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IO‐Link デザインガイド
IO‐Link Design Guide

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IO‐Link DesignGuide

3

IO-Link Design Guideline

V 1.0

File: IO-Link_Design-Guide_10912_V10_Nov16
Order No.: 10.912
Version: 1.0
Date: November 2016

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目次
1

2

3

はじめに ................................................................................................................................ 5
1.1

序文 ............................................................................................................................. 5

1.2

IO-Linkとは? ................................................................................................................ 5

1.3

IO-Linkデバイスを使用するメリットはどこにありますか？ .......................................... 6

1.4

ターゲットとなる読者 .................................................................................................. 7

1.5

本書の目的 ................................................................................................................... 7

システム例の定義 .................................................................................................................. 82.1

システム例で用いられるデバイス技術特性 ................................................................. 12

2.2

IO-Linkマスタの構成と配置 ....................................................................................... 16

2.3

IO-Linkマスタの選択 .................................................................................................. 172.4配線計画 .................................................................................................................... 222.5ケーブル長、電流、電圧降下についての注意 ............................................................. 25

2.6

文書化........................................................................................................................ 28

まとめ ................................................................................................................................. 32© Copyright PNO 2016 - All Rights Reserved

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図のリスト
図 1: 製造現場における階層構造 .................................................................................................. 6
図 2: 搬送システム ....................................................................................................................... 8
図 3: 駆動ユニット構造 ................................................................................................................... 9
図 4: 搬送システム全体図 .......................................................................................................... 10
図 5: 温度測定ユニットB7の構成..................................................................................................... 10
図 6: すべてのセンサとアクチュエータを備えたコンベアシステム ............................................. 11
図 7: コンポーネント選択プロシジャー ...................................................................................... 12
図 8: 定義されたコネクタ .......................................................................................................... 14
図 9: IO-Linkマスタ配置 ............................................................................................................. 17
図 10: IO –Linkマスタの接続図 ................................................................................................... 21
図 11: ポートクラスAにおけるIO-LinkマスタとIO-Linkデバイスの配線 ......................................... 22
図 12: ポートクラスBにおけるIO-LinkマスタとIO-Linkデバイスの配線 ......................................... 23
図 13: IO-Linkマスタ(ポートクラスB)とIO-Link デバイス(ポートクラスA)の接続……………………...24
図 14: 電圧降下計算用セットアップ ........................................................................................... 25
図 15: 電圧降下 .......................................................................................................................... 26
図 16: コンベア１のトポロジ ............................................................................................................... 30
図 17: コンベア2のトポロジ ................................................................................................................ 31
図 18: コンベア3,4のトポロジ ............................................................................................................. 31© Copyright PNO 2016 - All Rights Reserved

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表のリスト
表1: 本文中に用いられている記号 ................................................................................................ 5
表2: 図6で用いられている個々の名称の説明 ...................................................................................... 11
表3: コネクタのピン配列 ............................................................................................................ 13
表4: デバイス特性例 ................................................................................................................... 15
表5: コンベア1に接続されているデバイス特性 .................................................................................. 18
表6: コンベア２に接続されているデバイス特性 ................................................................................ 19
表7: コンベア３に接続されているデバイス特性 ............................................................................... 19
表8: コンベア４に接続されているデバイス特性 ................................................................................ 19
表9: 各戦略の長所・短所 ............................................................................................................ 20
表10: IO-Linkマスタ技術特性例 .................................................................................................. 21
表11: とりうる配線概要 ............................................................................................................. 23
表12:電圧降下計算のための特性表 ................................................................................................ 26
表13: IO-Linkマスタ割り当て仕様書 ........................................................................................... 29© Copyright PNO 2016 - All Rights Reserved

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1. はじめに1.1 序文本書、IO-Link設計ガイドラインの目的は、IO-Linkデバイスを用いたプラント設計にあたりエンジニアをサポートすることにあります。本書では計画から運用までのすべての段階が考慮されており、必要な操作を具体的なシステム例を用いて段階的に説明していきます。

本書は、2013年7月現在のバージョン 1.1.2のIO-Linkインタフェースとシステム仕様に基づいて記載されています。
下記の記号が本文中には用いられています。
表1: 本文中に用いられている記号

シンボル

名前

意味

備考

記載事項の関する備考および追記など

重要

本項目に従わない場合には、動作中に誤動作する可能性があります。

1.2 IO-Linkとは?
IO-Linkは、オートメーション技術で使用することを目的としたシリアルデジタル通信プロト
コルです。IO-Link通信によりセンサまたはアクチュエータをプログラマブルロジックコント
ローラ（PLC）に接続できます。いわばIO-Linkは、センサやアクチュエータへデジタル通信を通す「最後の一歩」とも言えます。IO-Linkは、国際規格IEC 61131-9で定義されています。
これまでは、IO-Linkはバイナリ状態（オン/オフ）またはアナログ信号のみが送られてきま
したが、IO-Linkによりセンサやアクチュエータから状態情報を読み込みとりや、センサやアクチュエータにパラメータ情報の書き込みも可能となりました。
IO-Linkはフィールドバスではなく、IO-Linkデバイスとマスタをつなぐポイントトゥーポイ
ント(1対1)通信です。

