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IO-Link: Enabler für Industrie 4.0

Die Anzahl der installierten IO-Link-Knoten wächst sehr schnell und hat im April die 8-Mio.-Marke geknackt

Die Anzahl der installierten IO-Link-Knoten wächst sehr schnell und hat im April die 8-Mio.-Marke geknackt

Reinhard Schlagenhaufer leitet das Steering Committee des IO-Link-Konsortiums

Reinhard Schlagenhaufer leitet das Steering Committee des IO-Link-Konsortiums

Frank Moritz verantwortet im IO-Link-Konsortium die Technologie-Entwicklung

Frank Moritz verantwortet im IO-Link-Konsortium die Technologie-Entwicklung

Die feldbusneutrale Punkt-zu-Punkt-Kommunikation IO-Link hat sich in kurzer Zeit am Markt etabliert. Als Enabler für Industrie 4.0 streckt die Technologie ihre Fühler in immer mehr Richtungen aus, darunter Safety, Wireless, OPC UA und JSON. Über aktuelle Trends sprach die etz-Redaktion mit Reinhard Schlagenhaufer, Leiter des Steering Committees IO-Link, und Frank Moritz, verantwortlich für die Technologie-Entwicklung.

Die Entwicklung von IO-Link war ziemlich rasant. Was sagen die aktuellen Zahlen?
R. Schlagenhaufer: Die IO-Link Community hat insbesondere in den vergangenen beiden Jahren einen signifikanten Anstieg verzeichnet, sowohl bei den Mitgliederzahlen, als auch bei der Anzahl der Knoten. Beides wird jährlich von einem Notar erhoben. So erhöhten sich die Mitgliederzahlen in 2016 um 23 % und in 2017 um 29 % zum jeweiligen Vorjahr. Im April lag die Zahl der Mitglieder bei 194, aber es kommen eigentlich fast wöchentlich neue Mitglieder dazu, die sich engagieren. Das zeigt uns, dass wir als Community die richtigen Themen vorantreiben. Viele Firmen wollen partizipieren und die Weiterentwicklung mitgestalten.
Interessant sind jedoch nicht nur die absoluten Zahlen der Knoten – die lag Anfang April bei mehr als acht Millionen – , sondern auch die Beschleunigung. Anfang 2016 hatte man die Gesamtzahl der Knoten um 47 % gesteigert, in 2017 konnte man eine Steigerung von 52 % verzeichnen. Das ist sicher ein deutliches Zeichen, dass die Technologie im Markt angekommen ist und die Vorteile erkannt und genutzt werden.
Nachdem es mit der Veröffentlichung von IO-Link Safety etwas länger gedauert hat als gedacht: Wie ist das Feedback vom Markt?
F. Moritz: Die Spezifikation „IO-Link Safety System Extensions“ wurde im April 2017 freigegeben. Damit werden Lösungen bis zu SIL3 ermöglicht. Diesem war eine erfolgreiche Konzeptprüfung des TÜV vorausgegangen. Dieser Schritt war für die Akzeptanz sehr wichtig – auch wenn die Veröffentlichung dadurch vielleicht etwas länger gedauert hat. Wie IO-Link setzt auch IO-Link Safety auf die Feldbus- und Systemunabhängigkeit. Schließlich ist es für Anlagen- und Maschinenbauer immens wichtig, auf eine standardisierte Installation und Gerätefunktionalität auf der Sensor-/Aktor-Ebene, also der IO-Link-Device-Ebene, zu setzen – unabhängig davon, welches Feldbussystem darüber zum Einsatz kommt.
Von welchen Organisationen wird IO-Link Safety unterstützt bzw. anerkannt?
F. Moritz: Neben dem TÜV Süd führten das IFA (Institut für Arbeitsschutz der deutschen gesetzlichen Unfallversicherung) und die BGHM (Berufsgenossenschaft Holz und Metall) Konzeptprüfungen aus, die alle erfolgreich durchlaufen wurden. Anmerkungen und Änderungsvorschläge wurden bereits vollständig in die Spezifikation integriert.
Wann ist mit ersten Produkten zu rechnen?
F. Moritz: Wir, als Nutzerorganisation, stellen keine eigenen Produkte her. Da sind die Hersteller gefragt. Aber wir haben nun die Voraussetzungen geschaffen, damit Hersteller beginnen können, diese Produkte zu entwickeln. Unsere nächsten Schritte werden die Erarbeitung einer Testspezifikation sowie die Integration in bestehende Feldbussysteme, zum Beispiel Profinet, sein.
