3.3　I/O-Link网络配置

3.3.1　I/O-Link网络连接

（1）I/O-Link网络组成

在采用网络控制的现代数控系统中，用于网络数据通信控制的装置称为主站（master station，简称master）；接受主站控制的装置称为从站（slave station，简称slave）。FANUC数控系统集成PMC采用的是I/O-Link网络控制，因此，所有用来连接PMC输入/输出的单元或模块均属于I/O-Link网络从站。

FS 0iF/0iF Plus系统PMC的I/O-Link网络组成如图3.3.1所示。数控系统集成PMC是I/O-Link网络主站；集成有I/O-Link总线接口的FANUC标准面板（主面板）、手持操作面板接口模块、βiSV I/O-Link伺服驱动器以及所有用来连接按钮、开关、指示灯以及继电器、接触器的触点、线圈等开关量输入/输出（DI/DO）信号的I/O单元或模块，均属于I/O-Link网络从站；主站与从站通过I/O-Link网络总线连接。

机床生产厂家设计、制作的用户面板上的按钮、指示灯、手轮，电气控制柜内的继电器、接触器触点与线圈，安装在机床上的检测开关、电磁阀等所有主令元件、执行元件，都需要通过传统的电线、电缆连接到PMC的I/O单元或模块上；然后，通过PMC的I/O-Link总线通信，检测主令元件的状态，控制执行元件的动作。

PMC的I/O-Link从站应根据I/O元件的数量、性能要求选配，只要在数控系统PMC允许的最大DI/DO点范围内，可选择不同形式、不同规格的多个I/O从站，然后，按照下述原则连接PMC的I/O-Link网络系统。

（2）I/O-Link网络连接

FANUC数控系统的PMC I/O-Link网络连接原则及要求如下。

①I/O-Link网络采用的是总线型拓扑结构，从站依次串联连接。数控系统（主站）的I/O-Link总线输出端，连接到第一个从站的输入端；第一个从站的输出端，连接到第二个从站的输入端；后续的从站依次类推；最后一个从站的总线输出端不需要终端连接器。

②FANUC标准I/O-Link总线为电缆，其连接距离一般应在15m之内。当I/O-Link从站与主站的连接距离超过15m时，原则上应选配图3.3.2所示的光缆适配器（optical I/O-Link adapter），将I/O-Link总线电缆连接接口转换为光缆连接接口后，利用光缆进行远距离连接。使用光缆连接后，I/O-Link从站与主站的连接距离可延伸至最大200m。

③从站在I/O-Link网络中的安装位置无规定要求，从站的I/O地址范围可通过数控系统的I/O-Link网络配置设定。

④FS 0iF/0iF Plus系统的一个从站能够连接的最大DI/DO点数为256/256点（16/16字节输入/输出），PMC的I/O-Link网络最大允许连接16个从站，FANUC标准面板、βiSV I/O-Link伺服驱动器、分布式I/O都视为1个I/O-Link从站；但是，PMC实际可控制的DI/DO点数，受系统PMC功能的限制，FS 0iF/0iF Plus一般不能超过1024/1024点（128/128字节输入/输出）。

⑤手轮属于PMC的DI点，每一手轮需要占用8点DI；但是，对于实际未使用的手轮连接接口，不需要计算手轮的DI点。如果多个I/O单元具有手轮接口，系统将默认最靠近PMC的I/O单元的手轮接口有效。

（3）DI/DO信号连接

数控系统的集成PMC主要控制对象为数控机床，PMC的输入/输出主要包括机床操作面板的按钮、指示灯、手轮，电气控制柜的继电器、接触器触点及线圈，机床的行程开关、电磁阀线圈等，它们都属于开关量输入/输出（DI/DO）信号。

FS 0iF/0iF Plus系统的I/O单元或模块的通用DI/DO，均采用DC24V输入/输出，除操作面板I/O模块A1的56点矩阵扫描输入、分布式I/O扩展模块C的16点DO外，其他的I/O单元或模块的信号输入要求及输出驱动能力统一。

