Industry 4.0 -konseptin käyttöönotossa laitoksesta luodaan prosessien optimoimiseksi digitaalinen silhuetti. Olennainen informaatio saadaan useilta antureilta, jotka on jo aikaisemmin asennettu koneenohjausta varten. IO-Link -teknologian ansiosta näiltä antureilta saadaan paljon enemmän tietoa kuin pelkkiä kytkinsignaaleja tai analogisia arvoja. Bielefeldissä Saksassa sijaitseva Starrag Technology GmbH valmistaa työstökoneita, jotka se varustaa ifm electronicin IO-Link -antureilla.
Starrag Technology GmbH:n FOGS-sarjan portaalityöstökeskus on laite, jossa on kaikki nämä ominaisuudet. Sitä käytetään koneenrakennus-, lentokone- ja autoteollisuudessa mm. runko-osien valmistamiseen. Kuvassa olevaa konetta käytetään lentokoneen laskutelineiden osien valmistamiseen.
Nämä monimutkaiset työstökoneet tarvitsevat antureita lukuisten eri kohteiden valvontaan (esim. jäähdytys- ja voiteluaineet, hydrauliikka ja lämpötilojen valvonta). Aineen lämpötilojen, painearvojen ja virtausmäärien valvonnassa tarvitaan tiukkoja toleransseja varmistamaan työkalujen optimaalinen ja tehokas käyttö täysin automatisoiduissa tuotantoprosesseissa.
IO-Link on 24 VDC signaalitasoon perustuva digitaalinen liitäntä, joka pelkkien kytkinsignaalien lisäksi mahdollistaa kaksisuuntaisen tiedonsiirron ohjausjärjestelmän kanssa tavallisten anturikaapeleiden välityksellä. Anturit lähettävät digitaaliset mittausarvot ja diagnostiikkatiedot IO-Linkin kautta IO-Link-masterille, joka voi olla esim. IO-Link -porteilla varustettu IO-moduli, gateway tai PLC. Anturit kytketään M12-standardiliittimien avulla. Suojattuja kaapeleita ja niihin liittyvää maadoitusta ei enää tarvita.
Starrag Technology GmbH on valinnut ifm:n prosessianturit. Syy: Anturispesialisti tarjoaa laajimman tuotevalikoiman IO-Linkillä varustettuja prosessiantureita.
Yksi merkittävimmistä IO-Link:in eduista on mahdollisuus siirtää kaikki tarvittava parametrointiin liittyvä informaatio IO-Link -kytkentäkaapelin kautta anturiin. Anturin parametritiedot (esim. kytkentäpisteet, hystereesi, näyttöväri) voidaan siirtää ohjausjärjestelmästä IO-Link -yhteensopiviin antureihin joko käyttöönoton yhteydessä tai myöhemmin käytön aikana, kun anturi sovitetaan kulloiseenkin käyttötilanteeseen. Asiakkaan edut: Koneen käyttöönottovaiheessa etukäteen määritellyt anturiparametrit voidaan siirtää anturiin nopeasti, helposti ja luotettavasti. Tarvittaessa voidaan esimerkiksi erilaisia tuotekokoja varten tallentaa anturiin eri tuotteille erilaisia parametrisarjoja. Lisäksi ohjausjärjestelmäpohjaisen parametroinnin ansiosta voidaan IO-Linkin kautta tehdä helposti etähuollon kautta tapahtuvaa prosessien optimointia. Kaiken kaikkiaan voidaan sanoa, että IO-Link on Industry 4.0 -konseptin avainteknologia.
Ohjausjärjestelmäpohjaisen parametroinnin lisäksi IO-Link (versio 1.1 ja uudemmat) mahdollistaa anturiparametrien kaksinkertaisen tallennuksen (laitteeseen ja IO-Link -masteriin). Dietmar Wallenstein, Starrag Technologyn sähkäasennus- ja käyttöönotto-osaston johtaja, sanoo: "Yksi IO-Linkin merkittävimmistä eduista on taustalla tapahtuva automaattinen anturidatan varmistus. Kukin anturi (laite) lähettää parametrisettinsä automaattisesti IO-Link-masterille. Siellä ne kopioidaan ja tallennetaan varmuuskopiona. Jos anturi korvataan uudella, tiedonsiirto uuden laitteen kanssa käynnistyy automaattisesti. Tällöin parametridata siirretään automaattisesti IO-Link -masterista IO-Link -laitteeseen. Tämä helpottaa anturin vaihtoa ja lyhentää vikatapauksissa seisakkiaikoja merkittävästi. Samalla se pienentää huolto- ja kunnossapitohenkilöstön työtaakkaa."
