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Effiziente Anlagenkonzepte mit IO-Link

01 Bei der automatisierten Montagelinie sprechen über 1.000 verbaute Sensoren sowie der weitverzweigte, modulare Aufbau für den Einsatz von IO-Link. Hier sammeln Sensorhubs von Balluff mit jeweils acht Steckplätzen am Ort des Geschehens die Sensordaten ein

02 Dank IO-Link können an einer CNC-Drallräummaschine Temperaturwerte und Drücke zentral am Bedienfeld völlig unverfälscht von externen Störquellen visualisiert werden

03 Wo sonst überbordende Klemmenkästen im Einsatz waren, sammeln bei einer Schleifmaschine die IO-Link-Sensor-/Aktorhubs BNI mit acht Steckplätzen und konfigurierbaren Ein- und Ausgängen übersichtlich die Daten der induktiven Sensoren ein

Automatisierte Fertigungsanlagen werden immer anspruchsvoller: Neben den hohen Anforderungen an Produktivität und Zuverlässigkeit sind zunehmend transparente Installations- und Bedienkonzepte gefragt. Als herstellerübergreifender Standard für einfache Verkabelungs- und Kommunikationslösungen setzt sich IO-Link im Maschinen- und Anlagenbau immer mehr durch. Das zeit-, material- und platzsparende Konzept in Verbindung mit der kundenspezifischen Parametrierungs- und Diagnoselösung kommt an. Am Ende stehen produktive, flexible und kostensenkende Fertigungsanlagen.

Die bidirektionale und nach der Norm IEC 61131-9 standardisierte digitale IO-Schnittstelle kommuniziert unterhalb der Bussysteme mit IO-Link-fähigen Sensoren und Aktoren der Prozessebene. Im Kern genügen ein IO-Link- Master, der die Verbindung zum Automatisierungssystem herstellt, sowie einfache Drei- oder Fünfdraht-Standardleitungen, gleichgültig welche Art von Daten und Signalen zu übertragen sind. Die simple Punkt-zu-Punkt-Verbindung macht den letzten Meter zum Prozess dialogfähig, ohne dass Spezialleitungen und Steckkarten erforderlich sind. Damit lassen sich neuartige und betreiberfreundliche Anlagenkonzepte realisieren. Als Bestandteil eines Peripheriesystems kommuniziert der IO-Link-Master, der im Schaltschrank oder als Remote-IO direkt im Feld installiert werden kann, über verschiedene Feld- oder produktspezifische Rückwandbusse.

Zusatzinformationen ohne Feldbusschnittstelle
Wo früher einfach schaltende Sensoren genügten, verlangen anspruchsvolle Automatisierungsaufgaben heute Intelligenz vor Ort: Geräte müssen vielerorts mit mehr als nur einfachen Schaltaufgaben umgehen, zum Beispiel Temperaturen und Füllstände erfassen sowie übertragen und automatisch Diagnosemeldungen oder Zustandsinformationen übermitteln. IO-Link erlaubt die verlustfreie Übertragung von Messwerten, ohne den Sensor mit einem aufwendigen Feldbusinterface aufrüsten zu müssen. Der Markt bietet inzwischen eine Vielzahl ausgereifter IO-Link-Produkte wie Sensoren und Aktoren, RFID-Reader, Ventile, Motorstarter, Signallampen sowie IO-Module unterschiedlichster Hersteller, die untereinander kompatibel sind. Diese bieten einen breiten mit konventionellen Devices nicht vergleichbaren Funktionsumfang für nahezu jede Anforderung. Dahingegen ist die Installation so einfach wie bei einem gewöhnlichen Standardanschluss. Der feldbusunabhängige, herstellerübergreifende Kommunikationsstandard IO-Link ist über eine entsprechende Schnittstelle in jeden existierenden Feldbus integrierbar. Dem Verbund haben sich inzwischen mehr als 60 Unternehmen unterschiedlicher Art und Größe angeschlossen. Alle verfolgen das Ziel, IO-Link als nachhaltige Technologie zu einem „common standard“ zu entwickeln. Gemeinsam treiben sie die Entwicklung und Vermarktung entsprechender Produkte voran. Die Arbeit des IO-Link-Konsortiums erfolgt als Technical Committee und ist in Deutschland innerhalb der Profibus Nutzerorganisation e. V." organisiert.

Vereinfachte Installation
Über den Lebenszyklus einer Maschine hinweg bietet IO-Link vielfältige Vorteile: Als herstellerübergreifender Standard ist die innovative Schnittstelle in allen gängigen Feldbus- und Automatisierungssystemen verfügbar. Bereits in der Konstruktionsphase führt die neue Technologie zu effizienteren Anlagenkonzepten mit geringerem Footprint. IO-Link braucht weniger Platz inner- und außerhalb des Schaltschranks. Zudem senkt die Reduzierung auf wenige Typen die Kosten bei der Lagerhaltung. Die einheitliche und übersichtliche Verdrahtung reduziert die Schnittstellenvielfalt bei Sensoren sowie Aktoren drastisch und beschleunigt die Installations- und die Inbetriebnahmephase. Im Feld installierte Sensoren, Aktoren sowie einzelne Anlagenmodule werden ausschließlich über Sensor-Standardleitungen mit M12-Stecker verbunden. Aufwendige Verdrahtung und Eigenkonfektionen gehören der Vergangenheit an, sodass entsprechende Fehlerquellen entfallen. Der digitale Kommunikationsstandard trägt entscheidend dazu bei, dass Anlagen beim Kunden schneller in Betrieb gehen.