①I/O单元或模块DI输入对开关量输入信号的基本要求如下。

输入触点驱动能力：≥DC30V，16mA。

输入触点断开时的漏电流：≤1mA（26.4V）。

输入触点接通时的压降：≤2V。

I/O单元或模块的DO信号输出驱动能力如下。

②可驱动的最大负载：DC24V，200mA。

DO输出ON时的饱和压降：≤1V。

DO输出OFF时的漏电流：≤0.1mA。

③操作面板I/O模块A1的56点矩阵扫描输入对信号输入的要求如下。

输入触点ON时的输入电压/电流：≥DC6V，2mA。

输入触点闭合压降（包括防环流二极管）：≤0.9V。

输入触点断开时的漏电流：≤0.2mA。

3.3.2　I/O-Link从站规格

（1）I/O-Link从站类别

数控系统集成PMC的主要控制对象为数控机床，PMC的输入/输出主要包括机床操作面板的按钮、指示灯、手轮，电气控制柜的继电器、接触器触点及线圈，机床的行程开关、电磁阀线圈等，它们都属于开关量输入/输出（DI/DO）信号，因此，PMC的I/O-Link网络从站大多数都是DI/DO连接设备。

FANUC数控系统集成PMC配套的I/O从站主要介绍如下。

①FANUC主面板。如前所述，FANUC公司配套提供的标准机床操作面板（主面板）集成有I/O-Link总线接口，可直接作为标准I/O单元与PMC的I/O-Link网络总线连接。主面板除了连接本身的按键、LED指示灯外，还预留有若干连接FANUC子面板、手轮的通用DI/DO点，如果不选配子面板，这些通用DI/DO点可用于用户面板的按钮、指示灯或其他I/O信号的连接。

FANUC手持式简易面板需要液晶显示、系统操作等多种功能，它需要通过专门的I/O接口模块与I/O-Link总线连接，接口模块不能用来连接其他I/O信号，也无需用户进行PMC控制程序编制。

②I/O模块。I/O模块通常是指无保护外壳、电路板和元器件裸露的I/O连接装置。I/O模块只能在操作台、控制箱、电气柜等具有良好密封的封闭空间内安装。FANUC数控系统PMC的I/O模块有操作面板I/O（模块）、电气柜I/O（模块）两种。

操作面板I/O是专门针对操作台按钮、指示灯、手轮连接而设计的I/O模块，模块带有DI/DO和手轮连接接口，因此，可用于机床生产厂家设计制作或其他公司生产的机床操作面板（用户面板）的按钮、指示灯、手轮连接，模块通常安装在机床操纵台上。

电气柜I/O是用来连接电气控制柜中的继电器、接触器触点与线圈的I/O模块，模块只能用于DI/DO信号连接，不能连接手轮；如果机床的检测开关、电磁阀等I/O器件的控制线直接连接到电气柜，电气柜I/O也可用于机床I/O的连接。

③I/O单元。I/O单元通常是指带保护外壳、可独立安装的I/O连接装置。0i-I/O单元是FANUC公司专门为FS 0i系列简约型数控系统研发的标准I/O连接设备，单元带有96/64点DI/DO和手轮连接接口，既可用于操作面板连接，也可用于电气柜、机床I/O连接。I/O单元的DI/DO点数多、防护性能好、安装方便，因此，对于机床操作台与电气柜一体的设备，或者两者距离较近的中小型数控机床，在大多数情况下只需要选配I/O单元，便可连接操作台、电气柜、机床的所有I/O信号。

④分布式I/O。分布式I/O（distributed I/O）是PLC网络控制系统的标准术语，在FANUC说明书中有时被译作“分线盘I/O”“分散I/O”等。

分布式I/O是大型数控机床、自动生产线的PMC远距离I/O连接设备，它可将远离CNC单元、分布于数控机床或FMC不同部位的各种检测、执行元件（I/O信号），利用I/O单元进行现场集中连接，然后再通过网络总线连接到CNC单元（PMC）上，从而大幅度减少了长距离连接电缆，方便了现场接线和调试维修操作。使用光缆适配器后，分布式I/O的最大连接距离可扩展至200m。

分布式I/O模块的结构类似于通用PLC的扩展模块，模块采用无机架独立安装结构，并具有一定的扩展性。分布式I/O模块最大可连接96/64点DI/DO，模块有插接型、紧凑型、端子型3种结构型式；端子型、紧凑型I/O模块支持最新的I/O-Link i总线连接。

分布式I/O模块有基本模块和扩展模块两类。基本模块为分布式I/O模块的必需部件，模块可独立使用。扩展模块用来增加I/O点，可根据要求选配，紧凑型分布式I/O基本模块只能连接1个扩展模块；插接型、端子型最大可连接3个扩展模块；扩展模块可通过扩展电缆连接到基本模块上，作为基本模块的附加部件。分布式I/O模块的规格较少，目前只有基本模块和DI/DO扩展模块、AI/AO扩展模块5种规格。

