Anlässlich unseres 100-jährigen Bestehens präsentieren wir – elektrotechnik AUTOMATISIERUNG – die Pioniere der industriellen Automation. In einer exklusiven Berichtserie zeigen wir deren Errungenschaften. Mit den Wegbereitern der Automation lassen wir Technologien und Entwicklungen Revue passieren, betrachten die Gegenwart und wagen einen Blick in die Zukunft!

Industrielle Kommunikation

IO-Link auf dem Weg zum globalen Industrie-4.0-Standard

| Autor / Redakteur: Sonja Armbruster* / Ines Stotz

Sensorik 4.0: IO-Link bietet beste Voraussetzungen für künftige Industrie-4.0-Anwendungen.
Sensorik 4.0: IO-Link bietet beste Voraussetzungen für künftige Industrie-4.0-Anwendungen. (Bild: Pepperl+Fuchs)

Die vernetzte Produktion braucht durchgängige Informationskanäle, die bis in die unterste Feldebene reichen. IO-Link ist hier auf bestem Weg, zum globalen Standard zu werden.

Anfang 2018 verzeichnete die notariell beglaubigte Statistik der IO-Link-Community weltweit mehr als 5,3 Mio. IO-Link-Knoten im Feld. Das jährliche Wachstum liegt bei rund 63 Prozent. Auf dem „letzten Meter“ ist IO-Link bereits die Standard-Kommunikationsschnittstelle in der Sensor/Aktor-Ebene. Durch die ständige Weiterentwicklung der Technologie ergeben sich weitere Möglichkeiten, mit IO-Link eine immer umfassendere Durchgängigkeit in der industriellen Kommunikation zu erzielen.

Als die ersten 14 Mitglieder 2006 die IO-Link-Community gründeten, wurden die wesentlichen Anforderungen an das Vorhaben definiert:

  • system- und feldbus-unabhängige Kommunikation,
  • Kompatibilität zu bisherigen digitalen I/O-Schnittstellen (IEC 61131-2),
  • Punkt-zu-Punkt Verbindung,
  • niedrige Kosten.

Anfang 2009 waren bereits zahlreiche Master- und Device-Lösungen mit der Systemspezifikation 1.0 verfügbar. In der Version 1.1 kamen 2011 weitere Anforderungen und Systemfunktionen wie die Datenhaltung (Parameterabgleich zwischen IO-Link-Master und -Device) hinzu. Auf dieser Grundlage wurde 2013 der internationale Standard IEC61131-9 verabschiedet. Die Mitgliederzahl der IO-Link Community ist bis heute auf etwa 200 gewachsen. Der Standard ist gleichermaßen in Asien, Amerika und Europa sowie in praktisch allen Industriebranchen verbreitet.

Als Grundlage dieser Erfolgsgeschichte darf die solide, einfache technologische Basis von IO-Link betrachtet werden. Durch die Nutzung der bestehenden Punkt-zu-Punkt-Verbindungen und der 3-Draht-Standardverkabelung ist eine abwärtskompatible Schnittstelle für binäre Standardsensoren entstanden. Mit der identischen Verdrahtung lässt sich der Nutzungsgrad von IO-Link-Mastern durch den Mischbetrieb von IO-Link-Signalen und digitalen Signalen maximieren. Außerdem können IO-Link Sensoren auch an herkömmliche digitale Eingänge angeschlossen werden. IO-Link ist feldbusunabhängig und erlaubt so die Integration in jedes Netzwerk. Als eine weltweit verfügbare Technologie, die hersteller- und netzwerkunabhängig arbeitet, bietet IO-Link beste Voraussetzungen für künftige Industrie-4.0-Anwendungen.

Smarte Komponenten schaffen Transparenz

Die von der Industrie 4.0 geforderte Datendurchgängigkeit vom Feldgerät bis zur Cloud beginnt bei den Sensordaten und endet unter anderem bei einer intelligenten Cloud-Lösung. Dabei gewährleisten IO-Link-fähige Sensoren eine stabile und zukunftssichere Basis für Produktionsanlagen der nächsten Generation.

BUCHTIPPDas Buch „Industriesensorik“ beschreibt die Entwicklung und die praktische Anwendung der wichtigsten Sensoren. Durch anwendungsbezogene Fehleranalysen von Messsystemen, Sensoren und Sensorsystemen, jeweils ergänzt durch viele detaillierte, vollständig durchgerechnete Anwendungsbeispiele, eignet sich das Buch nicht nur für Studenten, sondern auch für Ingenieure und Techniker verschiedener Fachrichtungen.

Microcontroller gehören heute zur Standardausrüstung moderner Sensoren und machen diese „smart“. Neben den sensorischen Messwerten stellen sie weitere Informationen zum Gerätezustand bereit. Die Sensoren können außerdem mit Hilfe von Parametersätzen an die spezifische Anwendung angepasst werden. Auch während des Betriebs lassen sich Einstellungen ändern, was vor allem bei kleinen Losgrößen ein großer Vorteil sein kann.

