給讀者朋友的一封信
親愛(ài)的讀者朋友：
非常感謝您對(duì)本書(shū)和IO-Link技術(shù)給予厚愛(ài)。本書(shū)的德語(yǔ)版是關(guān)于IO-Link技術(shù)一書(shū)的第二次出版版本，其內(nèi)容包含一些技術(shù)更新和IO-Link主題以外的更多細(xì)節(jié)信息。
您購(gòu)買(mǎi)本書(shū)，或許是因?yàn)槟�之前沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)“IO-Link”，想要了解一下這項(xiàng)技術(shù)的概念及其功能；或許是因?yàn)槟�已�?jīng)知道IO-Link技術(shù)是什么，但想要更深入了解其技術(shù)細(xì)節(jié)；又或許是因?yàn)槟�想獲取有關(guān)IO-Link技術(shù)的最新進(jìn)展和其應(yīng)用前景的信息。
您可能會(huì)問(wèn)，或者可能會(huì)被問(wèn)到：“什么是IO-Link？為什么我們需要一個(gè)新的通信標(biāo)準(zhǔn)？”將通信技術(shù)深入現(xiàn)場(chǎng)層的想法早已有之，可以追溯到20世紀(jì)。而實(shí)現(xiàn)這一想法的方法有很多，本書(shū)中有提及。
有時(shí)候，一項(xiàng)技術(shù)取得成功需要時(shí)間，或者說(shuō)需要正確的時(shí)間點(diǎn)。就IO-Link技術(shù)而言，它的成功一定是因?yàn)檎业搅诉@個(gè)正確的時(shí)間點(diǎn)。不贅述，現(xiàn)在就由我?guī)�您�?lái)了解一下促使IO-Link成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的前提條件。
隨著20世紀(jì)90年代后期微控制器技術(shù)發(fā)展和小型化趨勢(shì)，人們獲得了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)層通信的重要基礎(chǔ)。有了這些新的技術(shù)，即使是對(duì)最小的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，也可以為其配置更多功能。既然其具備了更多功能，就需要進(jìn)行第二步，即讓用戶可以訪問(wèn)這些功能。在工業(yè)環(huán)境中，讓每臺(tái)設(shè)備都具備用戶接口或顯示器顯然并非實(shí)現(xiàn)這一需求的理想方案。一方面其成本高，另一方面用戶難以操作。最好的方法是讓用戶通過(guò)單個(gè)通信接口即可訪問(wèn)這些新功能和新信息。有了這一基本構(gòu)想，一些公司（特別是傳感器解決方案的供應(yīng)商）便開(kāi)始了自己的開(kāi)發(fā)工作。顯然，利用專(zhuān)有解決方案很難為客戶建立廣泛的應(yīng)用。
2000年以后，人們逐漸達(dá)成一種共識(shí)，即“只有采用通用標(biāo)準(zhǔn)的通信才能取得成功”。于是，以下三大因素促成了IO-Link的誕生：
�r 已有的技術(shù)基礎(chǔ)；
�r 控制系統(tǒng)需要更多的功能和訪問(wèn)權(quán)限；
�r 采用統(tǒng)一通信接口的共同意愿。
多家公司對(duì)此很感興趣。在初步討論后，其發(fā)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)的一些要求：
�r 開(kāi)放性和現(xiàn)場(chǎng)總線中立性；
�r 向后兼容性；
�r 易于安裝性。
一小部分公司（包含系統(tǒng)供應(yīng)商、傳感器和執(zhí)行器供應(yīng)商，以及服務(wù)供應(yīng)商）最初的目標(biāo)是，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)（PLC）與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的精益化通信，以處理配置、參數(shù)化的問(wèn)題以及實(shí)現(xiàn)典型自動(dòng)化系統(tǒng)中的診斷功能。IO-Link只是一種新的總線系統(tǒng)嗎？人們?cè)谧畛醯碾A段就對(duì)這一問(wèn)題展開(kāi)了討論。為了降低復(fù)雜性，特別是相對(duì)于小型設(shè)備的復(fù)雜性，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有設(shè)備的兼容性，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信架構(gòu)被認(rèn)為是一個(gè)可行的方案。基于這些內(nèi)容，在2008年前后，第一代版本的IO-Link規(guī)范正式確定并被發(fā)布。根據(jù)第一批客戶的反饋和要求，在不久之后的2013年，IO-Link規(guī)范添加了一些與系統(tǒng)相關(guān)的擴(kuò)展信息，這一更新版本被確定為IO-Link 1.1和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61131-9（SDCI），并于同年發(fā)布。
這就是IO-Link的發(fā)展簡(jiǎn)史的部分內(nèi)容。本書(shū)描述了通信的基本技術(shù)細(xì)節(jié)。
成功通信的一個(gè)重要方面，不僅是定義如何通過(guò)介質(zhì)傳輸位和字節(jié)，還有明確如何構(gòu)建內(nèi)容，以及如何處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)。同樣，相關(guān)問(wèn)題在開(kāi)始部分講述IO-Link定義時(shí)已經(jīng)被回答。
設(shè)備識(shí)別和診斷的一些基本功能被定義為標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。此外，對(duì)IO-Link主站的端口配置進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。IO-Link確切實(shí)現(xiàn)的一項(xiàng)重要功能是，針對(duì)設(shè)備的相應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和功能參數(shù)，定義了通用且標(biāo)準(zhǔn)的IO設(shè)備描述（IODD）文件，通過(guò)任何能夠解釋IODD的工具，都可以訪問(wèn)設(shè)備功能。
