IO-Link
Wegbereiter der Sensorikzukunft?
Nach wie vor bestehen die meisten Sensoren in der Fertigungstechnik aus einfachen elektromechanischen Schaltern und der Anschluss erfolgt in der Regel über ein Dreileiterkabel für die 24V-Stromversorgung und das Schaltsignal. Die Sensorik hat sich im Laufe der Zeit aber weiterentwickelt und nutzt optische, induktive, kapazitive, transformatorische und andere physikalische Effekte. Hinzu kommen Vorteile bei der Funktionalität. Die klassiche Anschlusstechnik setzt hier jedoch Grenzen und so lag es nahe, den letzten Meter zwischen Sensor und Steuerung oder Busknoten intelligenter zu gestalten. Deswegen wurde IO-Link als weltweit standardisierte Schnittstelle entwickelt, die anders als Feldbussysteme eine unabhängige Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit einem ungeschirmten Industriekabel realisiert. Nach anfänglichen Startschwierigkeiten, verbreitete sich der Einsatz und IO-Link wird als zukunftsweisendes Konzept auf dem Weg zur smarten Fabrik gehandelt. Das Industrial Ethernet Journal hat die Vertreter etablierter Ethernet-Standards für die Fabrik um eine konkrete Einschätzung gebeten.
Stefan Schönegger, EPSG: IO-Link ist ein vielversprechendes Konzept, das in der Praxis jedoch noch wenig verbreitet ist. Es besteht erheblicher Aufklärungsbedarf über den Nutzen und die Möglichkeiten der Technologie. Das ist eine spannende Aufgabe für die Hersteller von IO-Link-Produkten, speziell für die großen Sensorhersteller am Markt.
Peter Lutz, Sercos International: Wir stellen fest, dass sich IO-Link bei Maschinen- und Anlagenbauern wachsender Beliebtheit erfreut. Einfache digitale und analoge E/A-Module oder auch intelligente Sensoren und Aktoren werden dabei über ein auf das Bedürfnis der untersten Automatisierungsebene zugeschnittenes Bussystem oder eine Punkt-zu-Punkt-Schnittstelle vernetzt. Damit ist IO-Link wie im Übrigen auch AS-i als Ergänzung zu den existierenden Echtzeit-Ethernet Protokollen zu sehen.
Jochen Lorenz, PNO: Eine durchgeführte Analyse der installierten Basis ergab, dass Ende 2014 rund 2,2Mio. IO-Link-Knoten im Feld installiert waren. Gegenüber dem Jahr 2013 bedeutet dies nahezu eine Verdopplung. Das zeigt, dass der Standard in der Praxis angekommen ist. Anwender profitieren offensichtlich von umgesetzten Applikationen über alle Branchen von den Vorteilen, zu denen unter anderem eine Vereinfachung der Installation, effizienteres Engineering, automatisierte Parametrierung und die erweiterte Diagnose zählen. @ETH Kastengrund: Welchen Beitrag kann und wird IO-Link zur smarten Fabrik bzw. Industrie 4.0 leisten?
Lutz: Die Umsetzung von Konzepten einer smarten Fabrik bzw. Industrie 4.0 erfordert einen durchgängigen Datenaustausch über alle Fabrikebenen hinweg. Obwohl Industrial Ethernet prinzipiell eine einheitliche Infrastruktur zur Kommunikation über alle Ebenen der Automatisierungspyramide hinweg ermöglicht, ist es aus wirtschaftlichen und auch praktischen Erwägungen nicht sinnvoll, Ethernet für die Vernetzung auf der untersten Ebene der Automatisierungsebene zu verwenden. Hier kommen Technologien wie IO-Link oder AS-i zum Einsatz. Im Zuge einer Smart-Factory-Potenzialanalyse für ihren Kunden KSB identifizierte die Managementberatung NEONEX Opti mierungschancen bei der Beschaffung der Lieferantendokumentation sowie der Erstellung von Unterlagen zur Qualitätsprüfung entlang der Supply-Chain. ‣ weiterlesen
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Lorenz: Ein wesentlicher Bestandteil der digitalen Fabrik ist die Kommunikationsmöglichkeit bis in die unterste Feldebene bis zum Sensor oder Aktuator. Diese Möglichkeit bietet IO-Link schon heute, aber nicht jeder Sensor in der Fabrik wird aufgrund der Kosten- oder Platz-Restriktionen eine Ethernet-Schnittstelle haben können. Die Integration von IO-Link ist aufgrund der niedrigen Implementierungs- und Bauteilkosten auch in preissensitiven oder kompakten möglich. Zudem haben mittlerweile alle bedeutenden Bussysteme IO-Link in ihre Systemumgebung eingebunden und auch die namhaften Steuerungshersteller haben diesen Schritt schon vollzogen. Da eine SPS heute die Möglichkeit bietet, Daten an die ERP-Ebene zu übergeben, ist der Weg von der ERP-Ebene bis in die Sensorebene nicht zuletzt durch IO-Link vorhanden. Aus meiner Sicht wird IO-Link den Einzug von Industrie 4.0 durch seine international genormte, offene und interoperable Architektur unterstützen.
