持超过25个通信协议。通用I / O提供能够连接到任何网络的灵活性，并且可以在世界上的任何地方使用。“

除了允许机器制造商以更少的复杂性在全球销售外，通用I/O还被吹捧为既能用于新设备，也能用于旧设备。机器制造商可以用可定制的模块来改造现有的机器，这些模块可以根据需要包括尽可能多的输入和输出，而不是局限于传统I/O设备中常见的8个输入和输出。

IO-Link是一种用于与工业传感器和执行器通信的标准化I/O技术，在过去十年中获得了广泛关注。IO-Link是一种统一的点对点设备级通信方法，在欧洲很流行，现在正在向美国和亚洲进军，它具有内置诊断功能，据报道很容易实现。IO-Link是独立于供应商的，这就是为什么可以将来自不同制造商的IO-Link主设备和IO-Link设备组合在一起，并将这些产品集成到同一个网络中。

在面试中自动化世界让你的问题得到解答“播客剧集关于IO-Link，Rege将IO-Link描述为适用于工业自动化的USB，因为它独立于控制级别网络和协议。“所有您需要的是一个网关或桥梁模块，可以将协议连接在一起。这就是我们所谓的IO-Link Gateway或IO-Link主站，它在现场总线级别通信，以及从IO-Link设备收集数据。“

Belden的产品经理Svenja Litz补充道:“由于以太网接口的尺寸和成本都不适合光电传感器等最小设备，IO-Link是使简单传感器智能的完美通信协议。它使它们能够传输一组不同的参数。这就是为什么一个简单的传感器可以通过IO-Link通信，在标准开关信号之外传输温度信息。”

通用I / O的即插即用兼容性同样吸引到最终用户。由于制造商将不同的机器与各种机器构建器组合，每个具有不同电缆长度的机器上都有各种接口，这使得最终用户负责维护不同尺寸和不同界面的所有不同电缆的库存。但是，如果所有设备和机器都配备了通用I / O，则只需要一个标准电缆来连接到所有设备。

“它是数字设备，智能传感器，RFID，甚至是阀门歧管 - 它可以带到相同的标准界面上，”Rege说。

EK9500总线耦合器将以太网/IP网络连接到EtherCAT终端以及EtherCAT Box模块，并将以太网/IP电报转换为E-bus信号表示。在EtherCAT中，以太网/IP耦合器拥有一个具有大量终端选择的低级、强大和快速I/O系统。Sree Swarna说
Gutta, BeckhoffAutomation北美I/O产品经理，使用旧系统和机器的用户可以实现物联网应用程序，收集数据用于机器学习，并将其发送到云，而无需使用Beckhoff的耦合器编写详细的编程。可能的缺点
虽然通用I / O通过其清晰的连接效益获得了追随者，但该技术确实存在于自己的一系列权衡。

其中一个问题是速度。由于通用I/O是数据通信的一种形式，与传统I/O(信号通信)相比，用户和oem可能会遇到网络速度问题。

雷吉说:“信号通信总是比数据通信快。”“如果传感器用信号通信，它到达控制器的速度会更快，而如果传感器用数据通信，速度会更慢，因为它使用了更多的网络带宽。”

据Rege称，95%的工业自动化应用程序都能很好地适应通用I/O平台，因为它们可以容忍10到15毫秒的延迟。然而，如果延迟需求小于5毫秒，Rege说他不推荐通用I/O。

Opto 22的Eastburn也不推荐对每个应用程序使用通用的I/O方法。

伊斯特本说:“通常，我们看到采用(通用I/O)的是物联网应用，我们需要快速扩展系统。”“如果你能在I/O上多花一点钱，以节省前端设计和安装工作，然后在其他机器上重复这一过程，就可以转化为项目节省，并使系统更容易扩展。但如果你想节省成本并获得更便宜的I/O，那么就点/通道价格而言，你很容易击败通用I/O。所以，这真的取决于应用程序是什么，以及它从项目总成本还是长期TCO(总拥有成本)的角度来看是否有意义。”

传统的I / O还可以提供更广泛的信号和电源选项，例如，可以使用例如需要通道到通道隔离或高频计数的应用。这就是为什么“肯定仍然需要传统的I / O，”Eastburn说。

Opto 22的groov里约热内卢远程I/O提供了超过20万个独特的、软件配置的I/O组合，在一个单一的、紧凑的、通过以太网(PoE)供电的工业
内置了基于Web的配置，调试和数据流逻辑软件的包装。该设备还包括对多个OT和IT协议的支持。GROOV RIO模块可用作传统的远程I / O或作为边缘I / O解决方案。通用I/O在物联网中的作用
雷吉说，物联网的本质是数据。通用I/O不仅为构建者和用户提供了更多利用数据的机会，还为机器设计和兼容性带来了更大的灵活性。