Messen, Steuern, Regeln IO-Link ermöglicht feldbusunabhängige Kommunikation zwischen Sensor und Aktor

Autor / Redakteur: * Dipl.-Ing. Klaus Ebinger ist Produktmanager Prozess-Sensoren bei der Hans Turck GmbH & Co. KG, Müh / Ute Drescher

IO-Link soll die Kommunikation zwischen Sensoren und Aktoren verschiedener Hersteller und übergeordneten Systemen ermöglichen. Die breite Unterstützung durch führende Hersteller ist der erste Schritt zum Standard.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Flexible Fertigungsstraßen, eine detaillierte Produktverfolgung oder die enge Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine erfordert es, den letzten Meter bis zu Sensoren und Aktoren für eine durchgängige Kommunikation zu erschließen. Genau hierfür bietet die feldbusunabhängige Kommunikationsschnittstelle IO-Link einen einheitlichen, firmenübergreifenden Standard.

Lange gab es im Bereich Fabrikautomation nur proprietäre Lösungen, um die Intelligenz von Sensoren und Aktoren auch für die Kommunikation zu nutzen. Die Akzeptanz beim Kunden war dementsprechend gering. Daher starteten 14 Hersteller von Sensoren, Aktoren und Automatisierungssystemen – von Anfang an dabei war auch Turck – eine Initiative, mit der der Engpass der binären Standardschnittstelle überwunden und die zusätzlichen Funktionalitäten moderner Sensoren und Aktoren für das Automatisierungssystem zentral zugänglich gemacht werden sollte.

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Das Ergebnis dieser Zusammenarbeit ist IO-Link, eine feldbusunabhängige Kommunikationsschnittstelle für Sensoren und Aktoren. Mit IO-Link wurde ein Standard geschaffen, der es ermöglicht, herstellerübergreifend mit den jeweiligen Geräten zu kommunizieren.

Konventionelle und intelligente Aktoren und Sensoren integrieren

IO-Link integriert konventionelle und intelligente Aktoren und Sensoren in Automatisierungssysteme. Wichtig für den Erfolg der Technologie ist die Tatsache, dass der gemischte Betrieb von herkömmlichen und intelligenten Geräten ohne Mehraufwand möglich ist.

Geräte, die heute schon über eine gewisse Intelligenz verfügen, sind für Anwendungen mit IO-Link prädestiniert, denn sie können auf diesem Weg einfach über eine 3-adrige Leitung konfiguriert, parametriert und betrieben werden. Jedes Gerät mit einem umfangreichen Parametersatz lässt sich so zeitsparend konfigurieren und parametrieren. Einfache Nährungsschalter sind eher nicht für den Einsatz mit IO-Link geeignet.

IO-Link nutzt vorhandene Kommunikations-Systeme (Feldbusse oder Ethernet-basierte Systeme); die letzten Meter zu den Aktoren und Sensoren werden in einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit handelsüblichen, ungeschirmten Standardkabeln verbunden. Damit trägt IO-Link zur Reduzierung der Schnittstellen und der Variantenvielfalt bei.

Sowohl binäre als auch analoge Signale übertragen

Über IO-Link lassen sich sowohl binäre Prozessdaten als auch analoge Signale übertragen. Bei einer kontinuierlichen IO-Link-Kommunikation besteht die Möglichkeit, analoge und binäre Sensoren an einer Anschaltbaugruppe zu betreiben. War die binäre Anbindung bislang nur für die Übertragung der reinen Schaltinformation ausgelegt, lassen sich mit IO-Link über einen kombinierten Schaltzustands- und Datenkanal typisch jeweils 2 Byte im 2ms-Zyklus übertragen. So wird der „letzte Meter“ bis zu den Sensoren und Aktoren für eine durchgängige Kommunikation erschlossen.

IO-Link ermöglicht die zentrale Fehlerdiagnose und -ortung bis zur Ebene der Sensoren und Aktoren. Durch die exakte Fehlerortung oder Wartungsanforderung werden Maschinenstillstandszeiten reduziert; der Austausch von Geräten wird über eine zentrale Parameterhaltung deutlich vereinfacht. Damit schafft IO-Link eine kostenoptimierte Lösung der Gesamtkette vom Aktor bzw. Sensor bis zur Integration in das Automatisierungssystem.

