IO-Link-Trends

Weltumspannend – herstellerunabhängig – feldbus-übergreifend: Die Anforderungen und die Erwartungen an die IO-Link-Technologie sind hoch und sie sollen künftig bis zur Standardisierung kleinster und maßgeschneiderter Applikationen reichen. Entsprechend hoch ist der Einsatz, den Hersteller betreiben, um den IO-Link-Standard zu einer Schlüsseltechnologie für flexible, sichere und smarte Fertigungskonzepte zu machen.

Das Ziel dabei ist, unterschiedliche IO-Link-Profile zu etablieren, die Vorteile für Endkunden, Systemintegratoren und Gerätehersteller gleichermaßen bringen. Das Ergebnis für alle Akteure ist ein Angebot verschiedener Harmonisierungsstufen von Gerätebeschreibungsdateien (IODDs) zur Steuerung und Diagnostik von Sensoren und Aktuatoren im Feld.

Diese lassen sich in drei Klassen einteilen:

• Herstellerspezifische Ausprägungen mit spezifischen IODDs
• Smart-Device-Profile mit harmonisierten IODDs
• Applikationsprofile für bestimmte Anwendungen mit Community IODDs

Dank dieser Harmonisierung lassen sich verschiedene Anforderungen auch für einzelne IO-Link-Devices applikationsbestimmt erfüllen. Das erhöht die Planungssicherheit für die Anwender und reduziert den Integrationsaufwand erheblich. In einer Roadmap hat das IO-Link-Konsortium den Weg bis zu den Applikationsprofilen (AP) beschrieben. Sie sieht für die kommenden Jahre die Veröffentlichung weiterer Smart Device-Profile (SDP) und erster Applikationsprofile vor.

IO-Link hat sich über die Jahre als Sensor-/Aktuator-Kommunikationssystem etabliert. Um auch im Bereich der Sicherheitstechnik von den damit einhergehenden Vorteilen, wie z. B. Einsparungen bei der Verdrahtung, konventioneller Ein- und Ausgangskarten sowie die Abfrage analoger Messwerte für die Zustandsüberwachung zu profitieren, steht nun IO-Link-Safety in den Startlöchern.

Anforderungen

• 5-polige M12-Steckverbinder und einheitliche Softwaretools für die Einbindung unterschiedlicher Devices verschiedener Hersteller
• Ein zentraler FS-Master für Geräte mit unterschiedlichen Signalausgängen
• Kompatibilität zu bisherigen „Standards“ (z. B. OSSD)
• Automatische Überprüfung der gespeicherten Parameter, Authentizität und I/O-Datenstruktur bei Port-Hochlauf
• Zeitliche Abstimmung der FS-Master und FS-Devices, entsprechend der Dauer der Selbsttests
• Automatische Übernahme von Parametern beim Austausch defekter FS-Devices

Die Devices werden an den IO-Link-Safety-Master (FS-Master) geschlossen. Durch eine einheitliche Sensor-Aktuator-Schnittstelle (M12/5-polig) können Devices unterschiedlicher Hersteller einfach eingebunden werden. Zur Inbetriebnahme wird zukünftig ein universelles Softwaretool verwendet, um spezielle Gateways bei der Einbindung von Devices reduzieren zu können. Durch die Verwendung eines kompakten FS-Masters kann auf die vielen Auswertekarten (Ein- und Ausgangskarten) verzichtet werden. Das sorgt für einen reduzierten Verdrahtungsaufwand und eine einfache Analogwertverarbeitung. Die Kommunikation zu der FS-SPS erfolgt über die jeweilige FSCP-Domain.

Im Kompatibilitätsmodus stehen wie bisher zwei getrennte OSSD-Kanäle zur Verfügung. Es kann zwischen verschiedenen Modi gewählt werden. So kann ein Sensor zur einfachen Inbetriebnahme über IO-Link parametriert und anschließend im OSSD-Modus zur zuverlässigen Signalisierung sicherheitsrelevanter Ereignisse betrieben werden.

Um direkt nach dem Einschalten für einen sicheren Betrieb zu garantieren, werden die FS-Devices während des Port-Hochlaufs automatisch durch den FS-Master angewiesen, die gespeicherten Parameter, FSCPs, Portnummern und die I/O-Datenstruktur zu überprüfen. IO-Link verzögert die Einsatzbereitschaft der FS-Master entsprechend der Dauer dieser Selbsttests, um die resultierende verzögerte Bereitschaft der FS-Devices zu kompensieren.