IO-Link kann hier als Kommunikationsprotokoll für den „letzten Meter“ dienen, um Parameter zu setzen, Mess- und Schaltsignale zu übertragen, Diagnosefunktionen zu aktivieren und insgesamt mehr Prozesstransparenz zu schaffen. Dies war zuvor nur mit komplexen Sensorsystemen in geschlossenen Feldbus-Umgebungen möglich.

Indem IO-Link diese Potenziale erschließt, ermöglicht es die vorbeugende Wartung, den einfachen Neustart nach Sensortausch und den vertieften Überblick über die Gesamtanlage. Dabei werden auch alle Anforderungen der vertikalen Verbindung zwischen Feldebene und IT-Netzwerk im Rahmen von Industrie 4.0 erfüllt. Protokoll und Schnittstellen sind standardisiert, sie erlauben die bidirektionale Kommunikation mit den Feldgeräten und ermöglichen die eineindeutige Identifikation der Komponenten.

Wie Sensoren funktionieren und wo sie eingesetzt werden

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03.06.19 - Sie sind die Schnittstelle zur Außenwelt und machen die intelligente Fabrik erst möglich: Sensoren. Wie Sensoren funktionieren und welche Sensorik sich für welche Anwendungen eignet, das erklären wir in unserem Artikel. lesen

IO-Link baut Brücke zur IT

Mit Master-Baugruppen wie dem multiprotokollfähigen Feldmodul ICE1 von Pepperl+Fuchs und Edge-Gateways lässt sich die bruchlose Anbindung von IO-Link-Feldgeräten an die übergeordnete IT-Infrastruktur des Unternehmens realisieren. Da die Kommunikation parallel zur Prozesssteuerung stattfindet, wird der Datenaustausch auf der Feldebene nicht beeinträchtigt.

Zugleich stehen die Sensordaten in Cloud-Plattformen oder lokalen Systemen zur Verfügung. Ein auf verschiedenen Plattformen lauffähiger Software-Dienst von Neoception – einer Tochtergesellschaft von Pepperl+Fuchs – kann die Interpretation der Daten von IO-Link-Sensoren anhand der IODD übernehmen. So können Cloud-Applikationen (Apps) strukturiert auf Sensordaten zugreifen. Maschinen-Spezialisten können mit ihrer Hilfe zum Beispiel Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) und Wartungsplanung (Predictive Maintenance) durchführen, ohne sich in sensortechnische Details einzuarbeiten.

Damit wird auch das Tor zu neuen Geschäftsmodellen aufgestoßen. In App-Stores können zum Beispiel externe, spezialisierte Software-Unternehmen ihre selbstentwickelten Anwendungen anbieten. Ganz unterschiedliche Dienstleistungen lassen sich einzeln oder in Paketen zu neuartigen Service-Produkten machen.

Pepperl+Fuchs bietet dafür ein breites Portfolio von Sensoren mit verschiedenen Messprinzipien, Master-Baugruppen, Gateway-Komponenten und cloudfähige Software-Einheiten sowie Software-Dienstleistungen an.

IO-Link fit für die Zukunft machen

Industrielle Kommunikation

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03.07.18 - Auf der diesjährigen Mitgliederversammlung von IO-Link diskutierten rund 70 Teilnehmer in Frankfurt über die Ausrichtung von IO-Link in den nächsten Jahren und legten die Agenda der Zukunft fest. lesen

Ausblick: Safety & Wireless sowie OPC UA & JSON im Fokus

Während anfangs die Kommunikationsfähigkeit auf der Sensor-/Aktor- Ebene einschließlich den I/O-Baugruppen im Mittelpunkt stand, hat sich in der vertikalen Betrachtung der Fokus zur Cloud-Anbindung und entsprechenden Anwendungen verschoben. In der horizontalen Betrachtung, der Anwendung und Ausprägung von IO-Link, liegen die Schwerpunkte bei der Profilbildung, der Spezifikationserweiterung zu IO-Link Safety sowie der Spezifikation für IO-Link Wireless.

Industrielle M2M-Kommunikationsprotokolle wie OPC UA oder JSON Objekte spielen eine zunehmend wichtige Rolle. Die IO-Link Community plant entsprechende Standards für das Daten- und Funktionsmodell zu definieren, um auch die Anbindung von Sensoren und Aktoren an oberhalb der Automatisierung gelegene IT-Systeme zu ermöglichen.

Noch 2018 soll es eine finale Companion Specification für das Mapping von IO-Link in OPC UA geben. Die Implementierung von Referenz-Systemen wurde bereits begonnen. Außerdem wird an einem Datenmodell für das Mapping von IO-Link in JSON gearbeitet.

Meilenstein der Automation: Vom Näherungsschalter zu Industrie 4.0

Sensorik

Meilenstein der Automation: Vom Näherungsschalter zu Industrie 4.0

28.09.18 - Es ist durchaus üblich, dass Produkte und Geschäftsmodelle sich im Laufe einer Firmengeschichte verändern. Bei Pepperl+Fuchs wird der stetige Wandel sogar aktiv vorangetrieben, indem immer neue Technologien – auch anderer Branchen – identifiziert und in neuen Produkten und Lösungen aufgegriffen und nutzbar gemacht werden. lesen

* Sonja Armbruster, Produktmanagerin in der Business Unit Systeme, Pepperl+Fuchs

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