Spätestens mit verfügbaren Sicherheitsprodukten wird IO-Link in einigen Anwendungen in Konkurrenz zu AS-i stehen, oder?
R. Schlagenhaufer: Das sehen wir nicht so. IO-Link ist im Gegensatz zu AS-i kein Bussystem, sondern – vergleichbar mit einer USB-Schnittstelle – eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung, die feldbusunabhängig ist. Es stehen sogar entsprechende Lösungen zur Verfügung, um IO-Link in ein AS-Interface-System zu integrieren.
Eine weitere wichtige Variante ist IO-Link Wireless. Wie weit ist die Entwicklung diesbezüglich?
R. Schlagenhaufer: Um das Thema IO-Link Wireless besser thematisch einzuordnen, muss ich hier etwas ausholen. IO-Link wurde entwickelt, sodass man intelligente, komplexe Sensoren und Aktoren mit einer simplen, standardisierten dreiadrigen Sensorleitung verdrahten kann.
Und dies geschah bereits vor den Ideen, die rund um Industrie 4.0 entstanden. Denkt man solche Konzepte zu Ende – also was wir unter dem Stichwort „Big Picture“ verstehen – landet man zwangsläufig bei der Idee, sogar auf diese einfache Verdrahtung im IO-Link-System zu verzichten.
Daher arbeitet die IO-Link Community seit 2016 an der IO-Link-Wireless-Technologie. Mittlerweile ist die Spezifikation „IO-Link Wireless System Extensions“ durch alle internen Reviews der IO-Link Community gelaufen und wurde im März 2018 freigegeben. Sie steht damit allen Geräteherstellern weltweit zur Verfügung.
Und das heißt für die Anwender?
R. Schlagenhaufer: Die Spezifikation ist eine Sache, aber um eine Technologie erfolgreich im Markt zu etablieren, gehört mehr dazu, etwa das Zertifizierungswesen, die Erarbeitung einer Testspezifikation, Angebote, um Entwickler zu unterstützen, etc. Im Augenblick läuft die Entwicklung von Development Kits sowie der Aufbau eines Developer Workshops für IO-Link Wireless. Hier haben wir erste Ergebnisse im Rahmen der Hannover Messe auf dem PI-Stand präsentiert.
Was sind die wesentlichen technischen Spezifikationen von IO-Link Wireless?
F. Moritz: Für den Anwender ist erst einmal entscheidend, dass die IO-Link-Sichtweise einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen dem Master sowie den angeschlossenen Sensoren/Aktoren über eine Stern-Topologie beibehalten wird. Insgesamt lassen sich bis zu 40 Sensoren/Aktoren an einem Master betreiben. Der Master bedient dabei fünf Funk-Übertragungskanäle parallel, mit jeweils bis zu acht verbundenen Devices (dies ergibt 40 Devices je Master). Je Device können 32 Byte Prozessdaten übertragen werden, wobei für die 40 Devices eine Zykluszeit von 5 ms nicht überschritten wird. Die Entfernung zwischen Master und Device kann bis zu 10 m betragen. Alle technischen Details findet man auf unserer Website www.io-link.com.
Welche Funktechnologie kommt hierbei zum Einsatz?
F. Moritz: Die zugrunde liegende Funktechnologie basiert auf der IEEE 802.15.1. Verwendet werden Transceiver für das 2,4-GHz-ISM-Band, das in 80 Funkkanäle mit einem Abstand von 1 MHz unterteilt wird. Auf der physikalischen Ebene besteht also eine gewisse Ähnlichkeit mit Bluetooth. Verschiedene Mechanismen erhöhen die Robustheit und ermöglichen die Koexistenz mit WLAN-Systemen, wodurch insgesamt die, in der Fertigungsautomatisierung erforderliche Verfügbarkeit, erreicht wird. Schließlich soll der Anwender keine signifikanten Unterschiede zur verdrahteten Technik von IO-Link merken.
