Sensor-Aktor-Kommunikation Smarte Sensorsysteme dank IO-Link

Anlagenbetreiber erwarten bei neuen Maschinen eine höhere Produktivität. Die Investitionskosten und der Wartungsaufwand sollen sinken und gleichzeitig soll der Ausstoß erhöht werden. Schnelle Inbetriebnahme, geringe Wartungskosten und kurze Stillstandszeiten sind die Schlagworte. Das erfordert neue Konzepte in der Automatisierung – wie die Einbindung des Kommunikationsstandards IO-Link. Denn eine stärkere Vernetzung der Komponenten und ein durchgängiger Informationsfluss von der Feld- in die Steuerungsebene sind dazu notwendig.

Anbieter zum Thema

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

compmall GmbH

SMC Deutschland GmbH

Pepperl+Fuchs SE

Der Kommunikationsstandard IO-Link ist ein wichtiger Baustein innerhalb dieses Automatisierungskonzeptes. IO-Link ist ein offener Standard. Als serielle Punkt-zu-Punkt Verbindung kann IO-Link klassische analoge Schnittstellen wie 0 bis 10 V oder 4 bis 20 mA ersetzen. Das gleiche gilt für serielle Schnittstellen wie z.B. RS232 oder RS422. Benötigt wird dazu nur ein 3-poliges, ungeschirmtes Standardkabel. Somit lassen sich die Varianz der Eingabebaugruppen und die Anzahl der Eingänge reduzieren.

Bildergalerie

Diese Schnittstellen werden hauptsächlich bei Sensoren im mittleren Leistungsspektrum eingesetzt, beispielsweise bei optischen Sensoren oder bei Ultraschallsensoren („Messen statt Tasten“ ist hier das Schlagwort.).

Diese Sensoren bieten dem Anwender eine Fülle von Informationen über einen Prozess. Es stehen Messwerte, Parametrierdaten, Serviceinformationen und auch ein digitales Schaltsignal zur Verfügung. Eine Voraussetzung zur Nutzung ist allerdings, dass alle diese Möglichkeiten preisgünstig, sicher und schnell in der Steuerung zur Verfügung stehen.

IO-Link ist funktional die ideale Schnittstelle für diese Klasse der Sensoren. IO-Link ist ein offener Standard, IO-Link wird von namhaften Steuerungsherstellern unterstützt und ist voll abwärtskompatibel zu den binären Schaltausgängen. Eine Migration auf IO-Link wird dem Anwender somit leicht gemacht.

Einheitliche Bedienung der IO-Link Geräte mit mehr Komfort

Über Softwaretools werden Installation, Inbetriebnahme und Wartung vereinfacht. IO-Link Geräte werden in den bekannten Parametriertool der Steuerungen eingestellt. Alle Möglichkeiten der Geräte sind in der sogenannten IODD (IO-Devices-Description) beschrieben. Diese IODD wird von der Parametriersoftware gelesen und je nach System entsprechend grafisch aufbereitet.

Für die Abbildung der Prozessdaten innerhalb einer Steuerung steht das „Smart-Sensor-Profil“ zur Verfügung. Sensoren, die es benutzen bilden die wichtigsten Prozessdaten in der Steuerung einheitlich ab. Somit wird eine Kompatibilität einzelner Sensoren untereinander erreicht.

Minimierte Stillstandszeiten durch intelligente Parameterverwaltung

Sensoren sind oft nur schwer zugänglich, da sie in den Maschinen eingebaut sind. Das macht eine Inbetriebnahme oder Wartung sehr aufwändig, wenn Sensoren nur einzeln und vor Ort parametriert werden können. Dabei werden oft gleiche Einstellungen in einer ganzen Gruppe von Sensoren verwendet.

Bei Sensoren mit IO-Link kann die Steuerung auf alle internen Parameter zugreifen. Ganz egal, wie und wo das Gerät eingestellt wurde, zum Beispiel über Teach-in. Ganze Parametersätze lassen sich aus dem Gerät lesen und in der Steuerung ablegen. Bei Bedarf werden sie dann wieder in einen oder mehrere Sensoren zurückgeschrieben. Damit sind jetzt Parameter in ganze Sensorgruppen kopierbar. Das ermöglicht außerdem etwa einen schnellen und automatisierbaren Rezepturwechsel. Ganze Automatisierungslinien lassen sich innerhalb von Sekunden auf neue Produkte anpassen.

