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IO-Link

Spezifikationen für die offene, feldbusunabhängige Kommunikationsschnittstelle für Sensoren und Aktoren

| Redakteur: Gerd Kucera

Die PROFIBUS Nutzerorganisation e.V. (PNO) hat die Physical-Layer- und Protokoll-Spezifikation für IO-Link jetzt veröffentlicht. Damit ist die offene dialogfähige und feldbusunabhängige Kommunikationsschnittstelle für Sensoren und Aktoren zum Einsatz in der Fertigungsautomatisierung spezifiziert.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Betrachtet man den Signalaustausch zwischen E/A-Ebene und der überwiegend binären Sensorik/Aktorik in Fertigungsanlagen, dann findet man hier noch in der Regel das bekannte 0/24-V-Schaltsignal. Diese Datenverbindung blieb seit Jahrzehnten unverändert - trotz allen technischen Fortschritts in der Automation. Mit der jetzt veröffentlichten Physical-Layer- und Protokoll-Spezifikation durch die PNO (PROFIBUS Nutzerorganisation) ist die offene und feldbusunabhängige Kommunikationsschnittstelle IO-Link bereit für neue Möglichkeiten und Anwendungen in der Automatisierung. Dazu begnügt sie sich mit einem simplen 3-adrigen Standardkabel und macht aus der bewährten Punkt-zu-Punkt-Verbindung einen dialogfähigen Kommunikationskanal. Der kann Steuerungen unterschiedlicher Leistung bedienen und Parameter- sowie Diagnosedaten übertragen.

Fassettenreiche Vorteile für Maschinenbauer und Automatisierer

Edgar Küster, PROFIBUS Nutzerorganisation: „Bereits heute wird eine Integration von IO-Link in Profibus und Profinet unterstützt.“ (Archiv: Vogel Business Media)

Anwender können mehrkanalige binäre Sensoren oder etwa Module mit Ein- und Ausgängen viel einfacher als bisher anschließen und auch digitalisierte Analogwerte austauschen. Der Installationsprozess ist dazu weiterhin so einfach wie der Anschluss eines binären Sensors, verspricht das Konsortium. Nicht eine aufwändige Verkabelung, sondern ein simples 3-adriges Standardkabel verbindet das Feldgerät mit der IO-Link-Box. Neue Möglichkeiten der Diagnose und Parametrierung soll es geben und nicht zuletzt könne das IO-Link-Konzept Stillstandszeiten von Maschinen reduzieren.

Prof. Dr. Klaus Bender, Kongress-Komitee-Vorsitzender SPS/IPC/DRIVES: „Im Rahmen des Kongresses der kommenden Herbstmesse SPS/IPC/DRIVES wird es eine Trendsession IO-Link geben. Es ist eine Kombination aus Kurzvorträgen zur Technik mit gemeinsamer Diskussion der Hörer und den Vortragenden.“ (Archiv: Vogel Business Media)

Wie einfach IO-Link die Integration entsprechender Sensoren und Aktoren in ein Automatisierungsumfeld macht, haben viele Hersteller erkannt und in der Zwischenzeit zahlreiche Produktimplementierungen gestartet, bzw. die für Produktentwicklungen notwendigen Entscheidungsprozesse in Gang gesetzt. Erste serienreife Komponenten und Geräte wurden bereits auf der vergangenen Hannover Messe vorgestellt.

Respektables Produktsortiment für IO-Link seit Hannover-Messe

Das präsentierte Produktspektrum reicht vom einfachen Sensor mit vorrangig binärem Informationsgehalt über den Messwertgeber bis hin zu multifunktionalen Devices, die verschiedene zusammenhängende Prozesswerte abbilden oder so genannte Funktionsinseln, die Aktoren mit den zugehörigen Rückmeldesignalen als Einheit darstellen.

„Neben der Spezifikation der rein physikalischen Ebene wird derzeit verstärkt an einer offenen Systemintegration sowie der Erstellung von IO-Link-Profilen gearbeitet“, konstatiert Edgar Küster, Vorstandsvorsitzender der PROFIBUS Nutzerorganisation, „die Festlegung von IO-Link-Profilen ermöglicht die Austauschbarkeit von Sensoren/Aktoren des gleichen Typs an einem Automatisierungssystem und lässt gleichzeitig Raum für herstellerspezifische Funktionalität.“

Perfektes Zusammenspiel von Geräten unterschiedlicher Hersteller

Der im Starterkit von MESCO Systems enthaltene IO-Link-Monitor dient zur Analyse der Kommunikation, Telegramme, Zykluszeit und der rahmenspezifischen Eigenschaften einer IO-Link-Kommunikation zwischen Master und Slave (Archiv: Vogel Business Media)

Die Integration von IO-Link in Profibus und Profinet wird hochprior vorangerieben, sodass eine komfortable Projektierung und Inbetriebnahme in der gesamten Tiefe der herstellerspezifischen Funktionen möglich ist.