Alternative Safety-Produkte von ifm mit IO-Link

Mit dem AL200S hat ifm bereits eine erste Safety-Lösung im IO-Link Umfeld auf den Markt gebracht. Dabei handelt es sich um ein sicheres IO-Modul für PROFIsafe mit sicheren Ein- und Ausgängen. Es ist für den Anschluss von sicheren mechanischen Kontakten und OSSD-Sensoren geeignet.

Einer der wesentlichen Erfolgsfaktoren von IO-Link ist die einfache Verdrahtung intelligenter Sensoren und Aktuatoren mit standardisierten Sensorkabeln. Zukünftig kann sogar darauf verzichtet werden, um den steigenden Anforderung eines schnellen und unkomplizierten Datenaustauschs zwischen immer mehr Teilnehmern gerecht werden zu können. Im Bereich der Automatisierung bilden dafür Mobilfunkstandards wie IO-Link, 5G oder Wifi 6 die Grundbausteine für eine Echtzeit M2M (Machine-to-Machine)-Kommunikation. Die durch ifm mitgegründete IO-Link Technologie bietet die Möglichkeit, unterschiedliche Prozesswerte per Fernzugriff und ohne Wandlungsverluste zur Diagnose und Zustandsüberwachung abzufragen – und das vollkommen steuerungs- und feldbusunabhängig.

IO-Link wird jetzt wireless! Damit wird der Installationsaufwand auf ein Minimum reduziert. Die Echtzeitkommunikation garantiert schnelle Reaktionszeiten, um Prozesswertschwankungen sofort detektieren zu können. Auch der Austausch defekter Komponenten kann ohne aufwendige Verdrahtung in kürzester Zeit erfolgen, um lange Produktionsausfälle zu vermeiden. Zusätzlich werden Stillstandzeiten in Bereichen, in denen Kabel normalerweise schnell verschleißen, wie an AGVs oder Robotern, ausgeschlossen.

Drahtlose Applikationen

• Automatisierung von Prozessen durch z. B. Roboter, Drohnen oder AGVs (hohe Verfügbarkeit bei maximaler Übertragungsgeschwindigkeit und reduzierter Reichweite)
• Zeitunkritische Überwachung z. B. des Füllstands eines Containers für eine intelligente Routenplanung von Müllfahrzeugen (geringes Datenaufkommen und wenig Stromverbrauch bei sehr vielen Teilnehmern und gute Energieeffizienz bei einer hohen Reichweite)
• Diagnose, Parametrierung und Visualisierung von Prozessdaten z.B. für die Abstimmung der Parameter entsprechend des zu erfassenden Materials (hohes Datenaufkommen bei wenigen Teilnehmern und mittelmäßige Übertragungsgeschwindigkeit bei mittlerer bis kleiner Reichweite)

Das Ziel besteht darin, dass gegenüber Standard-Kabelverbindungen bis zu fünfmal mehr IO-Link-Devices mit einem Master kommunizieren können und das bei einer Zykluszeit von unter 5 ms. Konkret kann zukünftig ein Master mit bis zu 40 Devices über Funk verbunden werden. Finden z. B. drei Master Platz in einer Funkzelle so können bis zu 120 Devices in einer Zelle miteinander verbunden werden. Es können sowohl zyklische Daten (Prozess-Daten) als auch azyklische Daten (On Request-Daten) übertragen werden. Dabei wird eine Reichweite von bis zu 20 m zwischen Device und Master erreicht.

Alternative Wireless-Technologien von ifm mit IO-Link

Die ifm hat mit den beiden Produkten io-key und Bluetooth-Adapter erste Produkte in diese Richtung auf den Markt gebracht. Über GSM-Mobilfunk- oder Bluetooth-Verbindung können Sie so bereits heute drahtlos auf Prozesswerte Ihrer Applikationen zugreifen. Wireless Konzepte sind vor allem in prozess- und zeitkritischen Anwendungen, wie denen in der Automatisierung, entscheidend, bei denen viele Teilnehmer und nahezu in Echtzeit miteinander kommunizieren. ifm blickt nun auf über 50 Jahre Erfahrung in ebendiesem Bereich der Fabrikautomation zurück.