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図1: 製造現場における階層構造

IO-LinkマスタとIO-Linkデバイス（センサ や アクチュエータ）は非シールド３芯ケーブルを使用して１対１で接続されています。３芯ケーブルの1本は通信に用いられ、別の1本はデバイ
スの電子回路の電源供給用に、そしてもう1本は基準電位となるコモンとして用いられます。本
接続タイプをIO-Link通信ではポートクラスA (Port Class A)とよび、最大200mAの電流を供給します。ところが、アクチュエータでは、しばしば追加のアクチュエータ電源が必要となるた
め、ポートクラス B (Port Class B)も用意されています。ポートクラス Bでは、シールド5芯ケーブルが接続に用いられます。上記で述べている3本に加え、残りの2本はアクチュエータ電
源として用いられます。
IO-Linkマスタは、IO-Linkデバイスと通信してデータを収集し、上位バスシステムにデータを送信します。IO-Link通信プロトコルは、上位レベルの通信プロトコルに関するいかなる定義も含まれていません。

IO-Linkは、定期的にプロセスデータ、パラメータデータ、診断データをセンサおよびアクチュエータから1対1接続で送るバスとは独立した通信プロト
コルです。
1.3 IO-Linkデバイスを使用するメリットはどこにありますか？
IO-Link通信機能を持ったセンサやアクチュエータは、デジタルスイッチやアナログセンサ、
アナログアクチュエータに比べて多くの利点があります。IO-Link技術は、これまで使用されていたデジタルやアナログセンサをつなぐ連結方法の代わりに、シリアル通信を使用します。
本通信方式を用いる事で、センサまたはアクチュエータ間でパラメータや診断情報を送受信する事ができます。IO-Link通信を用いる事で、現システムで使われている異なったインタ© Copyright PNO 2016 - All Rights Reserved

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フェースやコネクタ形状を減らすことができるようになります。また、デジタル通信により、予知保全を介してシステムのダウンタイム回数を低減でき、またシステム動作中にIO-Linkセ
ンサとアクチュエータのパラメータ定義を変更することも可能です。
IO-Linkデバイスを使用すると、プロセスデータだけではなく、ステータ
ス情報やパラメータ値も送信することができます。

1.4 ターゲットとなる読者
本書はオートメーションシステム設計・エンジニアリングに精通しており、かつIO-Linkへの知識が少ない方を対象としており、これらの読者に対してIO-Linkを知っていただくために書かれています。このために、IO-Linkコンポーネントを用いたオートメーションシステムにおける計画、エンジニアリング、コミッショニングフェーズにおいて重要なステップを記載しております。

1.5 本書の目的
本書では、実例に基づいたIO -Linkシステムの各設計プロセスを記述しています。各種のIOLinkデバイスが用いられるため、想定システムを用いて各設計ステップを説明します。

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2 システム例の定義
本書では、搬送システムを例に説明します。搬送システムにはいくつかの異なるタスクが存在します。これらのタスクそれぞれについて、どのように計画していくかを説明します。本書では、必要となるセンサやアクチュエータは明確であり、設置個所も決まっていると仮定します。
次図のような設備を仮定します。センサやアクチュエータは示された場所に設置されています。

図2: 搬送システム

図２は搬送システムの基本構成を示しています。システム全体は、いくつかのコンベアで構成されています。IO-LinkのマークはIO-Linkデバイスを示しています。コンベアは、駆動ユニット M1と速度センサ B1で構成されています。どちらのユニットもIO-Link通信を実装しています。
電動モータがIO-Linkで制御できない場合の駆動ユニット構成を図３に示します。

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図3: 駆動ユニット構造

駆動ユニット M1 は、3つのコンポーネントで構成されています。最初のコンポーネントは、
IO-Linkインタフェース をもつスターデルタ始動回路のための電源接触子アセンブリQ11です。
次のコンポーネントは、IO-Linkインタフェースをもつモータ保護スイッチ Q12です。駆動ユニットの3番目のコンポーネントは電動モータ M11 です。次ページ以降の図をより明確化するために、コンベアの駆動ユニットのみを全体図では記載します。
全体を鳥瞰するために、図４では搬送システム全体を示しています。本システムは、4つのコンベアからなっており、モジューラ構成をとっています。各コンベアには同じ速度センサ B1からB4と同じ駆動ユニットM1からM4が設置されています。

