Bij de implementatie van Industrie 4.0 gaat het onder meer om het maken van een digitale silhouet van een installatie waarmee processen kunnen worden geoptimaliseerd. Tal van sensoren, die toch al zijn geïnstalleerd voor de besturing van de machines, zijn de belangrijkste informatiebron. Dankzij de IO-Link-technologie leveren deze sensoren veel meer gegevens dan alleen schakelsignalen of analoge waarden. Starrag Technology GmbH in Bielefeld bouwt werktuigmachines en rust deze op omvangrijke wijze uit met IO-Link-sensoren van ifm electronic.
Het portaalbewerkingscentrum uit de serie FOGS van Starrag Technology GmBH behoort tot de overeenkomstig uitgeruste machines. Deze worden in de machinebouw, in de luchtvaartindustrie of in de automobielindustrie gebruikt, waar ze bijv. voor de productie van persen voor de carrosserieproductie (plaatwerkdelen) worden ingezet. De installatie die in de afbeelding staat, wordt in de luchtvaartindustrie voor de bewerking van landingsgestel onderdelen.
Bij deze complexe werktuigmachines is de bewaking van media (bijv. koel- en smeermiddelen, hydraulica, temperatuurregeling van machines) een centrale taak. Alleen met mediatemperaturen, drukwaarden en doorstroomhoeveelheden die binnen nauwe toleranties liggen, is een optimaal gebruik van gereedschappen in het volautomatische productieproces mogelijk.
IO-Link is een robuuste, digitale interface, gebaseerd op 24V-signaalniveaus, die via een normale sensor bekabeling, als alternatief voor schakelsignalen, een bidirectionele communicatie met de besturing mogelijk maakt. De sensoren versturen via IO-Link digitale meetwaarden en diagnose-informatie naar de IO-Link-master, bijvoorbeeld een I/O-module, gateway of een PLC die uitgerust is met IO-Link-poorten. De sensoren worden daarvoor aangesloten met standaard M12-stekkerverbindingen. Afgeschermde aansluitkabels en daarop aangesloten aardingen zijn overbodig.
Bij Starrag Technology GmbH heeft men gekozen voor de processensoren van ifm electronic. De reden: de sensorspecialist biedt het grootste productportfolio aan processensoren met IO-Link aan.
Een groot voordeel van IO-Link is de mogelijkheid om alle noodzakelijke parametergegevens via de IO-Link-aansluitkabel in de sensor te laden. De sensor parametergegevens (bijv. schakelpunten, schakelhysterese, displaykleur) zijn aan het begin van een inbedrijfstelling eenmalig of tijdens het gebruik afhankelijk van de situatie van de besturing naar een IO-Link-compatibele sensor te versturen. Het voordeel voor de klant: Bij de inbedrijfstellingsfase van een machine kunnen de vooraf geplande sensorparameters snel, ongecompliceerd en veilig naar de sensor worden verzonden. Tijdens het lopende productieproces, bijv. bij kleine batchgroottes, kan met behulp van de IO-Link-techniek waar nodig verschillende parametersets voor verschillende producten individueel in de sensor worden opgeslagen. Bovendien zijn natuurlijk ook procesoptimalisaties tijdens onderhoud op afstand eenvoudig te realiseren via IO-Link vanuit een centrale besturingsruimte. In zijn geheel vormt IO-Link daarmee een sleuteltechnologie voor Industrie 4.0-toepassingen.