Wichtig bei der Entwicklung der Schnittstelle ist auch der Investitionsschutz für Hersteller und Anwender. So können konventionelle Sensoren und Aktoren an einer IO-Link Baugruppe betrieben werden und IO-Link Sensoren und Aktoren sind im Standard-Schalt-Modus an konventionellen digitalen Ein-/Ausgabebaugruppen anschließbar. Damit ist die Umrüstung einer bestehenden Anlage auf IO-Link kein Problem. Der große Vorteil liegt in der Abwärtskompatibilität zur konventionellen Technologie, was jederzeit einen schrittweisen Umbau ermöglicht.“

IO-Link in die Feldbuswelt integrieren

Ein weiter wichtiger Punkt ist die Integration des IO-Link-Systems in die Feldbuswelt. Wie können die Prozess- bzw. Parameterdaten übertragen und verwaltet werden? Hier hat der Anwender verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung: Für Kunden, die nur die reinen Prozessdaten übertragen möchten, werden einfache GSD-Dateien auf Ein- und Ausgangsdatenbasis und geräteunabhängig erhältlich sein. Eine Parametrierung ist hierbei nicht möglich.

Für den Fall, dass die einzelnen Geräte konfiguriert und parametriert werden sollen, stehen spezifische GSD-Dateien zur Verfügung, die je nach Geräteart oder Gerätetyp ausgeführt sein können. Die Datenhaltung erfolgt in der Steuerung. Eine komfortable Lösung bietet der Einsatz von gerätespezifischen DTMs. Die Konfiguration kann über einen eingebundenen FDT während des Betriebs geändert werden. Die Bedienung erfolgt menügeführt. Diese Lösung arbeitet feldbusneutral und herstellerunabhängig.

Zusätzlich reduziert sich der Aufwand für die Verkabelung von Analogsensoren erheblich. Mit IO-Link lassen sich auch Geräte, die eigentlich vor Ort bedient werden und daher gut zugänglich sein müssen, in der Anlage nahe an der Applikation einbauen. Die Parametrierung und Konfiguration erfolgt in diesem Fall über das zentrale Steuerungssystem. Durch die Übertragung der Parameterdaten aus der übergeordneten Steuerung lassen sich auch Inbetriebnahmezeiten erheblich verkürzen.

Auch während der Maschinenlaufzeit reagieren

Dank der durchgängigen Kommunikation kann der Anwender mit IO-Link auch während der Laufzeit der Maschine flexibel auf neue Anforderungen reagieren. So werden zum Beispiel bei einem Produktwechsel die Konfigurationseinstellungen zentral und zeitnah via IO-Link verändert. Dies reduziert kostspielige Stillstandzeiten. Gleiches gilt auch für den Austausch eines IO-Link-Sensors im Servicefall: Die Parameter und Konfigurationsdaten werden über das zentrale Steuerungssystem auf das neue Gerät übertragen.

Um alle Vorteile von IO-Link sinnvoll nutzen können, muss eine Anbindung an die verschiedenen Feldbussysteme möglich sein. Es gilt hier, das erhöhte Datenaufkommen aus dem Feld zu strukturieren, anzupassen und zu kanalisieren. Dem Anwender stehen dazu verschiedene Integrationsstufen zur Verfügung. Im Level 0 werden nur die Prozessdaten übertragen. Eine Änderung der Parameter im laufenden Betrieb ist nicht möglich.

Vorteil dieses Levels ist die einfache Integration, beispielsweise über eine GSD-Datei, und die serielle Übertragung der Prozesswerte per IO-Link. Eine aufwendige Verkabelung, wie sonst bei Analogsignalen üblich, entfällt. Es besteht zusätzlich die Möglichkeit, in der Start-Up-Datei Grundparameter der Geräte zu hinterlegen.

Parameter im laufenden Betrieb ändern

Im Level 1 können Parameter auch im laufenden Betrieb geändert werden. Hierzu nutzt man die azyklischen Dienste der verschiedenen Feldbussysteme. In einem Datenpaket werden Prozess- und Bedarfsdaten übertragen. Die Prozessdatenbreite ist fest definiert, so dass die Übertragung der Bedarfsdaten, beispielsweise Parameter, Konfigurationen oder Diagnosemeldungen, keinen Einfluss auf die Übertragungsgeschwindigkeit der Prozessdaten hat. IO-Link bietet für diese Stufe der Integration Werkzeuge und Vorschriften, die den Aufwand in Grenzen halten.

In der dritten Stufe (Level 2) kann der Anwender sehr komfortabel mit Tool-basiertem Engineering auf die Feldebene zugreifen. Die feldbusunabhängige Lösung mit FDT/DTM bietet hierzu maximalen Komfort und Nutzen. Über einen so genannten FDT-Container und den Geräte-DTM kann auf spezielle Funktionen der Sensoren/Aktoren zugegriffen werden. Grafische Elemente unterstützen das Arbeiten. Die stabdradisierte FDT/DTM-Technologie kann nahtlos in die verschiedenen Feldbussysteme integriert werden.

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