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V 1.0

図4: 搬送システム全体図

図6で示すように、搬送システムの機能強化のために、さらに多くの要素が追加されています。
例えば、制御ユニットがコンベア1 に組み込まれています。その制御ユニットは、システムを起動および停止するための押しボタンスイッチ S1 および、システムが動作しているかを示す
信号光P1から構成されています。コンベア2では周囲温度を監視するために温度測定ユニット

B7が設置されています。

図5: 温度測定ユニットB7の構成

図5からわかるように、温度測定ユニット B7 はIO-Linkとアナログ変換器 B71 とPT100測温抵抗体（RTD）R71から構成されています。
それに加えて、IO-Linkのインターフェースを備えた信号灯P2（図６を参照）が、危険な動作状態を知らせるためにコンベア２のエリアに追加されています。
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図6: すべてのセンサとアクチュエータを備えたコンベアシステム

デフレクタW1は、必要に応じてコンベア3あるいはコンベア4のどちらかに材料を移動するために設置されています。RFID (Radio Frequency Identifier)センサB5、光学式距離センサ B6、及び電磁弁 K1は、デフレクタを制御するために必要となっています。デフレクタのために必要なすべてのデバイスはIO-Linkインタフェースを備えています。すべてのセンサとアクチュ
エータを備えた搬送システム全体を図６にしまします。
表２はそのシステムにインストールされている全てのコンポーネントの概要を示します。
表2: 図6で用いられている個々の名称の説明

名称
B1 – B4
M1 – M4
B5
B6
B7
K1
W1
S1
P1
P2

種類
速度センサ
駆動ユニットRFID センサ
光学式距離センサ
温度測定ユニット
電磁弁
デフレクタ
機械式押しボタンスイッチ
信号光、単色
信号光、多色© Copyright PNO 2016 - All Rights Reserved

役割（タスク）コンベア速度の測定
コンベアを駆動
搬送物を識別デフレクター位置決定
周囲温度監視空気式デフレクタ制御
搬送物の方向確定
システムの開始と停止
システム稼働を示す信号灯
危険な稼働状態を示す信号灯

IO-Link対応
対応
数台
対応
対応
数台
対応
未対応
未対応
未対応
対応

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2.1 システム例で用いられるデバイス技術特性
さまざまなIO-Linkセンサとアクチュエータが図6のシステム例には設置されています。図7は、IOLinkコンポーネントの選択方法を示しています。

図7: コンポーネント選択プロシジャー

電気的な設置計画を立てるには、IO-Linkデバイスの技術的特性を判断することが重要です。
これまでの表2には、システムモジュールのみが記載されています。例えば、駆動ユニットM1
からM4は、図3に見られるように、各々が複数の構成要素からなります。温度測定ユニットB7は、同様に2つの構成要素（図5参照）から構成されています。次のステップでは、下記のIOLinkデバイスの技術的特性を個々のメーカのデータシートから決定する必要があります。
- IO-Link バージョン

デバイスはどのIO-Linkバージョンをサポートしていますか？

- ポートクラス


どのポートクラスが接続されているデバイスですか？


ポートクラスAはL+、L-（センサと電子機器への電源Us）および通信チャネル(C/Q)をもつ3ピンのポート。



ポートクラスBはL+、L-（電源 Us ）、通信チャネル(C/Q)、2L+および2L-（アクチュエータ電源UA）をもつ5ピンのポート

バイナリスイッチング出力を備えた従来のデジタルセンサ、または24VDC電圧で動くアクチュエータも、IOリンクポートで動作させることができます。この場合は、
IO-Linkマスタはデジタル入力または出力として設定します。例えば、機械式押しボタンスイッチS1と単色の信号灯P2をIOリンクポートに接続することができます。

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V 1.0- 各ポートクラスの消費電流

ポートクラスA：電源Usから供給される機器の最大消費電流は機器仕様を確認して
ください。



ポートクラスB：電源UsおよびUAから供給される機器の最大消費電流は機器仕様を確認してください。



USの消費電流が一部の機器では機器仕様上に記載されていない場合には、消費電力は200mA以下としてください- コネクタプラグIP67定格機器の場合、IO-Link仕様上ではコネクタプラグはM5、M8またはM12となっています。機器にどのコネクタタイプが使用されているかを判断する必要があります。IP20定格にはコネクタプラグはありません。この場合は、通常はネジ式
またはクランプ式コネクタを使用します。

- データサイズ

データサイズは、システムの電気的な設置計画には影響しませんが、IO-Linkマス
タを選択する際に検討が必要になります。

IO-Link機器のデータシートには、多くの場合端子図の記載があります。 これらの図から必要な情報を得るために、個々のコネクタとそのピン配列を表3と図8に示します。
表3: コネクタのピン配列