Schönegger: Für die Vernetzung der smarten Fabrik ist eine Kombination aus den Standards OPC UA und Powerlink ideal. OPC UA bietet sich als Kommunikationsprotokoll von der Steuerungsebene bis zu ERP-Systemen an, wohingegen Powerlink den Bereich der harten Echtzeit, zum Beispiel zwischen Steuerungen und E/As oder Steuerungen und Antrieben, abdeckt. Wenn es darum geht, einfachste Sensoren mit einer dezentralen Intelligenz auszustatten, ist IO-Link eine sinnvolle Ergänzung. @ETH Kastengrund: Welche Beachtung findet der Standard IO-Link in der Kommunikationsstrategie der von Ihnen vertretenen Protokolle und im Portfolio Ihrer Mitglieder?
Lutz: Die Anbindung von IO-Link Geräte an überlagerte Automatisierungsbusse oder Standard Ethernet macht den Einsatz von Gateways erforderlich. Um die Integration, den Datenaustausch und die Diagnose zwischen Sercos-Mastern und IO-Link-Geräten einheitlich und herstellerübergreifend zu definieren, hat Sercos International die Abbildung von Sercos auf IO-Link und vice versa spezifiziert. Typischerweise fungiert der Sercos-Slave in diesem Zusammenhang als IO-Master, an den typischerweise vier oder acht IO-Link-Geräte angeschlossen werden können. Hier sind bereits Produkte verschiedener Automatisierungshersteller verfügbar. Einschränkungen gibt es aktuell lediglich bei der Übertragung von sicherheitsgerichteten Daten, da ein sicheres Protokoll für IO-Link noch nicht zur Verfügung steht.
Schönegger: Die EPSG sieht IO-Link als spannende Ergänzung, um intelligente Schnittstellen auch für physikalisch sehr kleine Sensoren anzubieten. Durch die bidirektionale digitale Kommunikationsschnittstelle können Parameterdaten und Diagnoseinformationen auch mit solch kleinen Sensoren ausgetauscht werden. Mit Powerlink und IO-Link lässt sich eine durchgängige Maschinen- und Anlagenkommunikation realisieren – vom einfachsten Sensor bis hin zu High-End-Servoantrieben. Viele unserer Mitglieder bieten die Möglichkeit, Sensoren mittels IO-Link anzubinden. So hat B&R seine Powerlink-Infrastruktur um ein komplettes IO-Link-Portfolio ergänzt – sowohl für den Schaltschrankeinbau als auch für die maschinennahe Nutzung.
Lorenz: Zu Beginn der Standardisierung von IO-Link waren 21 Firmen beteiligt, mittlerweile sind mehr als 100 Firmen Mitglied der IO-Link Community. Die bedeutendsten Steuerungshersteller weltweit haben IO-Link in ihre Systeme integriert, und auch fast alle verbreiteten Feldbussysteme haben IO-Link-Master am Markt verfügbar. Hinzu kommen über 30 Sensoranbieter und rund 20 Hersteller von Aktuatoren. Auch für die stetig wachsende Zahl der Komponentenhersteller bietet die IO-Link-Community Unterstützung an, in Form von ASICs, Software Stacks, Entwicklungs-Plattformen und Service.
