IO-Link is gemeenschappelijk ontwikkeld door toonaangevende fabrikanten op het gebied van sensoren, actuatoren en besturingstechniek en zij werken continu aan de doorontwikkeling van deze innovatieve technologie. Daarbij is de aandacht gericht op belangrijke trends in de industrie, zodat op elk moment de geschiktheid voor het gebruik in het veld is te garanderen.
Inhoud
De PLC heeft via profielspecifieke functieblokken op elk moment online toegang tot de proceswaarden van diverse IO-Link-apparaten van verschillende fabrikanten, omdat op basis van de “communicatiespecificatie” en de profielparameters die in de sensor zijn opgeslagen, op een uniforme wijze beschikbaar zijn. Ook de eventueel uiteenlopende resoluties van verschillende sensoren worden in de besturing identiek weergegeven.
Door de gestandaardiseerde systeemeigenschappen kan op uniforme wijze toegang worden verkregen tot proces-, identificatie- en diagnosegegevens, onafhankelijk van het apparaat. Daardoor wordt de integratie in het besturingsprogramma voor de gebruiker aanzienlijk eenvoudiger en ook sneller.
De diagnosedata, configuraties en functies van verschillende apparaten kunnen met IO-Link gestandaardiseerd en uniform beschikbaar worden gesteld. Voor de toegang tot deze data worden uniforme bouwstenen in de besturing gebruikt. Van de parametrering tot en met de verwerking van de proceswaarden wordt de hoeveelheid werk voor de gebruiker daardoor verminderd.
Bovendien kunnen fabrikantspecifieke diagnoses, uitbreidingen en functies worden geïmplementeerd om innovaties te versnellen indien dat gewenst is. Dit heeft echter tot gevolg dat de apparaten van de verschillende fabrikanten niet meer vergelijkbaar en universeel toepasbaar zijn, zoals bij standaard gebruik.
IO-Link heeft sinds een aantal jaren naam gemaakt als sensor-/actuator-communicatiesysteem. Om ook op het gebied van de veiligheidstechniek te kunnen profiteren van de daaraan verbonden voordelen, zoals bijv. besparingen bij de bekabeling, conventionele in- en uitgangskaarten alsook het opvragen van analoge meetwaarden voor de toestandsbewaking, staat nu IO-Link Safety in de startblokken.
Eisen
De apparaten worden aangesloten op de IO-Link Safety-master (FS-master). Door een uniforme sensor-actuatorinterface (M12/5-polig) kunnen apparaten van verschillende fabrikanten eenvoudig worden aangesloten. Voor de inbedrijfstelling zal in de toekomst een universele softwaretool worden gebruikt om speciale gateways voor de integratie van apparaten te kunnen verminderen. Door het gebruik van een compacte FS-master zijn de verschillende verwerkingskaarten (in- en uitgangskaarten) overbodig. Dat zorgt voor minder bekabelingswerkzaamheden en een eenvoudige verwerking van analoge waarden. De communicatie met de FS-PLC vindt plaats via het betreffende FSCP-domein.
In de compatibiliteitsmodus zijn er als vanouds twee gescheiden OSSD-kanalen beschikbaar. Er is keuze uit verschillende modi. Zo kan een sensor voor de eenvoudige inbedrijfstelling via IO-Link worden geparametreerd en aansluitend in de OSSD-modus worden gebruikt voor de betrouwbare melding van veiligheidsrelevante gebeurtenissen.
Om direct na het inschakelen een veilige werking te kunnen garanderen, worden de FS-apparaten tijdens het opstarten van de poort automatisch door de FS-master geïnstrueerd om de opgeslagen parameters, FSCP's, poortnummers en de I/O-datastructuur te controleren. IO-Link vertraagt de opstarttijd van de FS-masters volgens de duur van deze zelftests als compensatie voor de daaruit resulterende gbeschikbaarheid van de FS-apparaten.
Met de AL200S heeft ifm al een eerste Safety-oplossing in de IO-Link-omgeving op de markt gebracht. Daarbij gaat het om een veilige I/O-module voor PROFIsafe met veilige in- en uitgangen. Hij is geschikt voor de aansluiting van veilige mechanische contacten en OSSD-sensoren.
Om een naadloze integratie van IO-Link-gegevens met behulp van gateways in bijv. veldbussen als PROFINET of EtherNet/IP te kunnen realiseren, worden uitwisselingsformaten tussen IO-Link en bovenliggende protocollen en systemen gedefinieerd en verder gestandaardiseerd. Daaronder vallen belangrijke uitwisselingsformaten, zoals bijv. OPC UA of JSON om een koppeling met IT-systemen mogelijk te kunnen maken. Voor dat geval werken toonaangevende fabrikanten samen in de "Open Industrie 4.0 Alliance” om de vooruitgang zo efficiënt mogelijk te realiseren, zodat producten van verschillende fabrikanten compatibel en eenvoudiger met elkaar te bedienen zijn.