ピン

信号

1

L+

24 V電源 (US+)

茶I/Q

接続なし (ポートクラスA)
DI – デジタル入力 (ポートクラスA)
DO – デジタル出力(ポートクラスA)

白2L+

追加電源 (UA+) (ポートクラス B)

指定なし

3

L-

24 V電源 (US-)

青

4

C/Q

2

説明

SIO 標準入力/出力

または IO-Link通信

NC

接続なし (ポートクラスA)

2L-

追加電源 (UA-) (ポートクラス B)

芯色1

黒

5
指定なし

—————————
1 IEC 60947-5-2の4ピン端子より© Copyright PNO 2016 - All Rights Reserved

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図8: 定義されたコネクタrIO-Link仕様では、M12コネクタのみがポートクラスBに定義されています。
それにもかかわらず、端子を自由に割り当てることによって、IP20定格のIO-Linkマスタ上でポートクラスBのIO-Link機器を動かす事ができます。この場合には、追加の電源電圧は端子台により電源を追加してください。
これらの情報を集めるために、表4に示すような表を使う事をお勧めします。

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表4: デバイス特性例

シンボル

タイプ

IO-Linkversionポート
クラス

USにおける消費電力 UAにおける消費電力 コネクタタイプ データサイズ

B1 – B4

速度センサ

V1.1

A

50 mA

-

M12

Q11, Q21
Q31, Q41

駆動ユニット接触器

V1.1

B

n.a. (≤200 mA)

250 mA

IP20

Q12, Q22
Q32, Q43

駆動ユニットのモーター
保護機器

V1.1

A

5 mA

-

IP20

4/2
bytes

B5

RFIDセンサ

V1.0

A

50 mA

-

M12

B6

信号灯用押し釦スイッチ

V1.0

A

70 mA

-

M12

8/8
bytes
2/0
bytes

B71

IO-Link/アナログ変換器

V1.1

A

25 mA

-

M12

2/2
bytes

K1

電磁弁

V1.0

B

3 mA

400 mA

M12

P2

多色信号灯

V1.1

A

410 mA

-

M12

4/6
bytes
1/8
bytes

S1

機械式押し釦スイッチ

-

DI

-

-

IP20

1/0 bits

P1

単色信号灯

-

DO

ピン4 (C/Q)を通して150 mAIP20

0/1 bits© Copyright PNO 2016 - All Rights Reserved

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4/0
bytes
2/2
bytes

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2.2 IO-Linkマ ス タ の 構 成 と 配 置
IO-Linkセンサは、IO-Linkマスタに接続する必要があります。マスタはセンサからプロセス
値を受信し、マスタ内で集め上位バスに接続されているシステムに送信します。 IO-Linkア
クチュエータの場合には、プロセス値は上位バスから受信し、アクチュエータに送信されます。IO-Linkマスタは限られた数のIO-Link機器のみと接続します。その結果、通常は複数の
IO-Linkマスタが設置されます。次の章では、どのようにIO-Linkマスタの数を決定し、シス
テムのどこに配置するかについて説明します。この際に、IO-Link仕様で定義されているIOLinkマスタとIO-Linkデバイス間の最大ライン長が20mを超えないように注意する必要があります。ライン長の制限のために、本例では複数のIO-Linkマスタが設置されています。中心に設置されたマスタからでは20m以上のライン長がとなるためです。

搬送システム上では、それぞれがモジューラ構造をとっていることが、図から読み取れます。
コンベア1にある制御盤は、いずれのコンベアに設置されても構いません。また、センサとアク
チュエータを備えたデフレクタは、基本コンベアの拡張版として考えることができます。このシステムのモジューラ構造は、基本コンベアが再利用されているために生産コストを削減します。このモジューラシステムを用いる事で、個々のコンベアを組み合わせてコンベアラインを形成することができ、必要に応じて追加の構成要素が追加できるようになります。モジューラ性を維持するために、システム例では各コンベアごとにIO -Linkマスタを設置します。

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図9: IO-Linkマスタ配置

図９は上記で記載されたモジューラ構造をしめしています。

2.3 IO-Linkマスタの選択
IO-Linkマスタを選択する際には、次の点を考慮する必要があります。:-

どの上位バスを用いますか？

-

どのようなIPレート（防水・防塵レート）が要求されていますか？

-

必要なポート数はいくつですか?

