APDahlen Applications Engineer
Class AのIO-Linkポートは、約500mAまでの電流を必要とする低消費電力24V DCセンサ向けに設計されています。Class Bのポートは、最大2Aの電流を必要とする高消費電力アクチュエータ向けです。
この技術概要では、IOポートおよびClass AとClass Bの違いに焦点を当てます。図1に示す例では、4つのClass A入力ポートと4つのClass B出力ポートを備えています。本稿では、クラス区分がフィールドデバイスへの電力供給に関係していることを示します。また、この設計には後方互換性が考慮されており、センサを従来のデジタル（オン/オフ）構成でも、IO-Linkに関連する新しいシリアルプロトコル構成でも使用できることを示します。
この記事は、DigiKey Field Guide for Industrial Automationの一部です。
分類： Select It → Networks & Comms
難易度： 
Engineer — 難易度レベルの説明
著者： Aaron Dahlen | MSEE | Senior Applications Engineer, DigiKey
最終更新日： 2026年3月6日
IO-Linkの概要
ハブアンドスポークモデルは、産業用制御システムを構成する従来の方法を表しています。プログラマブルロジックコントローラ（PLC）がハブの中心となり、そこから多数の並列配線がさまざまなフィールドデバイスに放射状に伸びています。このモデルは、リモートIO（Remote Input Output）導入によって拡張されました。しかし、センサやアクチュエータごとに1本ずつ、依然として多くのスポーク（配線）が存在していました。IO-Linkの導入により、このモデルは再び変化しました。図1に示すWeidmüller IO-Linkマスターなどのデバイスは、従来のリモートIOの代替として使用できます。図1に示すIO-Linkマスターなどのデバイスはデイジーチェーン接続を前提として設計されているため、ハブアンドスポークモデルはもはや必須ではありません。
スマートセンサはIO-Linkシステムの重要な構成要素です。これらのセンサは、シリアルインターフェースに加え、インテリジェンス機能を備えています。これにより、センサは従来のバイナリ信号だけでなく、より多くの情報を通信できます。センサはインターフェースを介して設定することも可能です。例えば、近接センサは特定の距離にある物体を検出するように遠隔設定できます。このセンサに関連付けられたPLCは、同じ情報を持つ交換用センサを検出し、自動的に設定を書き込むことができます。これらを組み合わせることで、修理手順が簡素化された信頼性の高いシステムが実現し、高額なダウンタイムを削減できる可能性があります。
図1： 4つのClass A入力と4つのClass B出力を備えたWeidmüller IO-Linkマスターモジュールの写真。画像の左下には、M12 Aコードコネクタのピン割り当てが示されています。
M12 Aコードコネクタの後方互換性
IO-Linkシステムについて理解を深めるにあたり、従来の5ピンM12コネクタのピン割り当てを振り返っておくことは有益です。長年にわたりさまざまな構成が存在してきましたが、いくつかのパターンが確立されています。
- ピン1は24V DC電源用に割り当てられています
- ピン3は24V DCリターン用に割り当てられています
- ピン2は通常、センサからコントローラへ伝送されるデジタル（PNP）信号に使用されます
- ピン4は通常、コントローラからアクチュエータへ伝送される信号に使用されます
- ピン5は追加のIO、あるいはグランド（シールド）として使用される場合があります
- センサに2つの出力がある場合、ピン2は信号1用、ピン4は信号2用です
- アクチュエータに2つの入力がある場合、ピン4は制御信号1用、ピン2は制御信号2用です
- デバイスに入力と出力の両方がある場合、センサからコントローラへの信号はピン2で伝送され、コントローラからアクチュエータへの信号はピン4で伝送されます
技術的なヒント： 図1に示すIO-Linkマスターには、さまざまなM12コネクタが搭載されています。よく見ると、ケーブルを誤って別のポートに接続してしまうことを防ぐために、3種類のキー形状が採用されていることがわかります。例えば、通信ポートに直流電源を直接接続するようなことは避けたいものです。経験上、そのような接続をすると、いわゆる「魔法の煙」が出てしまいます。
慣例として、M12ポートのキー形状は「コード」と呼ばれています。図1のIO-Linkマスターには、8つの黒色のAコード5ピンメスポート、通信用の2つの緑色のDコードポート、および電源用の2つの銀色のポート（オス1つとメス1つ）が搭載されています。また、マイクロUSBポートを覆う黒色のプラグもあります（ユーザー向けの機能ではありません）。
DigiKeyでは、図2に示すように、このコードはコンポーネント検索において「方向」パラメータに表示されていることがよくあります。
図2： M12コネクタのコードは、DigiKeyでは「方向（Orientation）」パラメータとして指定されています。
興味深い事例として、この記事で紹介されているBannerの照明付きのタッチ式ボタンスイッチK50があります。 K50は、1つのバイナリ出力（ピン4）と2つのバイナリ入力（ピン2と5）を備えたM12コネクタを搭載しています。K50のIO割り当てを先ほどの一般的なリストと比較してください。ピン2は出力として設定できることに注意してください。再設定すると、K50はガイドラインに記載されているように2出力デバイスになります。
