Desarrollo de un sensor de nivel de fluido IO-Link

A veces un proyecto no consiste en reinventar la tecnología de detección en sí. El reto es encontrar una forma completamente nueva de que esa tecnología se comunique con el sistema general.

EMP Designs ya había desarrollado anteriormente módulos de detección para HR Wallingford que miden los cambios en el nivel del agua, incluida la altura de las olas. El principio de detección subyacente ya estaba bien establecido, y las versiones anteriores del módulo habían utilizado EtherCAT para comunicarse con el sistema de control industrial general.

Sin embargo, para este último proyecto, HR Wallingford nos pidió desarrollar una nueva versión capaz de comunicarse mediante IO-Link.

Para EMP, esto significaba trabajar con un sistema de comunicaciones que no habíamos implementado antes.

Medir cambios rápidos en el nivel del agua

El módulo está diseñado para funcionar con las sondas existentes de HR Wallingford, que determinan el nivel del agua midiendo los cambios en la resistencia eléctrica.

A medida que cambia el nivel de agua alrededor de la sonda, cambian en consecuencia sus características eléctricas. La electrónica procesa entonces esta información para proporcionar una medición del nivel del fluido.

Como el sistema puede responder con rapidez a los cambios, puede utilizarse en aplicaciones en las que el nivel está en continuo movimiento, como la monitorización de olas, además de la medición más convencional del nivel de fluidos.

La parte de detección del proyecto era territorio conocido para nosotros.

El nuevo reto era llevar esa información a una red IO-Link.

Aprender un nuevo protocolo industrial

Nuestros módulos anteriores se comunicaban mediante EtherCAT, así que pasar a IO-Link exigía un enfoque distinto.

La primera fase del proyecto implicó una investigación considerable sobre cómo funciona el protocolo y cómo se comunica un dispositivo IO-Link con un maestro IO-Link.

Estudiamos la posibilidad de comprar una biblioteca de software existente que gestionara la comunicación, pero la opción disponible era relativamente cara. En su lugar, decidimos desarrollar nosotros mismos el software necesario.

Eso convirtió lo que en principio parecía un cambio de interfaz de comunicaciones en un proyecto de desarrollo de firmware mucho más sustancial.

Desarrollar nuestro propio software IO-Link

Gran parte del desarrollo consistió en estudiar la documentación técnica pertinente y construir el software de comunicaciones que necesitaba nuestro dispositivo.

La conexión IO-Link suministra alimentación al sensor, mientras que una línea de comunicación conmutada se utiliza para intercambiar información entre el dispositivo y el maestro IO-Link.

Desarrollar el software significó comparar repetidamente el comportamiento de nuestra implementación con la documentación técnica, analizar las señales eléctricas y examinar los datos transmitidos en ambos sentidos.

Cada etapa nos obligaba a comprobar que los datos correctos se empaquetaban, transmitían e interpretaban como se esperaba.

Fue un proceso de desarrollar, probar, analizar y perfeccionar la comunicación hasta que el dispositivo se comportó correctamente en la red.

Más que simplemente enviar una medición

Uno de los aspectos especialmente interesantes de IO-Link es que el dispositivo hace algo más que transmitir un valor de nivel de fluido.

Cuando el módulo terminado se conecta a un maestro IO-Link, este puede escanear la red e identificar el dispositivo.

Después se puede recuperar la información asociada a ese sensor concreto, de modo que el sistema sabe qué se ha conectado.

Para nuestro equipo de desarrollo, ver cómo un hardware completamente nuevo era detectado y se comunicaba correctamente tras haber desarrollado nosotros mismos la implementación del protocolo fue un hito especialmente satisfactorio.

Un nuevo módulo de sensor compacto

El resultado es un módulo de sensor muy pequeño capaz de tomar la medición consolidada del nivel de fluido y poner esos datos a disposición a través de una red IO-Link.

Aunque la electrónica terminada es compacta, detrás hay una cantidad considerable de desarrollo.

El proyecto combinó:

• Electrónica de detección del nivel de fluido

• Procesamiento de señales

• Comunicaciones IO-Link

• Desarrollo de firmware embebido

• Integración en redes industriales

• Análisis y depuración de protocolos

• Identificación y configuración de dispositivos

En el momento de escribir esto, el nuevo módulo ha llegado a la fase de pruebas con el cliente.

Ampliar una tecnología probada

Este proyecto es un buen ejemplo del trabajo que realizamos habitualmente en EMP Designs.

La tecnología de detección original ya estaba probada. El reto consistía en tomar esa tecnología y adaptarla para que funcionara en un entorno de control industrial distinto.

En lugar de limitarnos a los sistemas de comunicaciones que habíamos usado antes, investigamos un nuevo protocolo, desarrollamos el firmware necesario y produjimos un hardware compacto capaz de integrar la tecnología de medición existente en un sistema IO-Link.

A veces el diseño electrónico a medida no consiste en empezar de nuevo.

Consiste en tomar algo que ya funciona y darle una forma completamente nueva de comunicarse.