-

接続されたIO-Linkデバイスにはどのポートクラスが必要ですか？

-

ポートAの電源要件は何ですか？

-

ポートBの電源要件は何ですか？

原則として、IO-Link バージョン V1.1のIO-Linkマスタを用いる事をお勧めします。V1.1はIO-Link version 1.0との下位互換性があります。
表4の情報に基づいて、システム例の個々のIO-Linkマスタを選択するために必要な特性を記載します。まず、すべてのIO-Linkマスタについて以下のことを確認します。:⇒ 全てのIO-LinkマスタはIO-Link version V1.1でありIPレートがIP67© Copyright PNO 2016 - All Rights Reserved

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次のステップでは、より多くの仕様が作成されます。 この目的のために、接続された装置の特性は、計画された各コンベアの次の表にまとめられています。
表5: コンベア1に接続されているデバイス特性

シンボル

タイプ

B1

速度センサ

Q11

駆動ユニット接触器

Q12駆動ユニットのモータ
保護機器

S1

機械式押し釦スイッチ

ポート
クラスA

ポート
クラスB

✔

2

電流 IS

3

電流 IA

50 mA
✔

≤200mA

250 mA

5 mA

✔

多色信号灯

ピン4

P1

(C/Q)を通して150 mA
コンベア１におけるIO-Linkマスタ

2

1

355 mA

250 mA

表5で示す機械式押し釦スイッチS1と単色信号灯 P1がポートクラスAまたはBのポートに接続します。対応するポートはDIあるいはDOとして設定されています。アクチュエータやデジタル出力を行うための電流は電源USを通して供給されます。

—————————
2 電流はマスタからUSを経由して供給されます。
3 電流はマスタからUAを経由して供給されます。

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表6: コンベア２に接続されているデバイス特性

シンボル

タイプ

ポート
クラスA

ポート
クラスB

✔

電流IS

B2

速度センサ

Q21

駆動ユニット接触器

Q22

駆動ユニットのモータ
保護機器

✔

5 mA

B5

RFIDセンサ

✔

50 mA

✔

70 mA

✔

25 mA

B6
B71

光学式距離センサ
IO-Link/analog
変換器

K1

電磁弁

P1

信号灯
コンベア２におけるIO-Linkマスタ

電流IA

50 mA
✔

✔
✔

≤200mA

3 mA

250 mA

400 mA410 mA

6

2

813 mA

650 mA

ポート
クラスA

ポート
クラスB

電流IS

電流IA

表7: コンベア３に接続されているデバイス特性

シンボル

タイプ

B3

速度センサ

Q31

駆動ユニット接触器

Q32

駆動ユニットのモータ
保護機器
コンベア３におけるIO-Linkマスタ

✔

50 mA
✔

≤200mA

250 mA

5 mA

✔
2

1

255 mA

250 mA

ポート
クラスA

ポート
クラスB

電流 IS

電流IA

表8: コンベア４に接続されているデバイス特性

シンボル

タイプ

B4

速度センサ

Q41

駆動ユニット接触器

Q42

駆動ユニットのモータ
保護機器
コンベア４におけるIO-Linkマスタ© Copyright PNO 2016 - All Rights Reserved

✔

50 mA
✔

✔
2

≤200mA

250 mA5 mA
1

255 mA

250 mA

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表5〜表8のIO-Linkマスタの要件に基づき、異なるベンダのIO-Linkマスタを選択することができます。 ホームページwww.io-link.comに掲載されているIO-Linkコミュニティのコンピテンシ
ーマトリクス（Competency Matrix）上で、ベンダの概要が確認できます。IO-Linkマスタには、各種上位バスや色々なポート構成（ポートクラスAのみ、ポートクラスBのみ、ポートクラ
スAおよびB）を組み合わせた製品が存在します。本書の、現在の設計ガイドラインではすべての組み合わせについて記載はしておりません。
IO-Linkマスタを選択する前に、まずどのような戦略をとるかを決めておく必要があります。
1. 戦略１: 単一タイプのIO-Linkマスタを利用
IO-Linkマスタはすべての要求仕様を満たしますが、オーバースペックの可能性があります。（本例では、コンベア２に設置されるIO-Linkマスタ）
2. 戦略２: 複数タイプのIO-Linkマスタを利用対応するアプリケーション（コンベア）や機器に合わせたIO-Linkマスタを用います。
表9: 各戦略の長所・短所

長所

短所- 設計時間が短くなる- いくつかのマスタがオーバースペ- 保守品調達が簡単になる。（単一のックの場合には、コストが上がる

IO-Linkマスタのみが保守品となります。）
戦略1- 見間違いといった混乱がない (同じマスタがすべてのコンベア上に設置)- 全てのコンベア上で同じ構造をとれる。
- 最適コンポーネント選択により調達- 個々のコンベアが別構成をとる

