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Trends bei IO-Link

Führende Hersteller von Sensorik, Aktuatorik und Steuerungstechnik haben IO-Link gemeinsam entwickelt und arbeiten kontinuierlich an der Weiterentwicklung dieser innovativen Technologie. Dabei liegt der Fokus auf wichtigen Trends der Industrie, um jederzeit die Eignung für den Einsatz im Feld gewährleisten zu können.

Profile

IO-Link Safety

Integration / Open Industry 4.0 Alliance

IO-Link Wireless

Profile

Die SPS kann jederzeit online über profilspezifische Funktionsblöcke auf die Prozesswerte unterschiedlicher IO-Link-Devices verschiedener Hersteller zugreifen, da aufgrund der „Kommunikations-Spezifikation“ und der im Sensor hinterlegten Profilparameter diese Daten einheitlich bereitgestellt werden. Auch die eventuell verschiedenen Auflösungen von unterschiedlichen Sensoren werden der Steuerung identisch dargestellt.

Durch die vereinheitlichten Systemeigenschaften kann auf Prozess-, Identifizierungs- und Diagnose-Daten unabhängig vom Gerät einheitlich zugegriffen werden. Dadurch gestaltet sich die Integration in das Steuerungsprogramm für den Anwender deutlich einfacher und auch schneller.

Die Diagnosedaten, Konfigurationen und Funktionen verschiedener Geräte können mit IO-Link standardisiert und einheitlich bereitgestellt werden. Für den Zugriff auf diese Daten werden einheitliche Bausteine in der Steuerung verwendet werden. Von der Parametrierung bis hin zur Auswertung der Prozesswerte wird dem Anwender dadurch Aufwand reduziert.

Darüber hinaus können, falls benötigt Herstellerspezifische Diagnosen, Erweiterungen und Funktionen implementiert werden, um Innovationen voranzutreiben. Dies bewirkt jedoch, dass die Devices verschiedener Hersteller nicht mehr vergleichbar und universell einsetzbar sind, wie bei der Standardnutzung.

IO-Link Safety

IO-Link hat sich über die Jahre als Sensor-/Aktor-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-Aktor- 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-Domäne.

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 die 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.

Integration / Open Alliance 4.0

Um eine nahtlose Integration von IO-Link Daten mittels Gateways z. B. in Feldbusse wie PROFINET oder EtherNet/IP realisieren zu können, werden Austauschformate zwischen IO-Link und überlagerten Protokollen und Systemen definiert und weiter standardisiert. Darunter fallen wichtige Austauschformate, wie z. B. OPC UA oder JSON um eine Anbindung an IT-Systeme ermöglichen zu können. Zu diesem Zweck arbeiten führende Hersteller in der "Open Industry 4.0 Alliance" zusammen, um den Fortschritt möglichst effizient voranzutreiben, sodass die Produkte verschiedener Hersteller miteinander kompatibel und einfacher zu bedienen sind.

Die von der IO-Link Community definierten Spezifikationen zur einheitlichen standardisierten Datendurchgängigkeit von der untersten IO-Link-Feldebene bis zu cloudbasierten Diensten der IT-Welt, ergaben ein JSON basiertes Austauschformat. Dieses umfasst sowohl die Definition einer API und REST-Schnittstelle, als auch den Datentransport über MQTT. Dazu beinhaltet sie sowohl das Datenmapping, das Systemverhalten sowie semantische Definitionen.

Für den nahtlosen Datentransport in die IT- Welt hat sich JSON (Java Script Object Notation) als sehr schlankes und über alle Systemgrenzen hinweg nutzbares Austauschformat etabliert. Durch eine zusätzliche Festlegung der Semantik wird auch eine einfache Interpretierbarkeit der Daten ermöglicht. Somit wird eine nahtlose Anbindung der IO-Link-Ebene an MES/ERP-Systeme, cloudbasierte Dienste oder generell an Applikationen außerhalb der klassischen SPS-Automation über den sogenannten "Y-Weg" ermöglicht.

Im "Industriellen Internet der Dinge" (IIoT) nehmen Anlagen und Maschinen Kontakt miteinander auf. Jede Maschine kann in der Cloud in einer virtuellen Fabrik von einem digitalen Zwilling repräsentiert werden. Selbst, wenn diese durch eigene Steuerungssysteme nicht die gleiche Sprache sprechen, stellen wir die Verbindung zur virtuellen Fabrik her. Mit dem Ziel, aus Daten Informationen zu gewinnen. Diese geben effizient verwertbare Auskunft über den Zustand der Maschinen, über Wartungsbedarf, über Potentiale zur Produktivitätssteigerung, über Möglichkeiten, Energie zu sparen und Vieles mehr.

IO-Link Wireless

Einer der wesentlichen Erfolgsfaktoren von IO-Link ist die einfache Verdrahtung, intelligenter, Sensoren und Aktuatoren. Aktuell wird dies über Standard-Sensorleitungen gelöst. 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.
 

Anwendungsgebiete

  • 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 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 5-mal so viele 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. Die ifm blickt nun auf über 50 Jahre Erfahrung in ebendiesem Bereich der Fabrikautomation zurück.