⑤I/O单元A。I/O单元A（I/O unit-model A）是FS 15i/16i/18i/21i、FS 30i/31i/32i/35i等高性能数控系统的标准I/O连接设备，它采用了通用PLC同样的模块式结构，单元由带I/O-Link总线接口（I/F模块）的机架及各类I/O模块组成，I/O模块安装在机架插槽上；如需要，基本机架还可连接一个扩展机架。I/O单元A最大可连接256/256点DI/DO。

I/O单元A模块种类、规格较多，它不仅可选择DC24V标准DI/DO模块，而且还有AC100V输入、AC100～230V输出、AC250V/DC30V通用输出以及模拟量输入/输出高速计数输入、温度测量输入等较多功能模块可供选择。

I/O单元A既可用于操作台、电气控制柜、机床的DI/DO连接，也可用于远距离I/O连接，与I/O模块、0iC-I/O单元、分布式I/O模块等I/O连接设备相比，I/O单元A功能更强、可连接的DI/DO点更多、模块种类与规格更全，因此，可用于大型复杂数控机床、FMC等现代数控设备的控制。

⑥βi伺服驱动器。βiSV I/O-Link伺服驱动器是具有闭环位置控制功能的通用型伺服驱动器，但它采用的总线通信信号控制，使用时可作为PMC的I/O单元，直接与PMC的I/O-Link总线连接，构成PMC控制的辅助运动轴（简称PMC轴）。

βiSV I/O-Link伺服驱动器可像其他网络控制的通用型伺服驱动器一样，利用来自网络总线的通信信号，进行闭环位置、速度控制，因此可用于数控机床分度工作台、刀库回转等辅助部件的伺服驱动与定位控制。

（2）I/O-Link从站规格

FS 0iF/0iF Plus系统可选配的I/O-Link从站规格如表3.3.1所示。

3.3.3　I/O-Link从站结构

FS 0iF/0iF Plus数控系统集成PMC的I/O从站包括FANUC主面板、I/O模块、0i-I/O单元、分布式I/O模块、I/O单元A、βiSV I/O-Link驱动器6大类。

（1）FANUC主面板

FANUC主面板包括主面板A、主面板B、小型主面板B及新的安全型主面板B、标准主面板等，主面板集成有I/O-Link总线接口，可作为独立的I/O从站直接连接到PMC的I/O-Link总线；主面板带有手轮及少量通用DI/DO连接接口，可用于FANUC子面板、用户面板的连接。FANUC主面板的外形与结构可参见前述。

（2）I/O模块

①I/O-A1模块。I/O-A1模块是专门用于操作面板连接的I/O模块，简称操作面板I/O-A1。操作面板I/O-A1可连接72/56点输入/输出和3个手轮。其中，56点DI为矩阵扫描输入，16点为通用DI输入；56点输出均为DC24V通用DO，模块外形及尺寸如图3.3.3所示。

I/O-A1模块上的连接器CPD1用于DC24V电源连接；JD1B为I/O-Link总线输入，应连接到CNC或上一从站的I/O-Link总线输出端；JD1A为I/O-Link总线输出，应连接到下一从站的I/O-Link总线输入端；JA3为手轮连接接口，最多可连接3个手轮；CE53、CE54为DI/DO连接器，可连接72/56点DI/DO。

CE53、CE54上的16点通用DI和56点通用DO均有独立的连接端，56点矩阵扫描输入需要连接7点DI行输入信号KCM1～KCM7和8点DO列驱动信号KYD0～KYD，信号的连接要求详见第4章。

②I/O-B1与I/O-B2模块。操作面板I/O-B1模块、电气柜I/O-B2模块的外形及尺寸分别如图3.3.4所示，两种模块的区别仅在于手轮接口JA3的有无，其他性能及模块外形、连接器编号、安装位置、连接方式等均相同。

图3.3.4（a）所示的操作面板I/O-B1模块可连接48/32点通用DI/DO信号和3个手轮，模块所有DI/DO信号与地址均采用通常的一一对应连接。I/O-B1模块的连接器安装位置均与操作面板I/O-A1模块相同，但DI/DO连接器编号改为CE56、CE57；CE56、CE57为具有独立连接端的48/32点通用DI/DO连接。