Antureiden parametrointivirheet ovat menneisyyttä. Anturin korvaamiseksi tarvitaan ainoastaan mekaaninen asennus. Käyttäjä voi korvata viallisen laitteen ilman mitään tukea. Kunnossapitohenkilökuntaa ei tarvitse kouluttaa tekemään antureiden parametrointia, koska se tapahtuu automaattisesti taustalla. Tämän ansiosta tekniset ongelmat kyetään ratkaisemaan paljon nopeammin ja tehokkaammin. Tämä alentaa kustannuksia.
Tähän asti analogiset anturisignaalit on muunnettu digitaalisiksi A/D-muuntimilla ja skaalattu ohjausjärjestelmässä. Tämä aiheuttaa mittausarvoihin epätarkkuutta.
IO-Link sitävastoin siirtää mittausarvot anturista ohjausjärjestelmään digitaalisena. Näin päästään eroon siirtovirheistä ja analogiasignaalien muunnosepätarkkuuksista. Digitaalisesti siirretyt mittausarvot ovat suoraan luettavissa ja näytettävissä ohjaamossa. Siirretty arvo on aina identtinen mitatun arvon kanssa. Näin paikallisnäytön osoittaman ja ohjausjärjetelmän analogiasignaaleista derivoimien arvojen välillä ei enää ole hajontaa. IO-Linkin ansiosta myös analogiasignaaleissa esiintyvät häiriöt (esim. sähkömagneettisten kenttien aiheuttamat) ovat menneisyyttä.
ifm:n uudenaikaisista prosessiantureista saadaan usein enemmän kuin yksi mittausarvo. Dietmar Wallenstein sanoo: "Anturi käsittelee usein useampia kuin yhtä fysikaalista suuretta. Tilavuusvirtausmäärän tai paineen lisäksi on IO-Link -liitännän kautta mahdollista lukea mm. aineen lämpötila. Aikaisemmin tähän tarvittiin aina kaksi eriilistä anturia." Tämä alentaa laitteisto-, kytkentä- asennuskustannuksia, koska kahden anturin sijasta tarvitaan vain yksi.
Prosessidatan lisäksi IO-Link -anturista voidaan saada myös laitteen tilasta kertovaa diagnostiikkadataa. Esimerkki: Pinnankorkeusanturi havaitsee kriittiset likakertymät ja lähettää niistä tiedon ohjausjärjestelmään. Optoelektroniset anturit havaitsevat linssien likaantumisen ja signaloivat sen automaattisesti. Paineanturit tallentavat prosessin minimipaineet ja maksimipainepiikit sekä lukumäärän, montako kertaa raja-arvot on ylitetty tai niitä ei ole saavutettu. Nämä lisätoiminnot auttavat käyttäjää tekemään päätöksiä tarvittavista mittaavan kunnossapidon toimenpiteistä. Kuntoa koskevan lisäinformaation avulla pystytään minimoimaan kalliita seisakkeja ja lisäämään prosessin luotettavuutta.
Anturit tuovat huomattavaa lisäarvo, jos ne on varustettu IO-Link-liitännällä. Dietmar Wallenstein summaa Starrag Technologylle koituvat hyödyt:
"Kaikki puhuvat Industry 4.0 -konseptista ja luonnollisesti mekään Starragilla emme ole tietämättömiä tästä megatrendistä. Mitä tulee koneenrakennukseen, me mietimme erityisesti koneiden digitaalista päivitystä. Siksi valintamme on IO-Link -teknologia. Edullisten ja kestävien liitäntöjen ansiosta saamme antureilta prosesseista enemmän tietoa, jota voidaan käyttää arviointiin ja optimointiin. Tämä on yksi IO-Linkin tärkeimmistä eduista ja ominaisuus, joka on olennainen osa Industry 4.0 -konseptia."