費用削減- 設計時間が増える。
- 調達の複雑化すると同時に複数の保守品を管理する必要性が生じる（複数のIO-Linkマスタが必要となるため）

戦略2- マスタ設置ミスの可能性ができる。
（個々のコンベアに別マスタが設置されるため）© Copyright PNO 2016 - All Rights Reserved

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本書では、戦略１を用いて設置計画を建てることにします。このために概念的なIO–Linkマスタを用います。IO-Linkマスタの選択は技術要件により確認します。基本的には、表5〜表8の決定された電流とIO-Linkマスタの定格電流を比較することで確認します。
表10: IO-Linkマスタ技術特性例

ポートクラスAのポート数-

ポートクラスBのポート数
8 ポート

定格電流

定格電流

ピン1と3
200 mA

ピン4 (C/Q)
150 mA定格電流
ピン2と5最大電流 3.5A (全ポートを用いた場合)

8個のC/QおよびL+上で最大1.6A
IO-Linkデバイスは最大32バイトのプロセスデータを送信可能です。しかしながら、すべてのIO-Linkマスタは32バイトのデータを上位バスに送信する事はできません。使用前に必ずマスタの仕様を確認ください。

図10: IO-Linkマスタの接続図

IO-Linkマスタはポートごとに電流供給が制限されています。 IO-Linkの仕様によると、IOLinkマスタは、ポートクラスAではポートあたり200mA、つまり電源USがセンサーと電子機器に200mAを供給する必要があります。 ポートクラスBでは、アクチュエータへの電源供給最大供給
電流はIO-Link仕様では規定されていません。すなわちアクチュエータ電源UAについて規定されていません。しかしながら、最大電流はコネクタによって制限されています。ポートクラスBのIO-Linkマスタの仕様書では、全てのポート合計電流量を超えることが無いように、アクチュエータへの供給電圧UAに対して最大総電流が記載されています。

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V 1.0

表10における定格電流を表5～表8の仕様と比べてみると、選択したIO-Linkマスタが十分な電流をすべての構成に送っている事がわかります。
センサやアクチュエータには200mA以上の電流が必要となるIO-Linkデバイ
スがあります。これらのデバイスはIO-Linkマスタ上では動作しません。これらの場合には、IO-Linkマスタの仕様書を確認して、必要となる電流を流すことができるか確認ください。
本システム構成では、信号灯P1は基準外ではあるけれど選択したIO-Linkマスタでは問題なく動くと仮定しています。

2.4 配線計画
システム構造が決定され、IO-LinkデバイスとIO-Linkマスタが決定すると、次にケーブル配線
について計画する必要があります。
接続は主にIO-LinkマスタとIO-Linkデバイス間の配線となります。ポートクラスAでは、3芯のシールドされていない制御線で十分です。 しかし、実際には4芯のシールドされていない制御線の方が、3芯よりも一般的です。

図11:ポートクラスAにおけるIO-LinkマスタとIO-Linkデバイスの配線

図11に、ポートクラスAのIO-LinkマスタとポートクラスAのIO-Linkデバイスの配線を示します。3芯ケーブルを使用する場合、ピン1,3および4は相互接続されています。これにより、デバイスの適切な機能が実現されます。 4芯ケーブルを使用する場合は、図のように各端のピン2の接続を相互に接続する必要があります。同時に、ポートクラスAのIO-Linkマスタのピン2が使用されていないか、デジタル入力として設定されていないことを確認してください© Copyright PNO 2016 - All Rights Reserved

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V 1.0

ポートクラスAのIO-LinkデバイスがポートクラスBのIO-Linkマスタに4芯あるいは5芯ケーブルで接続されている場合には、ピン2（白色）が接続されていない事を確認してください。接続されている場合にはIO-Linkデバイスが誤動作する事があります。

図12: ポートクラスBにおけるIO-LinkマスタとIO-Linkデバイスの配線

図12はポートクラスBとIO-LinkマスタとIO-Linkデバイスが配線されている状態を示しています。
IP20等級のデバイスやマスタの場合には、芯線は対応する信号端に配線されています。IP67等級をもつデバイスは図8で示されます。コネクタのピン配置は表3に記載されています。
表11: とりうる配線概要