有關(guān)通信和集成選項(xiàng)的定義均已具備，加上作為一項(xiàng)關(guān)鍵要求的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)疑促使IO-Link技術(shù)取得當(dāng)前成功。本書(shū)通過(guò)一些示例介紹了IO-Link設(shè)備和主站集成的重要方面，并展示了一些工具。
通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中“實(shí)際”使用IO-Link技術(shù)（設(shè)備和主站），人們發(fā)現(xiàn)了一些需要改進(jìn)的內(nèi)容。隨著現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備功能的增加，進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化成為一個(gè)值得考慮的內(nèi)容。為什么不能針對(duì)特定的設(shè)備類(lèi)別來(lái)協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)表達(dá)和參數(shù)呢？例如，從用戶的角度看，其希望能夠在不閱讀用戶手冊(cè)的情況下就能使用基本的傳感器功能和參數(shù)。通過(guò)定義配置文件，IO-Link滿足了這些新需求，并以此建立了應(yīng)用層面的新標(biāo)準(zhǔn)。其中有一類(lèi)行規(guī)，是大家較熟悉的智能傳感器配置文件。需要指出的重要一點(diǎn)是，對(duì)于IO-Link而言，這種標(biāo)準(zhǔn)化只是一個(gè)演變（逐漸發(fā)展的）過(guò)程，不需要對(duì)通信規(guī)范進(jìn)行任何更改。
使IO-Link技術(shù)可隨即用于安全應(yīng)用，是該技術(shù)的方向之一。而今，第一批IO-Link安全設(shè)備和主站已準(zhǔn)備完畢。在這里，IO-Link標(biāo)準(zhǔn)通信和作用仍然保持不變。安全性只是IO-Link性能的一個(gè)延伸方面。
您可能會(huì)問(wèn)：“IO-Link是否僅限于有線介質(zhì)傳輸？”基于IO-Link標(biāo)準(zhǔn)定義，IO-Link無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)也可以滿足自動(dòng)化行業(yè)要求，進(jìn)行確定性數(shù)據(jù)傳輸。
幾年前，當(dāng)“工業(yè)4.0”和“智慧工廠”成為討論焦點(diǎn)之時(shí)，IO-Link委員會(huì)展開(kāi)了全面分析，探索這兩者對(duì)于IO-Link技術(shù)的影響。這兩者將會(huì)對(duì)IO-Link技術(shù)提出哪些新要求？需要解決哪些問(wèn)題？后來(lái)，通過(guò)分析，大家很快發(fā)現(xiàn)IO-Link早已為“工業(yè)4.0”做好了準(zhǔn)備。通過(guò)此前的定義，尤其是標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備系統(tǒng)描述文件（IODD）的集成以及定義設(shè)備配置文件的活動(dòng)，工業(yè)4.0應(yīng)用所需的數(shù)據(jù)已經(jīng)存在。基于這些事實(shí)，達(dá)成了“IO-Link是工業(yè)4.0的賦能技術(shù)”這一共識(shí)。
您可能還會(huì)問(wèn)：“IO-Link技術(shù)支持物聯(lián)網(wǎng)嗎？”當(dāng)然！對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)支持協(xié)議而言，重要的是數(shù)據(jù)可用、設(shè)備功能可以輕松尋址并映射到任何合適的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。同時(shí)其具備了將IO-Link集成到開(kāi)放性生產(chǎn)控制和統(tǒng)一架構(gòu)（OPC UA），以及將IO-Link映射到JSON在REST API或MQTT中使用的規(guī)范，這些都突顯了IO-Link支持物聯(lián)網(wǎng)的能力。在本書(shū)中，您將會(huì)找到有關(guān)在物聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)化應(yīng)用中結(jié)合使用IO-Link架構(gòu)的信息。
如今的IO-Link已涵蓋IO-Link技術(shù)創(chuàng)始人曾經(jīng)想到的方方面面。特別是無(wú)縫集成到物聯(lián)網(wǎng)世界的可能性，為未來(lái)的技術(shù)強(qiáng)化和擴(kuò)展提供了廣泛的機(jī)會(huì)。IO-Link的成功是以開(kāi)放性、系統(tǒng)中性、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、易于集成和可擴(kuò)展性為基礎(chǔ)的。目前已經(jīng)出現(xiàn)的2萬(wàn)多個(gè)不同的IO-Link設(shè)備（小到傳感器，大到擁有數(shù)百個(gè)參數(shù)的大型復(fù)雜設(shè)備）以及種類(lèi)繁多的主站解決方案，均展示了對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的接受程度。
這本書(shū)主題廣泛，涵蓋了從通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)細(xì)節(jié)到關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)集成的理念。本書(shū)的作者一直是IO-Link委員會(huì)的活躍成員。因此，書(shū)中的信息建立在對(duì)該技術(shù)深入了解的前提之上。編制本書(shū)的初衷不是取代一項(xiàng)規(guī)范，而是讓您全面了解從物理連接層到整套網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的不同主題是如何關(guān)聯(lián)的。
在未來(lái)，IO-Link技術(shù)還會(huì)不斷發(fā)展。因此，我想這本書(shū)還會(huì)更新迭代，新的改進(jìn)內(nèi)容和擴(kuò)展內(nèi)容將會(huì)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間呈現(xiàn)給大家。
希望您能喜歡本書(shū)，也希望它能滿足您的期望。


Hartmut Lindenthal
Pepperl+Fuchs SE，IO-Link指導(dǎo)委員會(huì)成員
2022年1月6日于柏林