图3.3.4（b）所示的电气柜I/O-B2模块无手轮连接器JA3，不能连接手轮，模块的其他性能均与操作面板I/O-B1模块相同。

（3）0i-I/O单元

0i-I/O单元是FANUC公司专门为FS 0i系列简约型数控系统研发的高性价比紧凑型I/O连接设备，该单元不能用于FS 30i系列高性能数控系统。

0i-I/O单元带有96/64点DI/DO和手轮连接接口，既可用电气柜、机床的DI/DO信号连接，也可用于操作台按钮、开关、指示灯、手轮连接。

0i-I/O单元的结构与外形如图3.3.5所示，单元带有外壳及风机，可独立安装使用。单元的连接器CP1用于DC24V输入连接；CP2为DC24V输出，可作为DI、DO信号驱动电源。连接器JD1B为I/O-Link总线输入，应连接到CNC或上一I/O从站的I/O-Link总线输出端；连接器JD1A为I/O-Link总线输出，应连接到下一I/O从站的I/O-Link总线输入端。连接器JA3为手轮连接接口，最大可连接3个手轮。

0i-I/O单元的96/64点DI/DO信号通过连接器CB104/105、CB106/107连接，通常情况下，为了便于连接、检查与维修，连接器CB104/105、CB106/107一般需要通过标准的50芯扁平电缆插头/端子转换器，转换为接线端子。

（4）分布式I/O模块

分布式I/O模块采用无机架独立安装结构，每一从站最大可连接的DI/DO点为96/64点。分布式I/O模块有插接型（connector panel type）、紧凑型（connector panel type 2）、端子型（terminal type）3种I/O连接方式；插接型只能连接I/O-Link总线，端子型、紧凑型I/O模块支持最新的I/O-Link i总线连接。

①插接型。插接型（connector panel type）分布式I/O模块的外形与结构如图3.3.6所示，模块可采用标准导轨安装或底板安装两种安装方式。

标准导轨安装方式如图3.3.7（a）所示，模块可直接通过电气柜的DIN标准导轨安装（正装），安装时只需要将带DIN导轨卡槽的底面卡入安装导轨，I/O信号便可直接通过I/O连接器与模块正面连接。

底板安装方式如图3.3.7（b）所示，模块安装需要有专门的安装板，I/O连接器固定在安装板上，I/O信号与安装板的连接器连接。模块安装时将I/O连接器插入安装板的连接器内，并将模块的弹性卡爪卡入安装板的卡孔后固定（反装）；此时，模块的DIN导轨卡槽底面将成为朝外的正面。

插接型分布式I/O模块无单独电源连接端，模块的DC24V电源需要从I/O连接器的指定连接端输入。为了便于连接、检查与维修，模块的I/O连接器一般需要通过标准的50芯扁平电缆插头/端子转换器，转换接线端子后连接I/O信号。

插接型分布式I/O的基本模块带有I/O-Link总线连接器，连接器JD1B为I/O-Link总线输入，应连接到CNC或上一I/O从站的I/O-Link总线输出端；连接器JD1A为I/O-Link总线输出，应连接到下一I/O从站的I/O-Link总线输入端。基本模块本身可连接24/16点DI/DO，基本模块最大可连接3个扩展模块，但不能连接手轮。

插接型分布式I/O模块的可根据需要选择，扩展模块A带有手轮连接器JA3，可连接24/16点通用DI/DO和3个手轮，扩展模块A必须安装在第1个扩展位置；扩展模块B可连接24/16点通用DI/DO，不能连接手轮；扩展模块C可连接16点DC24V/2A输出。扩展模块D可连接4通道DC-10～10V或DC-20～20mA模拟量输入，AI输入分辨率为5m V或20μA，A/D转换误差为±0.5%（电压输入）或±1%（电流输入），扩展模块D需要占用PMC的24/16点DI/DO。

②紧凑型。紧凑型（connector panel type 2）分布式I/O模块采用无机架独立安装结构，模块结构紧凑，可连接的DI/DO点数多，一个从站仅需要1个基本模块和1个扩展模块，便可连接96/64点DI/DO和3个手轮。紧凑型分布式I/O模块支持最新的I/O-Link i总线连接。

紧凑型分布式I/O模块的外形、结构与安装方式如图3.3.8所示，模块需要采用底板安装方式安装，带I/O连接器（CA161、CA162）的底面安装在带有I/O连接器的安装板上，I/O信号与安装板的连接器连接。