Besonders hilfreich ist das auch bei einem eventuellen notwendigen Gerätetausch. Es geht kaum Zeit verloren. Alle Einstellungen des vorherigen Sensors sind gespeichert und somit abrufbereit.

Durchgängige Gerätediagnose bis in die Feldebene

Der IO-Link Sensor ist transparent. Jederzeit ist eine Ferndiagnose möglich. Dazu stehen je nach Steuerung umfassende und standardisierte Diagnosefunktionen zur Verfügung. Diese kanalgenaue Diagnose sorgt für das automatische Melden beispielsweise von Drahtbruch, Kurzschluss oder Sensorausfall. Der Anwender ist immer detailliert über den aktuellen Zustand des Sensors informiert. Die damit mögliche bedarfsorientierte Wartung erhöht die Anlagenverfügbarkeit.

Jedes Gerät ist von der Steuerung aus eindeutig zu identifizieren. So erkennt die Steuerung etwa beim Austausch den Anschluss eines falschen Sensors. Eine Lokalisierungsfunktion, wie sie zum Beispiel bei Sensoren von Pepperl+Fuchs eingebaut ist, beschleunigt die Wartung. Nach Aufforderung durch die Steuerung blinken die LEDs des Sensors in einem charakteristischen Muster. Jetzt kann der Sensor leicht gefunden werden.

Erhöhte Flexibilität in der Anwendung

Der IO-Link Sensor bietet einem Anwender mehr Möglichkeiten: Er kann zu jedem Zeitpunkt über die Prozessdaten-Verwendung frei entscheiden. Dazu gibt es zwei grundlegende Funktionsmodi: Den COM-Modus und den SIO-Modus.

• Im COM-Modus (COMmunication mode) werden zyklisch die Prozessdaten übertragen. Sie bestehen z.B. bei einem Ultraschallsensor der Baureihe UMC von Pepperl+Fuchs aus den Schaltsignalen und dem gemessenen Entfernungswert. (in Summe 16 Bit) Die Auswertung erfolgt danach in der SPS.

• Im SIO-Modus (Standard IO mode) verhält sich der Sensor wie ein „ganz normaler“ digitaler Sensor. Auch der Steuerungseingang entspricht einem digitalen Eingang. Jetzt ist das System 100 Prozent kompatibel zu den bestehenden Systemen. Das Besondere an diesem Modus ist, dass der Sensor nach dem Einschalten von der Steuerung in den IO-Link Modus (COM-Modus) gebracht werden kann. Jetzt lassen sich Parameterdaten lesen oder schreiben. Ist das abgeschlossen, geht der Sensor wieder in den binären Betrieb über.

Die Auswertung erfolgt – wie gehabt – im Sensor und die Steuerung bekommt ein Standard-Schaltsignal geliefert. Die Anlage bleibt abwärtskompatibel zu den herkömmlichen binären Sensoren.

Langfristige Investitionssicherung durch internationale Standardisierung

IO-Link wird in einem Konsortium aus verschiedensten Firmen entwickelt und ist in der Profibus Nutzerorganisation (PNO) verankert. Eine ständig wachsende Anzahl von Mitgliedsfirmen garantiert eine kontinuierliche und effiziente Weiterentwicklung. IO-Link wird als Standard zur Normierung innerhalb der IEC61131-9 eingereicht. Die standardisierte Gerätebeschreibung (IODD) ermöglicht die Einbindung in alle gängigen Steuerungen. IO-Link Sensoren von Pepperl+Fuchs sind somit systemunabhängig einsetzbar.

SPS/IPC/Drives Halle 7A, Stand 338

Klaus Scheibel, Produktmanager Ultraschallsensoren, Pepperl+Fuchs, Werk Amberg

(ID:387235)