Sie sehen IO-Link als Enabler von Industrie 4.0. Dafür ist eine Anbindung an andere Technologien erforderlich. Wie ist es um die Integration von IO-Link in OPC UA und JSON bestellt?
F. Moritz: Sensordaten sind der Rohstoff für Produktionsanlagen der Generation Industrie 4.0 und die vielfach diskutierten neuen Geschäftsprozesse. Deshalb ist die Kommunikation „auf dem letzten Meter, also IO-Link“ von maßgeblicher Bedeutung und gehört zu den wichtigen Kommunikationsmechanismen für Industrie 4.0. Diese Meinung teilen im Übrigen viele Experten.
Auch für die IO-Link Community wird dieses Thema daher ein fester Bestandteil unserer weiteren Arbeiten sein. Aus diesem Grund haben wir die Aktivitäten hinsichtlich Mapping auf OPC UA oder JSON vorangetrieben. Bei Letzterem gibt es laufende Spezifikationsarbeiten, mit dem Ziel einer Draft-Spezifikation im ersten Halbjahr 2018.
Was ist der Vorteil für die Anwender?
F. Moritz: Durch einen standardisierten Datenzugriff verringert sich der Integrationsaufwand in verschiedenen Auswertungen. Mit OPC UA werden viele Lösungen deutlich vereinfacht, günstiger und schneller verfügbar. Beispielsweise benötigen Maschinenbauer für die Anbindung ihrer Maschinen an ein Condition Monitoring nicht mehr das Maß an technischem Know-how und produktspezifischen Details verschiedener Hersteller, wie es in der Vergangenheit oft nötig war.
Der IODD-Finder wurde Ende 2016 vorgestellt. Wie ist das Anwenderfeedback?
R. Schlagenhaufer: Über die Gerätebeschreibung (IODD = IO Device Description) kann jedes Engineering-Tool in die Lage versetzt werden, zu Device-spezifischen Eigenschaften, wie Prozessabbild, Parametern oder Diagnosen, die zugehörige Beschreibung in Klartext elektronisch zur Verfügung zu stellen. Damit wird der zentrale Zugriff auf alle IO-Link Devices aus einem Tooling heraus ermöglicht. Und hier sprechen die Zahlen für sich. Wir hatten im März 2018 knapp 3 600 IODD in der Datenbank, die über 6 000 Devices von 63 Firmen repräsentieren. Bis zu diesem Zeitpunkt haben wir fast eine Millionen Downloads registriert. Der IODD-Finder wird im Übrigen nicht nur von den Anwendern positiv aufgenommen, sondern mittlerweile gibt es auch eine Vielzahl an Tools oder Webseiten, die den IODD-Finder direkt angebunden haben.
Bisher gibt es kaum Integrationen in Konstruktionswerkzeuge. Wäre nicht zum Beispiel eine Integration/Kooperation mit „AutomationML“ sinnvoll?
R. Schlagenhaufer: Hier gibt es durchaus erste Kontakte. Aber in der PI-Community hat es sich bewährt, dass wir uns zunächst einmal Use Cases betrachten, also schauen, was unsere Anwender benötigen und danach Schritt für Schritt vorgehen. Dies setzen wir auch bei IO-Link um.
In Deutschland ist IO-Link inzwischen etabliert. Global sieht das noch anders aus. Was wird getan, um IO-Link in anderen Ländern, wie USA und China, bekannter zu machen?
R. Schlagenhaufer: IO-Link ist inzwischen nicht nur in Deutschland, sondern auch weltweit erfolgreich. Dies sieht man nicht nur an den verkauften Produkten und den erreichten Applikationen, sondern auch am steigenden Interesse an den IO-Link-Anwender-Workshops. Diese finden regelmäßig in über 14 Ländern statt, etwa in den USA, Brasilien, Frankreich, Italien, Belgien, Niederlande, Polen, UK, Ungarn, Tschechien, Australien, Japan und Österreich – mit wachsenden Teilnehmerzahlen. Darüber hinaus haben wir sehr positive Erfahrungen mit der Gründung einer IO-Link Marketing Community in Japan gemacht. Basierend darauf wollen wir nun zunächst Schritte in Richtung weiterer Länder unternehmen, etwa China. Sie sehen, die IO-Link-Community wächst weltweit! (no)

Autor:
Dipl.-Ing. (FH) Frank Nolte ist stellv. Chefredakteur beim VDE VERLAG