IO-Linkマ

IO-Linkデ

スタのポー

バイスのポ

トクラス

ートクラス

A

線

備考

A

3-/4-/5-芯

マスタのピン2が接続されておらず、デジタル入力にも使われていない事を確認ください。

A

B

3-/4-/5-芯

アクチュエータ電源が外部より給電されている必要があります。

B

A

3-/4-/5-芯少なくとも1つの端子のピン２が接続されていない事を確認ください。

B

B

5-芯

-

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V 1.0

ポートクラスBのマスタを通して緊急遮断機能を実現している場合には、ポートクラスAとポートクラスBのデバイスへの同時操作は別途考慮する必要があります。

図13: IO-Linkマスタ(ポートクラスB)とIO-Link デバイス(ポートクラスA)の接続

図13に示すように、ポートクラスBのIO-LinkマスタをポートクラスBのIO-Linkデバイスに5芯ケーブルで接続することは禁止されています。これは潜在的に設定された非常停止機能を無効にするためです。通常、緊急停止ボタンを操作すると、ポートクラスBのIO-Linkマスタのアクチュエータ電源電圧（ピン2）が遮断され、IO-Linkマスタに接続されたポートクラスBのIOリンクアクチュエータの負荷回路の電源が切断されます（非常停止機能）。ポートクラスBのIO-LinkマスタとポートクラスAのIO-Linkデバイスが5芯ケーブルで接続されている場合、
図13に示すようにピン1とピン2の間の回路にスイッチ接点が生じます。この接触が閉じられると、ピン1のセンサ電源電圧はピン2のアクチュエータ電源電圧にブリッジされ、アクチュ
エータ負荷回路への意図しない電力供給を引き起こします。このような状態となると、非常停止機能は作動しません。

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2.5

V 1.0

ケーブル長、電流、電圧降下についての注意
配線計画を行う場合には、IO-Linkマスタとデバイスの最大ケーブル長が20mを超えないように注意してください。

電源については、デバイスに十分な電源電圧が供給されていることを確認する必要もあります。 電源ケーブルごとに電圧降下が発生すると、電源ユニットからIO-Linkデバイスまでのケーブル経路全体を考慮する必要があります。 図14と図15で説明します。以下の例では、
IO-LinkマスタからIO-Linkデバイスをつなぐ電源供給線で電圧降下が生じます。 ポートクラスBのIO-Linkマスタの場合、電圧降下は2つの電源電圧（USとUA）において個別に計算する必要があります。
IO-Linkデバイスの電流が200mAより小さい場合は、芯断面積が0.35mm²、長さが最大20 mのケーブルを使用して、IO-Linkマ
スタとIO-Linkデバイスを接続できます 。この場合には、特別な計算は必要ありません。ただし、電源ユニットとIO-Linkマスタ間の電源ケーブル
は電圧降下をチェックする必要があります。

図14: 電圧降下計算用セットアップ

図14は、電源供給ケーブルにおける電圧降下計算を行うためのシステム例となります。電源ユニット①は24 Vの電圧を供給します。電力はケーブル②にを通して③のIO-Linkマスタに供給され、そこからIO-Linkデバイス⑤と⑦に供給されます。最初の電源供給からケーブル②、④、⑥にそって電圧降下が起きるとします。ケーブルとデバイスの特性は表12に記載しています。

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V 1.0

表12:電圧降下計算のための特性表

経路
1
2
3
4
5
6
7

特性

電源供給ユニット

定格電圧 24 V DC ±1% tolerance

制御線

ケーブル長: 10 m

電源供給 → IO-Linkマスタ

芯断面積: 0.75 mm²
電圧降下: 0.5 V

IO-Linkマスタ
制御線
IO-Linkマスタ → IO-Link デバイス1
IO-Link デバイス1
制御線
IO-Link マスタ → IO-Link デバイス2
IO-Link デバイス2定格電流: 100 mA
ケーブル長: 15 m
芯断面積: 0.35 mm²定格電流: 200 mA
定格電圧: 19 to 30 V
ケーブル長: 15 m
芯断面積: 0.35 mm²定格電流: 100 mA
定格電圧: 19 to 30 V

この仮定により、図15に示される電源からIOデバイスへの電圧降下計算は次章にて解説する。

図15: 電圧降下© Copyright PNO 2016 - All Rights Reserved

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V 1.0

図15の項目1は、計算の「開始点」です。 電圧降下を考慮するには、「最悪の場合」の計算を実行する必要があります。 その結果、電源ユニットの電源電圧（24 （100％ - 1％）=23.76 ）の下限値が最初の想定値となります。
電源ユニットとIO-Linkマスタ間のケーブル②における電圧降下を決めるには（図15参照）、まず全ライン電流IL1値が必要となります。 ケーブル上の全電流量②には接続されたIO-Linkデバ
イス⑤と⑦およびIO-Linkマスタ③における定格電流値の合計となります。（式１を参照）
1 =

+

1 +

2 = 100

+ 200

+ 100

= 400

= 0.4

1

式1の結果、電圧降下は式2～4によって決定します。
2
3
4

=
∙
∙ 2 ∙ ∙=
=ρ∙(2∙ )/A∙
: 線電圧降下 V: 線抵抗 Ω
: 線抵抗係数 Ω⁄: 線抵抗特性銅線= 1.69 … 1.75 ∙ 10−2Ω: 線長: 芯断面積²: 電流式4とケーブル仕様から、ケーブル②にでは100mVの電圧降下が生じます。
したがって、3.77– 0.1= 23.66

