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!

IO-Link

IO-Link-Gesamtkonzept spart Kosten und bereitet Weg für Industrie 4.0

| Autor / Redakteur: Aurel Buda* / Jan Vollmuth

Mit einem umfangreichen IO-Link-Portfolio unterstützt Turck seine Kunden auf dem Weg zu Industrie 4.0
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Mit einem umfangreichen IO-Link-Portfolio unterstützt Turck seine Kunden auf dem Weg zu Industrie 4.0 (Bild: Turck)

Der Kommunikationsstandard IO-Link steht für Digitalisierung bis in die Sensorebene. Viele Anwender verbinden einen Wechsel auf diese Technologie mit höheren Ausgaben. Dabei können mit IO-Link Kosten für Hardware und Installation signifikant gesenkt werden – besonders, wenn man IO-Link als Gesamtsystem anwendet.

So sieht eine Erfolgsgeschichte aus: Die Marktdurchdringung des Kommunikationsstandards IO-Link steigt seit Jahren rasant. Lag die Anzahl der weltweiten Knoten 2014 noch bei 2,19 Millionen, so betrug sie 2016 bereits 5,3 Millionen. Ein exponentielles Wachstum ist auch für die nächsten Jahre zu erwarten.

IO-Link ist als digitaler Kommunikationsstandard für den letzten Meter integraler Bestandteil der intelligenten Fabrik. Doch genau hier liegt auch ein Problem. Viele Anwender verbinden die Technologie ausschließlich mit zukünftigen Anwendungsfällen, die sie für sich aber noch gar nicht definiert haben. Manchmal besteht sogar die Annahme, dass beim Wechsel auch einfache Näherungsschalter durch teurere Varianten ersetzt werden müssen. Doch das Gegenteil trifft zu. Auch in einem IO-Link-System muss nicht jeder Schalter eine IO-Link-Schnittstelle besitzen. In zahlreichen Anwendungen reduziert man mit IO-Link zunächst einmal Kosten. Der Kunde profitiert also sofort. Gleichzeitig etabliert man die Basis für neue Anwendungsfälle, die durch Industrie 4.0 auf uns zukommen.

Digital statt analog

Kaum eine Branche hält so stark an analoger Signalübertragung fest wie die Automation. Dabei benötigen digitale Informationen erheblich weniger Bandbreite als analoge. Gleichzeitig ist die digitale Übertragung robuster. Konkret bietet IO-Link eine bidirektionale Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit bis zu 230,4 kBaud, die sehr zuverlässig über ungeschirmte Standardleitungen kommuniziert. Häufig sind IO-Link-Sensoren außerdem günstiger als analoge Pendants, da auf einen D/A-Wandler verzichtet werden kann. Damit sparen Anwender zum einen bei der Verkabelung, zum anderen beim Gerät selbst. Als weiterer Vorteil sind IO-Link-Master­Kanäle abwärtskompatibel zu konventionellen binären Sensoren mit einem oder zwei Schaltausgängen. Im Vergleich zu analogen Eingängen können übrige Kanäle also meistens noch verwendet werden.

Turck unterstützt IO-Link von Anfang an und bietet heute eines der umfangreichsten IO-Link-Portfolios an. Es reicht von zahlreichen Sensoren über Anschlusstechnik bis hin zu Feldbus- und Ethernet-I/O-Systemen mit IO-Link-Mastern in den Schutzarten IP20 und IP67.

Vom Passivverteiler zu Ethernet und IO-Link

In den meisten Anwendungen stellen binäre I/O-Signale, beispielsweise von induktiven Näherungsschaltern, die häufigste Signalform dar. Noch heute werden diese vielfach mit Hilfe von passiven Verteilern (IP67) im Feld eingesammelt und über Multipolleitungen in Schaltschränken auf zentrale oder dezentrale I/O-Baugruppen (IP20) geleitet. Um Kosten für Geräte und Verdrahtung zu sparen, sehen modernere Konzepte aktive dezentrale IP67-I/O-Baugruppen im Feld vor, die die Signale möglichst nah am Geschehen einsammeln und über Industrial Ethernet (bzw. Feldbusse) direkt an überlagerte Steuerungen übertragen. So kann auf dezentrale Baugruppen im Schaltschrank verzichtet werden und der Schaltschrank selbst kann kleiner dimensioniert werden. Hinzu kommt die günstigere Verdrahtung via Industrial Ethernet. Diese Architektur mit IP67-I/O-Modulen, die Signale direkt vor Ort einsammeln, spielt eine wichtige Rolle in der Automation, insbesondere, wenn nur wenige Signale vor Ort eingesammelt werden – beispielsweise auf Robotern.

In Anwendungen mit hoher I/O-Dichte kann IO-Link die Kosten zusätzlich senken. Über sogenannte I/O-Hubs können bis zu 16 Signale verdichtet und via IO-Link übertragen werden. IO-Link-Master mit vier oder acht Ports sammeln diese Daten über Distanzen von bis zu 20 Metern ein und übertragen sie gebündelt über eine Ethernet-Leitung zur Steuerung. In dieser Variante sparen Anwender gleich dreimal: IO-Hubs sind im Vergleich zu Industrial-Ethernet-Baugruppen preiswerter; anstelle geschirmter Ethernet-Leitungen werden ungeschirmte Standard-Leitungen verwendet; und da IO-Link für Daten und Versorgung nur ein Kabel benötigt, entfallen separate Versorgungsleitungen. Als weiterer Vorteil werden IP-Adressen nur pro IO-Link-Master und nicht für jede I/O-Baugruppe benötigt.

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