Sensoren IO-Link macht die Verbindung zwischen Feldbus- und Prozessebene dialogfähig

Autor / Redakteur: Ines Näther / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Die Sensor/Aktor-Schnittstelle IO-Link ermöglicht erstmals eine Kommunikation bis in die unterste Feldebene und macht damit die in vielen Sensoren integrierten Diagnose- und Parametrierfunktionen zentral verfügbar. SensoPart sorgt mit IO-Link-fähigen Sensoren für Kostenreduzierungen.

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Das Mastermodul V IOMP ist eine dezentrale Lösung mit acht Steckplätzen zum Anschluss von IO-Link- oder binären Sensoren.
Das Mastermodul V IOMP ist eine dezentrale Lösung mit acht Steckplätzen zum Anschluss von IO-Link- oder binären Sensoren.
( Archiv: Vogel Business Media )

Maschinen und Anlagen in der Fabrik- und Prozessautomation sind in den letzten Jahren immer schneller, kleiner und zuverlässiger geworden zudem sicherer und flexibler. Eine bemerkenswerte Steigerung der Leistungsfähigkeit, das nicht nur hohe Anforderungen an die Steuerungs- und Feldbus-Ebene stellt auch die Feldgeräte werden dabei immer intelligenter. So verfügen viele Sensoren und Aktoren heute bereits über Mikroprozessoren, die beispielsweise zur Ansteuerung von Anzeigen, zur Parametrierung und zur Speicherung von Konfigurationsdaten dienen. Typisch dafür sind etwa Ventilinseln, optische Sensoren, RFID- oder Stellgeräte.

Bisher gab es nur proprietäre Lösungen, um diese Intelligenz tatsächlich auch für die Kommunikation zu nutzen. Und sie muss aufwändig in der Hardware vorgesehen und in der Software projektiert werden. Der direkte Feldbusanschluss bietet zwar Vorteile, allerdings übersteigen dessen Kosten den Preis binärer Schnittstellen gerade bei einfachen Sensoren um ein Vielfaches.

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So nutzt man für die Verbindung von der I/O-Ebene zur Sensor-Aktor-Ebene seit Jahren unberührt vom technologischen Fortschritt noch immer das binäre Schaltsignal, das eben nicht in der Lage ist, alle prozessrelevanten Daten an die Steuerung weiterzuleiten. Hier setzt nun der Schnittstellen-Standard IO-Link an, der genau das kann, nämlich alle Daten zu Sensor- bzw. Aktor-spezifischen Funktionen anlagenweit zur Verfügung zu stellen ein klarer Durchbruch in der Automatisierung.

Die Schnittstelle begnügt sich mit einem simplen dreiadrigen Standardkabel und macht damit aus der Punkt-zu-Punkt-Verbindung einen dialogfähigen Kommunikationskanal, der aber kein klassisches Bussystem ist. Dieser und das ist neu kann Prozessdaten unterschiedlicher Datenbreite sowie Parameter- und Diagnosedaten übertragen. Auch die Rückwärts-Kompatiblität zur Standard-Sensorik- und –Aktorik wird erfüllt. So deckt IO-Link drei wesentliche Anforderungen aus der Automatisierungstechnik ab: mittels Steuerungen parametrieren zu können, eine detaillierte und aussagekräftige Diagnose zu erhalten und das alles über eine elektrisch und mechanisch einheitliche Schnittstelle.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt auch darin, dass IO-Link sowohl die intelligenten als auch die konventionellen Sensoren und Aktoren in die Automatisierungssysteme integriert. Somit ist sogar der gemischte Betrieb aller Geräte ohne Mehraufwand möglich und damit auch wirtschaftlich nutzbar. So lässt sich an eine IO-Link-Peripherie-Baugruppe sowohl ein kommunikationsfähiges als auch ein binär schaltendes Feldgerät anschalten, wenn beispielsweise für diese Applikation kein IO-Link-fähiges Gerät zur Verfügung steht.

Sowohl der Maschinenbauer als auch der Anwender kann schnell und einfach von den Vorteilen von IO-Link profitieren, etwa die Produktivität steigern und gleichzeitig die Stillstandszeiten reduzieren, was im Ergebnis zu einem verringerten Total-Cost-of-Ownerchip von Maschinen und Anlagen führt.

Alles in allem stehen also die Chancen für einen Durchbruch gut, zumal ein vergleichbarer, von Herstellern und Anwendern gleichermaßen akzeptierter Standard nicht in Sicht ist. So treibt das IO-Link-Konsortium, das derzeit aus über 20 Automatisierungs-Unternehmen besteht, die Entwicklung des neuen Kommunikations-Standards weiter voran. Nachdem auch die Normung von IO-Link auf dem Weg und sicher auch bald abgeschlossen ist, kommen jetzt erste IO-Link-fähige Produkte auf den Markt.