図3に示すBannerのK50と密接に関連するものとして、IO-Link専用デバイスのシリーズがあります。この記事の範囲外ではありますが、IO Device Description（IODD）ファイルに含まれる情報について触れておくべきでしょう。IODDは、IO-Linkインターフェースの詳細かつデバイス固有の記述を提供する構造化ファイルです。これは今後の記事のテーマとして良いかもしれません。IODDの構造化データのごく一部を図4に示します。
図3： この写真に示すBannerのK50は、デジタル出力1つ（ピン4）とデジタル入力2つ（ピン2と5）を備えています。なお、ピン2は第2の出力として設定可能です。
図4： BannerのIO-LinkタッチボタンK50のIODD XMLファイルのごく一部。
技術的なヒント： 図1に示すようなIO-Linkマスターには、通常、フィールドデバイス用の5ピンM12コネクタが搭載されています。 5ピンコネクタは3ピンおよび4ピンケーブルと嵌合互換性があるため、これは便利です。5ピンすべてを必要としないデバイスの場合、これにより簡素化とコスト削減が可能になります。
5ピンM12コネクタにおけるClass AおよびClass BのIO-Linkピン割り当てはどうなっていますか？
後方互換性について確認したところで、IO-Linkのピン割り当てについて説明し、Class AおよびClass Bポートの違いという本稿の主題について見ていきます。
Class A IO-Linkのピン割り当ては、以下のように定義されています。
- ピン1は24V DC電源用に割り当てられています
- ピン3は24V DCリターン用に割り当てられています
- ピン4はIO-Linkマスターとフィールドデバイス間の双方向シリアルデータ通信に使用されます
- 従来方式との互換性を維持するため、ピン2はセンサからコントローラへのデジタル（PNP）信号に使用できます
Class B IO-Linkのピン割り当ては、以下のように定義されています。
- ピン1は24V DC電源用に割り当てられています
- ピン3は24V DCリターン用に割り当てられています
- ピン4は、IO-Linkマスターとフィールドデバイス間の双方向シリアルデータ通信に使用されます
- ピン2は、ピン1と並列に接続され、+24V DC電源供給能力を増強するために使用されます
- ピン5は、ピン3と並列に接続され、+24V DCリターンの電源供給能力を増強するために使用されます
図1のWeidmüller IO-Linkマスターに戻ると、センサ入力専用ポートはClass A、高消費電力アクチュエータポートはClass Bであることがわかります。Class Aポートから供給される電流は200mA～500mA、Class Bポートから供給される電流は約2Aです。
この記事の範囲外ですが、IO-Linkデバイスには2つの動作モードがあることに触れておきます。第1のモードはIO-Linkモードで、IO-Linkマスターとフィールドデバイス間で単一のワイヤ（ピン4）による双方向シリアル通信を実現します。第2のモードは標準入出力（Standard Input/Output、SIO）モードです。これは、前世代のデジタルフィールドデバイスで使用されていたデジタル出力と同様の、フィールドデバイスのフォールバックモード（互換モード）と考えることができます。
技術的なヒント： 図1をよく見ると、IO-Linkマスターへの電源接続には、堅牢な5極LコードM12コネクタが使用されていることがわかります。このコネクタは、IOポートの全負荷電流に加え、デイジーチェーン接続されたIO-Linkノードの電流にも対応する必要があるため、非常に重要です。Class Bポート1つあたりの最大電流が2A、Class Aポート1つあたり500mAであるため、計算上の入力電流は、コントローラロジックへの電力供給に必要なわずかな電流を加えると、10Aをわずかに超えます。そのため、安全余裕を含めて240W、24V DCの電源が必要になります。また、システムの信頼性を確保するためには、IO-Linkシステムの電力バジェットを検討することも重要です。
おわりに
率直に言って、IO-Linkは、エレクトロニクスの多岐にわたる要素を網羅しているため、習得が難しいシステムです。通信プロトコルを議論する同じ文脈の中で、オームの法則や電力バジェットも踏まえた電流制限の話をしなければならないという点で、IO-Linkは独特な技術です。これはすべて、PLCおよび関連フィールド機器に関する膨大な知識が「前提（ベース）」としてあった上での話です。
この記事では、IO-Linkの一側面に焦点を当て、Class AおよびClass Bポートの区分について説明しました。個人的には、従来型センサおよびIO-LinkセンサにおけるM12配線の割り当てを歴史的な観点から比較することが有益だと感じました。また、IO-Linkの普及は進んではいるものの、従来型センサに取って代わる可能性は低いことを忘れてはなりません。なぜなら、追加の機能はすべてのアプリケーションで必要とされるわけではないからです。したがって、配線と色の規則を理解しておくことは、これらのシステムのトラブルシューティングや保守を行う際の無用な苦労を避ける助けとなります。
ご意見やご質問がありましたら、以下の欄にご記入ください。また、このノートの最後にある質問と批判的思考を使う問題にもぜひ挑戦してください。
ご検討をお祈りします。
APDahlen
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- 全製品カタログ： 産業用オートメーションおよび制御
問題
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IO-Link Class AポートとClass Bポートの根本的な違いは何ですか？