Flexible Parametrierungs- und Diagnosekonzepte
IO-Link gestaltet die Parametrierung schnell, einfach und flexibel. Entscheidet sich der Maschinenbauer für eine Parametrierung über Funktionsbausteine, funktioniert das Herunterladen der vorab auf der zentralen Steuerungsebene hinterlegten Parametersätze in Sekundenschnelle. Die Vorteile beim Kommissionieren einer neuen Maschine liegen auf der Hand: die komplette Maschine ist in kürzester Zeit fehlerfrei durchparametriert. Im Servicefall lässt sich das Tauschgerät über die Funktionsbausteine rasch identifizieren und automatisch nachparametrieren. Ein entscheidender Vorteil für den Maschinenbetreiber ist, dass sich der Austausch doch lediglich auf den mechanischen Wechsel des Sensors reduziert. Für die Parametrierung sorgt das System. IO-Link erleichtert so Wartungs- und Reparaturaufgaben.

Durchblick bis in die Prozessebene
Doch auch bei einer manuellen Parametrierung gestaltet IO-Link die Dinge einfacher: Jedes IO-Link-Device verfügt über eine IODD-Datei (IO Device Description). Diese stellt sicher, dass der Anwender über das Engineering- System des Steuerungsherstellers den Durchblick und die Pflegemöglichkeit bis auf die Prozessebene erhält, auf Parameter, Diagnoseinformation und Prozessdaten des IO-Link- Sensors oder -Aktors. Muss im Fall der Fälle ein parametriertes IO-Link-Device getauscht werden, übernimmt der IO-Link-Master die automatische Reparametrierung des Devices (sogenannte Datenhaltung), sofern diese Funktion erwünscht und im Master auf „enable“ gesetzt wurde. IO-Link schafft so den Durchblick bis an den Ort des Geschehens: Selbst vom kleinsten Sensor oder Aktor stehen nun Prozess-, Diagnosedaten und Geräteinformationen zur Verfügung. So sind maßgeschneiderte Diagnosekonzepte realisierbar und der Anlagenbediener kann Änderungen von Sensor- oder Aktorparametern bequem von der Steuerungsebene oder vom Bedienpanel aus vornehmen.

IO-Link im Praxiseinsatz
Inzwischen kommt IO-Link in zahlreichen Branchen und Maschinen zum Einsatz. Insbesondere bei verzweigten, modular aufgebauten Anlagen kann IO-Link seine Vorzüge ausspielen. So setzt ein Hersteller automatisierter Montagelinien auf IO-Link, um mehr als 1.000 Sensoren auf einfache Art und Weise in den Griff zu bekommen (Bild 1). Weil lediglich konfektionierte M8-Stecker zum Einsatz kommen, nimmt die Verkablung nur noch einen Bruchteil der zuvor üblichen Zeit in Anspruch. Spezielle Sensorhubs sammeln eine große Zahl einfach schaltender Sensoren im Feld und binden diese über IO-Link-Master problemlos in das Automatisierungssystem ein. Der Kunde erhält eine klar und übersichtlich aufgebaute Anlage, die weniger Platz in Anspruch nimmt und schneller in Betrieb geht. Doch auch bei kompakten Maschinen rechnet sich IO-Link: Eine Werkzeugmaschine ist mit mehreren Sensoren zur Erfassung von Drücken, Füllständen und Temperaturen ausgestattet (Bild 2).

Die IO-Link-Sensoren identifizieren sich über ihre Device-ID: Das Programm erkennt den Sensor, überprüft die Richtigkeit und parametriert diesen mit dem zugeordneten Parametersatz. Auch hier integriert der Kunde zahlreiche Standardsensoren auf einfache Art und Weise. Um die korrekte Position des aufgespannten Werkstücks, den Ist-Stand von Hydraulik-Ventilen, Zuhaltungen sowie die aktuelle Öltemperatur abzufragen, musste ein Hersteller von Schleifmaschinen früher einen enormen Verkabelungsaufwand betreiben. Wo zuvor überbordende Klemmenkästen das Bild prägten, schafft IO-Link eine neue Verkabelungsordnung (Bild 3). Bei einem Pharmahersteller zieht die Verpackungsanlage sowohl Aluminium- als auch transparente Kunststoff-Tiefziehfolie ein. So trifft ein optischer IO-Link-Sensor die Unterscheidung zwischen Aluminium- und transparenter Kunststofffolie und meldet der Steuerungseinheit selbst Parameter wie den eigenen Verschmutzungsgrad. Maschinen- bzw. Prozessvalidierung findet so bis auf die unterste Ebene statt. IO-Link minimiert Ausfallrisiken wie Stillstandszeiten, steht für verwechslungsfreie schnelle Fehlerdetektierung und erhöht die Vielfalt der auf einer Maschine herstellbaren Produkte. Mit den zugehörigen intuitiv bedienbaren Software-Tools ist das Einstellen einzelner Parameter einfach und ohne großen Aufwand realisierbar. Dank IO-Link ist selbst die Anlagendokumentation rasch und übersichtlich erstellt. Anlagenhersteller profitieren somit nicht nur von der Transparenz und den Installationsvorteilen, sie haben gegenüber ihren Kunden genügend überzeugende Argumente zur Hand, warum Maschinen mit IO-Link an Bord im harten globalen Wettbewerb stets eine Nasenlänge voraus sind. (no)

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Autor:
Wolfgang Zosel ist freier Redakteur für das IO-Link Konsortium. office@prkom.de