从传感器直接到智能决策
现代自动化设备产生的传感器数据比以往任何时候都多，但通往上层控制系统的路径往往是瓶颈。TEConcept的IO-Link聚合器设备通过在单个字节到达PLC之前，直接在现场执行信号处理、数据融合和简单的控制逻辑来解决这个问题。
IO-Link – 简要说明：
IO-Link (IEC 61131-9) 是一种国际标准化通信协议，用于自动化金字塔的最底层：控制器（SPS/PLC）与现场单个传感器或执行器之间的连接。简而言之：IO-Link通过市售的三芯标准电缆（最长20米）将模拟4-20mA信号替换为数字双向点对点连接。
IO-Link主站是连接上层PLC的接口。它提供多个端口，每个端口连接一个IO-Link设备——例如压力传感器、光电开关或温度传感器。主站周期性地查询设备，并将过程数据（PD）转发给PLC。PLC接收的是现成的测量值——没有原始信号，无需手动转换。
与传统模拟技术相比，其决定性优势在于：每个IO-Link传感器不仅传输其测量值，还传输设备识别、诊断信息和可配置参数——所有这些都是数字化的、抗干扰的，并且无需复杂的信号布线。所谓的IODD（IO设备描述）是一个与制造商无关的XML文件，它精确描述了设备提供哪些数据——类似于自动设置通信的设备驱动程序。
IO-Link设备
带有IO-Link接口的传感器或执行器。提供数字测量值，可通过软件进行参数设置，例如开关点、测量范围或诊断间隔。
IO-Link主站
通常管理4-8个端口，周期性地查询连接的设备，并将过程数据传输给PLC或云网关。
IODD（设备描述）
每个传感器类型的标准化XML文件。描述数据结构、参数和诊断，实现跨制造商集成，无需手动配置。
架构一览
从IO-Link主站的角度来看，聚合器设备扮演着一个简单的角色：它对外表现为一个普通的IO-Link设备，通过自己的IODD注册并提供结构化的过程数据。其内部发生的事情才是真正的创新：该设备同时运行四个独立的IO-Link主端口，可以连接任意传感器。这四个传感器的测量值并非简单地透传，而是在内部进行关联、过滤和处理，然后才将经过预处理的相关信息传递给上层主站。
因此，聚合器设备位于传感器和实际的IO-Link主站之间，扮演着现场迷你PLC的角色，无需编程知识即可直接在设备中进行配置。由于数据无需先经过漫长的路径到达PLC再返回，因此可以实现微秒级的响应时间。
4合1 IO-Link设备集线器
一个普通的IO-Link主站每个端口只连接一个传感器。聚合器设备在主站上也只占用一个端口——但在内部提供四个功能齐全的IO-Link主端口。四个传感器，一个连接到PLC的电缆。
实时逻辑互联
IO-Link数据通常需要先传输到PLC，在那里进行处理，然后再返回现场。这个周期至少需要10毫秒。聚合器设备在1毫秒内在本地关联传感器数据，非常适合时间敏感的关断或控制。
数字预处理和信号调节，助力AI
标准传感器提供原始测量值——嘈杂且缺乏上下文。聚合器设备内部的CLA（可配置逻辑适配器）直接在设备中过滤、转换和分析这些信号，例如：直流陷波、低通、希尔伯特变换和用于频率分析的FFT。除了预定义的默认功能块外，还可以定义新的预处理块。
无需编程即可配置
处理逻辑通过图形化PC应用程序进行组装，类似于在流程图中连接模块。完成的配置通过BLOB传输（IO-Link标准中定义的一种用于较大数据包的机制）加载到设备中。既不需要固件更新，也不需要编程C代码。
用例：转台状态监测
装配线中的紧凑型转台应持续监测不平衡和轴承磨损——无需昂贵的附加传感器或更改PLC编程。
- 采集原始信号：一个简单的IO-Link距离传感器（例如SICK DT35）以2.5毫秒的周期时间连续测量旋转台面的表面。
- 同步转速：第二个端口读取编码器的旋转角度。聚合器设备实时关联这两个信号。
- 消除噪声：通过高通滤波器滤除直流分量，通过陷波滤波器滤除工频。低通滤波器平滑剩余信号。
- 计算频谱：一个256点FFT在大约1秒内生成转台的完整频谱，特征振动线变得可见。
- 压缩后转发：聚合器设备不传输数千个原始值，而只将相关的谱线传输给PLC，用于报警评估和/或传输到云端进行趋势分析和预测性维护。
信号处理流程详解
聚合器设备内部的CLA（可配置逻辑适配器）将处理块像信号链中的模块一样连接起来。每个块都通过标准化的描述符文件进行描述，并且可以通过自定义块进行扩展，系统是开放的，不限于随附的算法：
与此同时，第二个传感器端口（旋转角度信号）通过CORDIC模块将频谱分析与实际旋转位置同步。CORDIC是一种计算效率高的算法，用于在没有浮点单元的情况下计算三角函数（sin/cos），非常适合计算能力有限的嵌入式硬件。结果是：FFT谱线精确地与旋转位置对应。这种方法以前需要特殊的测量技术或复杂的PLC编程，现在在聚合器设备中自动运行。
“一个标准距离传感器变成了一个功能齐全的 状态监测系统——无需新硬件。”
聚合器设备与传统方法对比
| 标准 | 传统（PLC） | 使用聚合器设备 |
|---|---|---|
| 响应时间 | 取决于PLC周期（≥ 10 毫秒） | 直接在设备中（微秒-毫秒） |
| 传输到PLC的数据量 | 所有传感器的原始数据 | 仅预处理的关键参数 |
| PLC编程工作量 | 高（滤波逻辑、FFT等） | 无需更改PLC |
| 主站上的硬件端口 | 每个传感器1个端口 | “一个”端口连接4个传感器 |
| 状态监测 | 需要额外测量技术 | 集成，无额外成本 |
| 云能力 | 复杂中间件 | 通过IO-Link → 网关直接连接 |
其他应用场景
聚合器设备并非小众工具，其原理可应用于任何多个IO-Link传感器共同揭示比单个传感器更多信息的地方：
输送带监测
多个IO-Link光电开关和一个振动传感器共同提供关于输送带运行、填充水平和轴承健康状况的信息，聚合器设备将所有四个IO-Link通道汇总为一个状态值，由PLC直接评估。
机器人末端执行器
夹具上的力、压力和位置传感器通过IO-Link进行通信。聚合器设备将其过程数据融合为紧凑的抓取力反馈——无需机器人控制器单独查询每个传感器。
流体过程监测
IO-Link压力、温度和流量传感器直接在聚合器设备中进行逻辑关联。超限违规会在1毫秒内触发本地关断动作，无需等待PLC周期。
驱动与主轴
通过IO-Link采集角度、转速和振动，并将其浓缩为磨损指标。压缩后的值通过IO-Link主站周期性地传输到MES，原始数据保留在设备中。
您的产品。您的品牌。我们的技术。
TEConcept不将IO-Link聚合器设备作为自己的最终产品进行销售，而是作为完整的技术蓝图提供给希望将此原理集成到其产品线中的制造商、系统集成商和原始设备制造商。
该蓝图包括完整的硬件设计、固件以及PC配置应用程序。客户将获得开发、生产和销售聚合器设备所需的一切，以其自有品牌进行，并可选择添加自己的处理块并根据特定应用调整解决方案。
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