Erste Sensoren mit „IO-Link inside“

So bietet der badische Sensor-Hersteller SensoPart Industriesensorik Farbsensoren, Abstands-Sensoren und ein Lichtleitergerät mit integrierter IO-Link-Schnittstelle. Ein IO-Link-Master mit acht Ports ist in Arbeit. Kein Wunder also, dass viele Anwender gespannt auf die ersten IO-Link-fähigen Produkte warten. „SensoPart wird IO-Link grundsätzlich bei allen neuen und sukzessive bei den bestehenden Produktreihen implementieren, wobei komplexere Geräte den Anfang machen“, erklärt Jörg Faller, Leiter Produktmanagement Sensoren bei SensoPart. Im Prinzip profitiere der Anwender bei jedem Sensor, bei dem sich etwas einstellen oder einlernen lässt, von der IO-Link-Funktionalität, „aber je intelligenter ein Sensor ist, umso größer sind der Nutzen und die Kostenvorteile.“

Zur diesjährigen Hannover Messe stellte SensoPart bereits drei Prototypen mit integrierter IO-Link-Schnittstelle vor: einen Farbsensor vom Typ FT50 C, einen Laser-Abstandssensor FT50 RLA sowie ein Lichtleitergerät der FL70-Reihe. Außerdem wurde der IO-Link-Feldverteiler V IOM-8 mit acht IO-Link-Sensor/Aktor-Anschlüssen, Display und Bedientasten zur dezentralen Parameterverwaltung und –speicherung gezeigt. Alle Sensoren sollen nach Aussage von SensoPart-Geschäftsführer Dr. Theodor Wanner bald als Serienversionen verfügbar sein: „SensoPart hat zu den ersten Unternehmen gehört, die sich für den Erfolg von IO-Link engagiert haben, deswegen wollen wir jetzt auch unter den Ersten sein, die dafür Produkte auf den Markt bringen.“

Mehr Funktionen ohne Mehrkosten und ohne Risiko

Besonders erfreulich ist, dass die zusätzliche Funktionalität von IO-Link im Sensor mit geringen Mehrkosten zu Buche schlägt. Umrüstkosten entstehen ebenso wenig, weil Standard- und IO-Link-Sensoren nebeneinander betreibbar und alle vorhandenen Leitungen weiter nutzbar sind. „Die volle Kompatibilität zur bestehenden Topologie und heutigen Standards, etwa den Anschluss über eine ungeschirmte Drei-Draht-Leitung und Steckerbelegung nach IEC 60947-5-2, unterscheidet IO-Link deutlich von anderen in der Vergangenheit vorgeschlagenen Standards“, betont Jörg Faller. „Das System ist wirklich genial einfach.“ Deshalb können Lösungen auf IO-Link-Basis bei gemischten digital-analogen Anlagen-Konfigurationen bereits bei den Initialkosten günstiger ausfallen als mit heute verfügbaren Komponenten.

  • serielle Punkt-zu-Punkt-Verbindung
  • Standardkabel, dadurch volle Kompatibilität zu Standard-IO
  • Kommunikation über Pulsmodulation, UART-Protokoll
  • Deterministisches Zeitverhalten (typische Zykluszeit 2 ms bei 16 Bit Prozessdaten)
  • Max. Leitungslänge 20 m
  • Max. Strom pro Sensor 20 mA
  • Kommunikations- oder Schaltmodus

„IO-Link wird mit Nachdruck von führenden Firmen aus der Automatisierungstechnik vorangetrieben und entwickelt sich deshalb bereits in naher Zukunft zum festen Bestandteil ganzheitlicher Automatisierungskonzepte. Ein vergleichbarer, von Herstellern und Anwendern akzeptierter Standard ist derzeit nicht in Sicht. Zudem ist die Spezifikation bei der Deutschen Elektrotechnik Kommission zur Normierung als künftiger IEC-Standard eingereicht. In Hannover waren schon etliche Prototypen zu sehen, serienreife Sensoren aus dem Hause SensoPart werden ab Ende 2007 verfügbar sein.“

An einem typischen Rundtakt-Montageautomaten sind u.a. folgende Sensoren verbaut:

Tabelle 1

Anzahl Beschreibung Typ

4 Laser-Abstandssensoren FT 50 RLA 220

4 Reflexionslichttaster mit Hintergrundausblendung FT 50 RH

6 Reflexionslichttaster mit Hintergrundausblendung FT 20 RLH

2 Farbsensoren FT 50 C

Der Aufwand für Montage, Verdrahtung und Konfiguration ist durch enge Einbauverhältnisse und applikationsspezifische Parametrierung von Abstands- und Farb-Sensoren relativ zeitaufwändig und kostenintensiv. Bei Einsatz entsprechender Geräte mit IO-Link-Schnittstelle verringern sich die Zeiten für Inbetriebnahme und Umkonfiguration erheblich.

Tabelle 2

Anzahl Typ Zeitbedarf Insgesamt Zeitbedarf mit IO-Link Insgesamt

4 FT 50 RLA 220 0:30 2:00 0:15 1:00

4 FT 50 RH 0:10 0:40 0:06 0:24

6 FT 20 RLH 0:10 1:00 0:06 0:36

2 FT 50 C 0:30 1:00 0:15 0:30

Summe 4:40 2:30

Berücksichtigt man einen Stundensatz von 50 €, so spart man durch die Verwendung von IO-Link-Sensoren bereits bei der Ersteinrichtung 125 €. Gleichzeitig wird durch den zentralen Zugang zu Gerätefunktionen und –parametern die Wartung und Neukonfiguration erheblich erleichtert und bietet so weiteres Einsparpotential.

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