Küster: „Kalibrierungen lassen sich ebenso durchführen wie Detaildiagnosen. Das Zusammenspiel von Geräten unterschiedlicher Hersteller wurde auf der letzten Hannover Messe auf dem PNO-Stand bereits eindrucksvoll demonstriert. Die derzeit in Arbeit befindlichen Festlegungen im Bereich Integration haben zum Ziel, mittels einer einfachen Gerätebeschreibung für Sensoren und Aktoren die Integration in ein Konfigurationssystem einer Steuerung zu ermöglichen.“ Mit der Festlegung der Integration ist die standardisierte Abbildung auf die darüber liegenden Kommunikationssysteme (Feldbusse oder ethernetbasierte Systeme) gegeben.

In der PNO arbeiten inzwischen 26 Mitglieder an dem Thema IO-Link. Neben allen namhaften Sensorproduzenten gehören dazu auch relevante Hersteller von E/A-Baugruppen und Automatisierungssystemen. Unlängst sind die ersten Halbleiterhersteller in den Kreis eingetreten, um an der Spezifikation von integrierten Schnittstellen mitzuwirken. Damit dürfte die Basis für eine kostengünstige Implementierung von IO-Link in Produkte gelegt worden sein.

IO-Link Master für Profinet und Profibus

Auf der SPS/IPC/DRIVES im vergangenen Herbst präsentierte beispielsweise Balluf neben einer Reihe von IO-Link-fähigen Sensoren auch eine Masteranschaltung für den Profibus und für Profinet. Die Anschaltbaugruppe genüge dabei härtesten Anforderungen aus dem industriellen Umfeld. Das Zinkdruckgussgehäuse mit Oberflächenveredelung ist voll vergossen und erfüllt damit Anforderungen, die deutlich besser als IP 67 sind.

Dem Anwender stehen insgesamt vier IO-Link-Ports zur Verfügung, die neben dem geforderten Standard-IO-Modus (SIO-Mode) die IO-Link-Kommunikation mit 4,8 kBaud und 230 kBaud ermöglichen. Dabei agieren alle vier Kanäle unabhängig voneinander.

Zusätzlich kann der Anwender vier weitere, doppelt belegte Ports nutzen, die bis zu acht Standardsensoren einlesen. Aber auch antivalente Sensoren oder DESINA-Sensoren mit separater Diagnose sind an diese Ports anschließbar.

Ein IO-Link-Starterkit unterstützt die ersten Schritte

Der im Starterkit von MESCO Systems enthaltene IO-Link-Monitor dient zur Analyse der Kommunikation, Telegramme, Zykluszeit und der rahmenspezifischen Eigenschaften einer IO-Link-Kommunikation zwischen Master und Slave (Archiv: Vogel Business Media)

Den Einstieg in die IO-Link-Technik unterstützt etwa das IO-Link-Starterkit von MESCO. Es ermöglicht eine Slave-Implementierung streng nach der IO-Link-Spezifikation. Durch den modularen Aufbau lässt es sich leicht an spezifische Anforderungen anpassen. Das Starterkit gibt es als Basisversion und mit verschiedenen optionalen Ausbaustufen, je nach Funktionsumfang des Slaves.

Der im Starterkit enthaltene IO-Link-Monitor dient zur Analyse der Kommunikation, Telegramme, Zykluszeit und der rahmenspezifischen Eigenschaften einer IO-Link-Kommunikation zwischen Master und Slave. Die Kommunikation lässt sich dadurch gegen vorhandene Standards und Spezifikationen überprüfen. Der IO-Link-Monitor ist auch einzeln erhältlich.

Eine Diangnostic-Box erweitert das Starterkit

Die IO-Link-Diagnostic-Box erweitert das IO-Link-Starterkit mit dem Lesen und Schreiben von Parametern im Feld eingesetzter Slaves (Archiv: Vogel Business Media)

Die IO-Link-Diagnostic-Box erweitert das IO-Link-Starterkit mit dem Lesen und Schreiben von Parametern im Feld eingesetzter Slaves. Durch seine Funktion als IO-Link-Master ist die Überprüfung von Baudrate, Modus, Parametern, Betriebszustand und Störung jederzeit möglich.