がIO-Linkマスタに供給されます。

図15の項目③では、IO-Linkマスタにおける電圧降下を確認できます。給電点とIO-Linkマスタのポート間では電圧降下が生じます。もしこの値がIO-Linkマスタの仕様書に明記されていない場合には、内部電圧降下は0.5Vと想定します。
IO-Linkデバイスに対して、23.66– 0.5© Copyright PNO 2016 - All Rights Reserved= 23.16がポート全体で供給できます。

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V 1.0

式(4)を再利用して、ケーブル④と⑥における電圧降下を計算します。ケーブルにおける電流I
はIO-Linkデバイス⑤、⑦の定格電流と等しくなります。

この結果により、ケーブル④上では150mVの電圧降下となります。したがって、23,16-

0,15 = 23,01 voltageの電圧がIO-Linkデバイス⑤に供給されます。この電圧はIO-Linkデバイ
スにとって十分です（表12で指定された定格電圧範囲を参照）。

ケーブル⑥における電圧降下は90mVです。これにより、23,16- 0,09 = 23,07Vの電圧がIO-

Linkデバイス⑦に供給されます。 この電圧はIO-Linkデバイスにも十分です（表12の定格電圧範囲を参照）。

電圧降下を計算する場合には電圧 US と UAを別々に考慮する必要があります。

これに加えて、ケーブルの敷設のための通常の規定、例えばケーブルの分離、損傷に対する保護、最小曲げ半径などを遵守しなければならなりません。

2.6 文書化
ハードウェア関連の計画を完了したら、結果を適切に文書化する必要があります。ドキュメンテーションは、以下の要素で構成します：- 表4：デバイス特性の例- 表10：IO-Linkマスタの技術特性例- 表13：IO-Linkマスタ割り当ての仕様書- 図16：コンベヤ1のトポロジ- 図17：コンベヤ2のトポロジ- 図18：コンベヤ3,4のトポロジ- IO-LinkデバイスとIO-Linkマスタの仕様書
表13にIO-LinkマスタのポートへのIO-Linkデバイス割り当てを示します。

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V 1.0

表13: IO-Linkマスタ割り当て仕様書

IO-Linkマスタ

IO-Linkマスタ1
コンベア1

IO-Linkマスタ2
コンベア2

ポート
番号

ポート
クラス

1

B

B1 –速度センサ

IO-Link2

B

Q12 – モータ保護スイッチ

IO-Link

3

B

S1 – 機械式押し釦スイッチ

デジタル入力4B

Q11 – 電源接触器 -IO-Link

5

B

P1 – 信号灯 -デジタル出力

6

B

-

無効

7

B

-

無効

8

B

-

無効

1

B

B3 – 速度センサ

IO-Link2

B

Q32 – モータ保護スイッチ

IO-Link3B

B5 – RFIDセンサ

IO-Link

4B

B6 – 光学式距離センサ

IO-Link

5

B

P2 – 信号灯

IO-Link6

B

Q32 –電源接触子

IO-Link

7

B

K1 – 電磁弁

IO-Link

8

B

1

B

B3 – 速度センサ

IO-Link2

B

Q32 – モータ保護スイッチ

IO-Link3

B

Q32 – 電源接触器

IO-Link

4

B

-

無効

5

B

-

無効

6

B

-

無効

デバイス

B71 – IO-Link/アナログ変換器

パラメータ
設定

IO-Link

IO-Linkマスタ3
コンベア3© Copyright PNO 2016 - All Rights Reserved

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IO-Link マスタ4
コンベア4

V 1.0
7

B

-

無効

8

B

-

無効

1

B

B4 – 速度センサ

IO-Link2

B

Q42 –モータ保護スイッチ

IO-Link3

B

Q42 – 電源接触器

IO-Link

4

B

-

無効

5

B

-

無効

6

B

-

無効

7

B

-

無効

8

B

-

無効

次の章では図16から図18でそれぞれのコンベアの配線を示します。

図16: コンベア１のトポロジ© Copyright PNO 2016 - All Rights Reserved

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図17: コンベア2トポロジ

図18: コンベア3、4のトポロジ© Copyright PNO 2016 - All Rights Reserved

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3 まとめ
本IO-Linkデザインガイドラインは読み手が実質的な例を通してIO-Linkコンポーネントを用いてシステムの設計やエンジニアリングを理解できる事を目的としています。システム例は実際に起こりうる配線や、エンジニアリング中に起こる問題点を解決するお手伝いとなるように記載されています。

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2018年4 月発行

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