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Class AからClass Bへ移行すると、どのように電流供給能力が向上しますか？
ヒント： 2本あれば1本より有利です。 -
4ピンケーブルを使用した場合でも、Class Bポートの利点は利用できますか？
ヒント： 省略されるピンによって複数の答えがあります。ただし、一貫性のため、中央ピンを持たない一般的な4ピンケーブルを想定してください。 -
IO-Linkシステムの標準的な使用条件を仮定し、Class Bポートから供給可能な電力を計算してください。
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バルブアイランドは、共通マニホールド上に配置された空気圧または油圧ソレノイドの集合体です。各方向制御弁（DCV）に3Wのソレノイドが搭載されていると仮定します。理想的な条件下では、Class B IO-Link接続を介して何個のソレノイドを制御できるでしょうか？実際の運用においては何個を推奨しますか？
ヒント： 許容できる安全余裕はどの程度でしょうか？ -
DigiKeyの検索ツールを使用して、図1のWeidmüller IO-LinkマスターをDC電源に接続するための適切なLコードコネクタを探してください。満点を得るには、長さ1m以上のフライングリード付きのモールドタイプコネクタを見つけてください。
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IO-Linkポートのピン4では、どのような種類のデータがフィールドデバイスに伝送されますか？
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5ピンM12コネクタの配線色の規定を示す表を作成してください。
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IO-Linkシステムにおけるケーブル長の制限を調査し、説明してください。満点を得るには、Ethernet通信距離、電源ケーブル長、およびIO-Linkマスターとフィールドデバイス間の距離を考慮してください。
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IO-Linkデバイスは、適切にシールされた状態で保護等級（IP67）に対応しています。図1で紹介したWeidmüller IO-Linkマスター用のポート保護カバーのDigiKey品番を調べてください。
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近接センサ、赤外線温度センサ、および超音波距離センサを含む複数のIO-Linkセンサのデータシートを探し、各センサについて次の内容を示してください。
A) 簡単な説明
B) 設定可能なパラメータ
C) ピン配置
批判的思考を使う問題
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DigiKeyの検索ツールを使用して、図1のWeidmüller IO-Linkマスターに適した電源を探してください。満点を得るには、想定した設計条件を明記してください。
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多くのIO-Linkデバイスはデイジーチェーン接続が可能です。例えば、本稿で紹介したWeidmüllerデバイスには、電源およびフィールドバス用のデュアルポートが備わっています。デイジーチェーン接続を行う際のガイドラインを示してください。
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ポートのクラス区分はデータレートに影響を与えますか？
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IO-Link IEC 61131-9規格は「ラストワンメートル」ソリューションと説明されることがあります。従来のPLC/リモートIOシステムと比較して、IO-Linkがどのような利点を持つか説明してください。
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故障管理は24V DC産業用システムにおける重要な検討事項です。その基本原則の1つは、短絡故障を特定の分岐回路に限定し、システムの残りの部分が動作を継続できるように、あるいは秩序ある停止を実行できるようにすることです。IO-Linkシステムでは故障はどのように処理されますか。
ヒント： まずWeidmüllerのデータシートを調査してください。
著者について
Aaron Dahlen氏、元米国沿岸警備隊（USCG）少佐（LCDR）は、シーフリバーフォールズにあるDigiKeyのシニアアプリケーションエンジニアを務めています。エレクトロニクスおよび産業オートメーションに関する彼の知識と経験は、技術者およびエンジニアとして従事した27年間の軍歴と、その後10年以上にわたる教育経験を通じて培われました。
Dahlen氏は、ミネソタ州立大学マンケート校で電気工学修士号（MSEE）を取得しています。また、ABET認定を受けた電気工学プログラムで教鞭を執ったほか、電子工学技術プログラムのコーディネーターを務め、軍の技術者に対して部品レベルの修理技術を指導してきました。
現在は、ミネソタ州北部の故郷へ戻り、コンデンサ探しから始まった数十年にわたる旅を終えました。彼の物語はこちらからお読みください。