Alle Komponenten unterstützen die Physik 2 (3-Leiter-System), alle Baudraten (4,8/38,4/ 230,4 kBaud) und sämtliche Datenprotokolle der IO-Link-Spezifikation. Beim Starterkit Master ist der Anschluss eines Feldbus-Gateways per UART optional vorgesehen und die Unterstützung einer PC-Kommunikation über USB im Stack integriert. Die IO-Link-Diagnostic-Box lässt sich als Handheld wahlweise im Akku- oder Netzbetrieb betreiben. Zustandsdaten, Standardparameter und Fehlermeldungen der Slaves werden über LED und LCD visualisiert, sind editierbar und können geschrieben werden (nicht Read-Only-Parameter).

IO-Link: Firmen, Fakten und Funktionen

Im Sommer 2005 fanden sich 14 Gründungsmitglieder zum IO-Link-Konsortium zusammen. Es sollte eine neuartige Schnittstelle für binäre Sensoren und Aktoren der elektrischen Automatisieung in der Fertigungsindustrie spezifiziert werden. Heute hat das Konsortium bereits 26 Mitglieder: Beckhoff, Phoenix Contact, MESCO, ifm electronic, SENSOPART, PEPPERL+FUCHS, SICK, TURCK, Schneider Electric, BALLUFF, Bernstein, Leuze electronic, FESTO, SIEMENS, wenglor, LÜTZE, MURR Elektronik, hilscher, CONTRINEX, Baumer electric, B&R, WAGO, GEMÜ, HYDAC ELECTRONIC, TMG und STMicroelectronics. Die notwendigen Spezifikationen sind von der PNO (Profibus Nutzerorganisation) veröffentlicht und damit freigegeben worden.

IO-Link integriert konventionelle und intelligente Aktoren und Sensoren in Automatisierungssysteme; der gemischte Betrieb von herkömmlichen und intelligenten Geräten ist laut PNO ohne Mehraufwand möglich. IO-Link nutzt dabei vorhandene Kommunikationssysteme (Feldbusse oder ethernetbasierte 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. Typische intelligente Aktoren/Sensoren sind etwa Ventilinseln, Motorstarter, optische Sensoren, Lichtgitter, Analogsignale, RFID oder Stellgeräte.

„IO-Link ist ein Durchbruch in der Sensor/Aktor-Kommunikation“

(Archiv: Vogel Business Media)

Christian Gemke, Mitarbeiter in der Business Unit Automation Systems bei Phoenix Contact in Blomberg, bringt den Nutzen von IO-Link auf den Punkt: „Nach Abschluss der Spezifikation und Feldbus-Abbildung sowie erfolgreicher Interoperabilitäts-Tests belegen erste Pilot-Installationen, dass IO-Link ein Durchbruch in der Sensor/Aktor-Kommunikation ist. Dabei schätzen die Anwender folgende Vorteile: Durch den Wegfall geschirmter Leitungen sowie durch die höhere Präzision der Messwerte vereinfacht sich die Installation bei analogen Messwert-Übertragungen.

Zur Hannover Messe 2007 präsentierte Phoenix Contact den Fieldline-Stand-Alone-IO-Link-Master mit Profibus-Schnittstelle und Schutzart IP 67 (Archiv: Vogel Business Media)

Messende Sensoren oder Aktoren können ihre Werte über IO-Link direkt digital übertragen. Aufgrund der integrierten Diagnose der Übertragungsstrecke sowie der Sensor/Aktor-Funktionalität wird der Anlagenzustand bis in die unterste Feldebene eindeutig dargestellt. Die Diagnosezustände der Geräte stehen dem Netzwerk via IO-Link transparent zur Verfügung. Generische Beschreibungen und FDT/DTM vereinfachen die Parametrierung und Konfiguration der IO-Link-Devices. Dabei ist FDT/DTM eine ideale Plattform für die komfortable Parametrierung vieler Sensoren und Aktoren.

Die Technik löst die Parameterhaltung oder Reparametrierung im Austauschfall ab. Diese Vorteile führen aufgrund einer besseren Integration von Sensoren und Aktoren sowie der Verfügbarkeit zusätzlicher Informationen zu einer Produktivitätssteigerung der Maschinen und Anlagen. Im Dialog mit den Kunden entwickeln sich darüber hinaus innovative Produktideen.“

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