De specificaties die door de IO-Link-community zijn gedefinieerd voor de uniform gestandaardiseerde datastroom op het laagste IO-Link-veldniveau tot aan cloudgebaseerde diensten uit de IT-wereld, hebben geleid tot een uitwisselingsformaat op basis van JSON. Dat omvat zowel de definitie van een API en een REST-interface, als het datastransport via MQTT. Daarvoor bevat het zowel data-mapping, het systeemgedrag als ook de semantische definities.
Voor de naadloze dataoverdracht in de IT-wereld heeft JSON (Java Script Object Notation) naam gemaakt als een zeer gestroomlijnd uitwisselingsformaat dat over alle systeemgrenzen heen bruikbaar is. Door een extra definitie van de semantiek is de data eenvoudig te interpreteren. Op die manier wordt een naadloze koppeling van het IO-Link-niveau aan MES/ERP-systemen, cloudgebaseerde diensten of in het algemeen aan applicaties buiten de klassieke PLC-automatisering mogelijk gemaakt via de zogeheten “Y-structuur”.
In het “industriële internet der dingen” (IIoT) nemen installaties en machines continu contact tussen elkaar op. In de cloud kan elke machine vertegenwoordigd worden door een digitale tweeling in een virtuele fabriek. Zelfs wanneer deze door eigen besturingssystemen niet dezelfde taal spreken, brengen wij de verbinding met de virtuele fabriek tot stand. Met als doel informatie uit gegevens te winnen. Deze leveren namelijk efficiënte, bruikbare informatie over de toestand van de machines, over de onderhoudsbehoefte, over mogelijkheden om de productiviteit te verhogen, over mogelijkheden om energie te besparen en nog veel meer.
Een van de essentiële succesfactoren van IO-Link is de eenvoudige bedrading van intelligente sensoren en actuatoren. Op dit moment wordt dat gedaan met standaard sensor aansluitkabels. In de toekomst kunnen zelfs die weg worden gelaten om te kunnen voldoen aan detoenemende eisen van een snelle en ongecompliceerde data-uitwisseling tussen steeds meer deelnemers. Op het gebied van de automatisering vormen de mobiele communicatiestandaards als IO-Link, 5G of Wifi 6 de basiscomponenten voor realtime M2M-communicatie (machine-to-machine). De IO-Link-technologie die mede door ifm is ontwikkeld, biedt de mogelijkheid om verschillende proceswaarden op afstand en zonder conversieverliezen op te vragen voor diagnose en toestandsbewaking - en dat geheel besturings- en veldbusonafhankelijk.
IO-Link wordt nu draadloos! Daarmee worden de installatiewerkzaamheden tot een minimum beperkt. De realtime-communicatie garandeert snelle reactietijden om schommelingen in proceswaarden meteen te kunnen detecteren. Ook het vervangen van defecte componenten kan zonder uitgebreide bekabeling in de kortst mogelijke tijd plaatsvinden, om lange productie-uitvallen te vermijden. Daarnaast worden stilstandtijden in sectoren waarin kabels gewoonlijk snel slijten, zoals bij AGV's of robots, uitgesloten.
Het doel is om ten opzichte van standaard kabelverbindingen tot 5 maal zoveel IO-Link-apparaten met een master te laten communiceren en dat bij een cyclustijd van minder dan 5 ms. Concreet kan in de toekomst een master draadloos worden verbonden met maximaal 40 apparaten. Bevinden zich bijv. drie masters in een draadloze cel, dan kunnen tot 120 apparaten in een cel met elkaar worden verbonden. Er kunnen zowel cyclische data (procesgegevens) als ook acyclische data (on request-gegevens) worden verzonden. Daarbij wordt een bereik van wel 20 m tussen apparaat en master behaald.
ifm heeft met de beide producten io-key en Bluetooth-adapter de eerste producten in deze richting op de markt gebracht. Via mobiele GSM-communicatie- of Bluetooth-verbinding heeft u nu al draadloos toegang tot proceswaarden van uw applicaties. Draadloze concepten zijn met name in proces- en tijdkritische toepassingen, bijv. in de automatisering, doorslaggevend waarbij veel deelnemers en bijna in realtime met elkaar communiceren. Juist in het segment van de fabrieksautomatisering kijkt ifm nu al terug op meer dan 50 jaar ervaring.