液压气动技术在自动化、数字化、智能化中占有非常重要的地位，尤其在当今工业4.0 的时代，液压气动技术的作用更加突出。许仰曾教授与斯蒂芬·哈克博士领衔国内外专家、学者和企业家共60 余人，历时五年，共同编撰了《现代液压气动手册》一书。本手册力求反映工业4.0时代液压气动行业技术与产品的新趋势、新发展、新思维、新成果。下面就跟随小编一览本书精彩内容吧。
当今在多种自动化场景中使用的10 -Link 是主机与设备的一种点对点的串行数字通信协议，它的目的是在传感器/执行器与控制器（PLC）之间进行周期性的数据交换。IO-Link 协议最早由西门子提出，现在已经成为国际标准 IEC61131-9。
IO-Link 是主站和设备之间简单的点对点通信协议，不需要IP 地址，可以说是工业界的USB。由于规范和IO设备描述，IO-Link 可以清楚地识别有关设备的身份、参数、过程数据、诊断数据、通信属性和工程工具用户界面设计的信息。IO-Link 接口是一个双向数字接口，可实现无故障数据交换。通过10 - Link 能够快速简便地以标准化方式连接模拟量的电动机、传感器、液压阀和执行器的任何设备，并集成到机器系统结构中，而与使用的现场总线无关。这种智能、简单且经济高效的通信连接简化了硬件和软件的调试，并允许灵活调整液压阀，充分满足机器对液压系统的更高要求，适应不同的生产过程。
随着工业4.0的推进，IO-Link 主机与上位机可使用多种总线通信，它在液压领域的工业4.0平台上与互联网、多以太网（Ethemet）、现场总线（Field bus）的拓扑架构如图 30-52所示。
工厂自动化按照功能来划分，可以分成执行层、现场层、现场控制层、车间控制层及管理层，如图30-53所示。
执行层包括各种执行机构（阀、泵、电动机等）和传感器，是工厂自动化的“肌肉”和“末梢神经”，它们接收来自上层的命令并完成指定的动作；现场层包
括各种分布式IO 系统，它是工厂自动化的“中枢神经系统”，它将来自上层的控制指令传达给执行层，并将执行层的信号反馈给现场控制层，起着信息中枢的作用；现场控制层包括各种 PLC 系统，它是工厂自动化的“大脑”，根据内部程序的要求及执行层的信号反馈，发出相应的指令，指挥执行层完成相应的动作；车间控制层（MES）和管理层在管理层面上与各 PLC 系统进行通信，完成车间及工厂级的管理任务。IO-Link协议是一种在执行层和现场层之间传递数据的协议。一个IO-Link系统由如下几个部分组成：①IO-Link 主机（IO-Link Master）；②IO-Link 设备（IO - Link Device）如传感器、比例阀；③非屏蔽3~5芯标准线缆；④用于IO-Link参数配置的工具；⑤IO-Link 主机在IO-Link 设备和 PLC 之间传递数据。它通常是一种分布式IO模块，模块上有IO-Link 的连接通道。IO-Link 设备通过线缆连接到IO-Link 主机的通道上，IO-Link 主机通过总线与PLC 进行数据交换，如图30-54所示。每一个IO-Link设备都要连接到IO-Link 主机的一个通道上，因此IO-Link是一种点对点的通信协议，而不是一种总线协议。IO-Link 设备分为传感器和执行器两种：传感器通常是 M12 的四针接口，执行器通常是 M12 的五针接口。根据IEC 60974-5-2，IO-Link 设备针脚的定义遵循图30-55所示的规定。IO-Link 主机的针脚定义分为类型 A （Port Class A）和类型 B （Port Class B）两种，如图30-56 所示。在类型A中，针脚1、针脚3和针脚4与IO-Link 设备的定义相对应。针脚2和针脚5未明确定义，通常IO-Link 设备的厂家可根据需要自行定义。当需要连接类型 A的IO-Link 主机时，可以使用三芯电缆。在类型B中，针脚1、针脚3和针脚4与IO-Link 设备的定义相对应。针脚2和针脚5被用来提供额外电源：其中针脚2为电源的正极，针脚5为电源的负极。当需要连接类型B的IO-Link 主机时，要使用五芯电缆。博世力士乐已经将IO-Link 作主机与设备的点对点通信协议应用在多种自动化场景中，其产品由IO-Link 主机以及 IO-Link 设备（传感器、比例阀）组成，采用 IEC 61131-9，适用于 PLC 逻辑语句，主机与上位机可使用多种总线通信。这样做带来了以下好处：1）省去模拟量布线成本。IO-Link 具有标准化的接口样式，不需要屏蔽线，也避免了使用模拟量存在的干扰问题，如图30-57所示。2）调试高效快捷。通过IO-Link 技术，可以降低连接调试的时间和成本，提高设备或机器的生产效率。