Gekoppeld met de besturingsondersteunende sensorparametrering biedt IO-Link vanaf versie 1.1 een geautomatiseerde dubbele dataopslag van de sensorparameters in het apparaat en in de IO-Link-master. Dietmar Wallenstein, hoofd van de afdelingen E-Konstruktion en Inbetriebnahme bij Starrag Technology legt uit: “Een groot voordeel van IO-Link is de geautomatiseerde dataopslag van de sensorgegevens op de achtergrond. Elke sensor (apparaat) verstuurt automatisch zijn parametersettings naar de IO-Link-master waar ze dan als mirror back-up worden opgeslagen. Zodra een sensor vervangen wordt, vindt er een geautomatiseerde datauitwisseling met het nieuwe apparaat plaats. De parametergegevens worden dan via de IO-Link-master automatisch verzonden naar het IO-Link-apparaat. Dat vereenvoudigt de uitwisseling van een sensor aanzienlijk en vermindert bij storingen duidelijk de stilstandtijd bij de machines. Tegelijkertijd betekent dat een enorme werkontlasting voor de service- en onderhoudsmedewerkers.”
Verkeerd geparametreerde sensoren behoren daardoor tot het verleden. Het vervangen van de sensor beperkt zich alleen tot de mechanische montage. De klant kan de vervanging zelf uitvoeren. Het onderhoudspersoneel heeft geen kennis nodig van de sensorparametrering, omdat deze automatisch op de achtergrond plaatsvindt. Servicewerkzaamheden als gevolg van uitval zijn zo aanzienlijk sneller en veiliger te verhelpen. Dat bespaart kosten.
Tot nu toe werden analoge signalen van sensoren via A/D-omvormers gedigitaliseerd en in de PLC geschaald. Dat leidt tot onnauwkeurigheden bij de oorspronkelijke meetwaarde.
IO-Link levert daarentegen de meetwaarden van de sensor digitaal naar de besturing. Een verstoorde overdracht en omrekening van analoge signalen komt daarmee te vervallen. De digitaal verzonden meetwaarden kunnen direct in de besturingseenheid worden weergegeven. Daarbij komt de verzonden waarde altijd exact overeen met de gemeten waarde. Afwijkingen tussen weergave ter plaatse en de waarde die via het analoge signaal naar de PLC is verzonden, treden niet meer op. Ook storende invloeden, bijvoorbeeld door elektromagnetische velden op het analoge signaal, behoren met IO-Link tot het verleden.
Moderne processensoren van ifm leveren in veel gevallen meer dan een meetwaarde. Dietmar Wallenstein hierover: “Vaak verwerkt een sensor meer dan een fysische grootheid. Naast doorstroomhoeveelheid of druk kan zo bijv. ook de temperatuur van het medium via de IO-Link-interface worden uitgelezen. Voorheen moesten we daarvoor twee sensoren gebruiken.” Dat bespaart geld bij hardware, bekabeling en montage, omdat in plaats van twee sensoren nu nog maar een sensor nodig is en zodoende dus ook maar een montagelocatie.
Naast de procesgegevens kan de IO-Link-sensor echter ook diagnosegegevens over de eigen toestand van het apparaat beschikbaar stellen. Voorbeeld: De niveausensor herkent kritische aanhechting en meldt die aan de besturing. Optische sensoren herkennen zelfstandig vervuilingen op de lens en melden dit automatisch. Druksensoren slaan minimale drukdalingen en maximale drukpieken uit het proces op, tellen het aantal onder- en overschrijdingen op. Deze aanvullende functionaliteit geeft de gebruiker op doorslaggevende wijze inzicht voor condition-based onderhoud. Deze uitgebreide toestandsinformatie verlaagt dure stilstandtijden en verhoogd de veiligheid voor het proces.
Met de implementatie van IO-Link biedt het sensorsysteem een aanzienlijke meerwaarde. Dietmar Wallenstein vat de voordelen voor Starrag Technology samen:
“Iedereen praat over Industrie 4.0 en natuurlijk houden wij bij Starrag rekening met deze megatrend. In de machinebouw verstaan we daaronder o.a. de digitale verbetering van de machine. Daarom kiezen wij voor IO-Link. Met betaalbare en robuuste interfaces voorzien de sensoren ons van meer informatie uit het proces, dat we daardoor beter kunnen verwerken en optimaliseren. Dat is een van de grote voordelen van IO-Link en een bijdrage aan de sensorzijde om Industrie 4.0 vooruit te helpen.”