紧凑型分布式I/O的基本模块有带手轮和无手轮两种规格可供选择，两种基本模块均可连接48/32点DI/DO、1个扩展模块，带手轮基本模块可连接3个手轮。紧凑型分布式I/O扩展模块目前只有48/32点DI/DO一个规格。

紧凑型分布式I/O模块同样无单独的电源连接端，模块的DC24V电源需要从I/O连接器的指定连接端输入。

③端子型。端子型（terminal type）分布式I/O模块采用无机架独立安装结构，基本模块可连接24/16点DI/DO信号和最大3个扩展模块，每一从站最大可连接的DI/DO点为96/64点，模块支持最新的I/O-Link i总线连接。

端子型分布式I/O模块的外形与结构如图3.3.9所示。基本模块设计有专门的DC24V电源输入/输出连接器CP11（IN）/（OUT）及I/O-Link总线输入/输出连接器JD1B/JD1A，电源及I/O-Link总线的连接方法与0i-I/O单元相同。I/O信号可直接通过模块的接线端子连接，无需使用扁平电缆插头/端子转换器。

端子型分布式I/O的基本模块、扩展模块A～D的功能与插接型分布式I/O的基本模块、扩展模块A～D完全相同；如果需要，端子型分布式I/O还可选择模拟量输出扩展模块E，连接4通道12位D/A转换DC-10～10V模拟量输出。

（5）I/O单元A

I/O单元A（I/O unit-model A）是FS 15i/16i/18i/21i、FS 30i/31i/32i/35i等高性能数控系统PMC的标准I/O连接设备，单元采用标准模块式结构，最大可连接256/256点DI/DO，支持最新的I/O-Link i总线连接。

I/O单元A由带I/O-Link总线接口模块（I/F模块）的机架（基本单元）及各类I/O模块组成，可连接的DI/DO点多，可选择的模块种类与规格齐全，可用于大型复杂数控机床、FMC等现代数控设备的控制。

I/O单元A的扩展模块插槽数有5槽或10槽两种规格，机架（基本单元）可选择单排、双排布置两种结构，单元的I/O-Link总线接口（I/F模块）必须安装在机架左侧第1槽（第1排），其他扩展模块可以任意安装。

I/O单元A的外形与结构如图3.3.10所示。

单排布置I/O单元的左侧第1个模块必须为基本模块（I/F模块），其他扩展模块可自左向右依次安装。双排布置I/O单元的第1排左侧第1个模块必须为基本模块（I/F模块），其他扩展模块可自左向右、自上至下依次安装。

I/O单元A的模块种类较多，它不仅可选择DC24V标准DI/DO模块，且还有AC100V输入、AC100～230V输出、AC250V/DC30V通用输出以及模拟量输入/输出、高速计数输入、温度测量输入等较多功能模块可供选择，有关内容可参见表3.3.1。

I/O单元A既可用于操作台、电气控制柜、机床的DI/DO连接，也可用于远距离I/O连接。与I/O模块、0iC-I/O单元、分布式I/O模块等I/O连接设备相比，I/O单元A的功能更强，可连接的DI/DO点更多，模块种类与规格更全。

（6）βiSV I/O-Link驱动器

βiSV I/O-Link伺服驱动器采用I/O-Link总线通信控制，具有闭环位置控制功能，故可用于使用分度工作台回转、刀架刀库回转、机械手移动等辅助运动轴控制。βiSV I/O-Link伺服驱动器需要占用PMC的128/128点DI/DO；FS 0iF/0iF Plus最大可连接8个βiSV I/O-Link驱动器。

βiSV I/O-Link伺服驱动器的外形与控制信号连接器编号如图3.3.11所示；驱动器外形与功率有关，控制信号连接器的编号相同。

伺服驱动器的CXA19为DC24V控制电源及急停信号连接器，CXA19B用于DC24V电源及急停信号输入，应连接外部输入信号；CXA19A为DC24V电源及急停信号输出，可连接下一驱动器。

伺服驱动器的JD1B为I/O-Link总线输入，应连接到CNC或上一I/O从站的I/O-Link总线输出端；JD1A为I/O-Link总线输出，应连接到下一I/O从站的I/O-Link总线输入端。驱动器的其他连接器用于编码器（JF1）、手轮（JA34）、超程及参考点减速（JA72）等其他信号连接，有关内容详见第4章。

需要注意的是，利用连接器JA34连接的手轮，一般只能用于来产生驱动器本身的位置指令脉冲，不能作为数控系统的手轮使用。