只需几分钟即可完成参数设置和调试，通过软件实现原来由硬件实现的各种控制功能，参数存储在主机中，方便备件调换。3）提升维护设备能力。扩展的诊断信息（读取设备温度、运行时间、电子铭牌等信息）允许合理制定基于机器健康状态的预测性维护，并显著减少停机时间和维护时间，所提供的诊断功能有助于实现预防性维护。目前，博世力士乐IO-Link 产品家族如图30-58所示。博世力士乐的集成轴控（Integrated Axis Controller,IAC）伺服比例阀内置具有多以太网接口的集成控制器，用于位置、力、压力和它们的交替控制，如图30-59所示。这类液压阀具有的控制功能包括：①位置控制；②压力/力控制；③闭环速度控制；④交替闭环控制（位置-压力/力；流量-压力/力）；⑤pq 功能（压力/流量控制）。这类液压阀具有的监测功能包括：①欠电压监测；②通信错误监测；③模拟传感器输入和数字位置测量系统的电缆断开监测；④模拟/数字输出短路监测；⑤监控微控制器（看门狗）；⑥集成电子设备的温度监测。1）开放性。总线连接/服务接口（Sercos，EtherCAT，EtherNet/IP， PROFINETRT，POWERLINK，VARAN）2）扩展性。2个可配置的模拟传感器输入，1个用于线性位置测量系统的输人（SSI、1Vpp 或EnDat 2.2）3）安全性。遵循 EN 13849-1的内部安全功能，遵循 EMC 指令 2014/30/EU的CE认证。4） 高性能。是高响应、高灵敏度和小滞环的最佳液压控制器。5）高生产力。通径 NG6 ~NG35，最大流量达4700L/min，确保执行机构运行速度更快，保障机器提高生产率。6）高可靠性。适应 -20~60°C使用环境温度，使用寿命长，补偿减少了机械磨损。目前，博世力士乐 IAC 产品家族如图30-60 所示。其中，博世力士乐4WRPNH6C3B02L-20/M/24PA6C集成轴控伺服比例阀产品如图30-61所示。这是目前市场上最大流量的二通或三通互联插装阀。对制造商来说，在保持设备性能的条件下增加流量，就能以更小的机器尺寸或以最小的占地面积满足相同的要求。全新的互联插装阀 WRC-4X 不仅能满足高动态和大流量要求，还可以集成到网络环境中。由于它们带有多以太网接口，因此，互联插装阀 WRC-4X即使带有模拟信号输入，也可以集成到网络环境中。这种二通或三通插装阀具有以下特征：①先导控制阀采用伺服阀技术的控制阀芯和阀套的高动态方向控制阀。②采用开放式集成电子装置（OBE），带有模拟或现场总线接口 （IFB - Multi -Ethernet: EtherNet/IP、PROFINET RT、Sercos、Ether-CAT、VARAN）。③耐压高达 42MPa，抗振性能好（符合 DIN EN 60068 -2），最高环境温度高达60°。④响应灵敏度高，滞环小。⑤采用标准化的安装尺寸，符合ISO 7368。⑥适用于位置、压力、力和速度控制。2. 互联插装阀2WRCF -4X 结构与工作原理互联插装阀2WRCF -4X结构如图30-63所示。这种阀的工作原理与2WRC-1X 相同，都是集成放大器2比较指令值和实际值，并根据控制偏差，输出控制电流启动先导阀的比例电磁铁。先导阀1进行阀芯位置的比例控制，并通过封闭的阀控制回路驱动主阀芯7，直至控制偏差为零，实现主阀芯的位移与指令值成比例。流量与主阀芯的位移大小成比例（还与阀压降有关）。流量可以通过阀门从A流向B或从B流向 A。主阀芯形成的阀口有5%死区，在控制值达到5%时才能关闭或打开。在较低的指令值下，阀的控制回路驱动主阀芯，从而在全先导压力下将其压到阀座上，主阀口没有泄漏流量。先导阀设计为双向控制的滑阀，带有阀芯和阀套，并在断电时关闭主阀口。集成放大器通过二级位置闭环控制系统，调节主控制级和先导控制级的阀芯位置。该系列插装阀提供“A1”和“FI”的模拟接口或带有接口 “D9”的完整总线功能。阻尼板3降低了集成放大器上的加速度幅度（频率 >300Hz），提升了比例阀的抗振性能，但不建议在低频励磁 ＜300Hz的应用中使用阻尼板。用户可以在PC 操作系统 Windows 7~ Windows 10上使用 IndraWorks Ds 工程工具完成项目规划、参数化、调试、诊断，在PC上轻松管理所有数据。该阀在出厂时已设置5%（0.5V或4.8mA）的开启点，故增加指令值以获得较低的开度值时，会出现额外的延迟时间，如图30-64所示。
图文排版：马昕；责任编辑：王永新；审核人：陈保华，周国萍
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