Η υλοποίηση της Βιομηχανίας 4.0 δημιουργεί μία ψηφιακή μορφή μιας εγκατάστασης για να βελτιστοποιούνται οι διεργασίες. Οι βασικές πληροφορίες παρέχονται από πολλούς αισθητήρες που, ούτως ή άλλως, είναι ήδη εγκατεστημένοι για τον έλεγχο των μηχανών. Χάρη στην τεχνολογία IO-Link, αυτοί οι αισθητήρες παρέχουν πολύ περισσότερα δεδομένα από απλά σήματα μεταγωγής ή αναλογικές τιμές. Η Starrag Technology GmbH στο Bielefeld (Γερμανία) είναι μία εταιρεία που κατασκευάζει εργαλειομηχανές και τις εξοπλίζει εκτενώς με αισθητήρες IO-Link από την ifm.
Το κέντρο μηχανικής κατεργασίας τύπου πύλης από τη σειρά FOGS της Starrag Technology GmbH είναι ένα μηχάνημα που διαθέτει αυτά τα χαρακτηριστικά. Χρησιμοποιείται στην κατασκευή μηχανών και στους κλάδους της αεροπορίας και της αυτοκινητοβιομηχανίας, για παράδειγμα, για την κατασκευή μερών του κελύφους αμαξωμάτων. Το μηχάνημα στην εικόνα χρησιμοποιείται για την επεξεργασία στοιχείων του πλαισίου (εξοπλισμός προσγείωσης) στην αεροπορική βιομηχανία.
Αυτές οι πολύπλοκες εργαλειομηχανές απαιτούν αισθητήρες για την παρακολούθηση όλων των μέσων (π.χ. ψυκτικά και λιπαντικά, υδραυλικά, έλεγχος θερμοκρασίας μηχανής). Απαιτούνται αυστηρές ανοχές για τις θερμοκρασίες των μέσων, τις τιμές πίεσης και τις ποσότητες ροής για να διασφαλίζεται ότι τα εργαλεία χρησιμοποιούνται με τη βέλτιστη απόδοση σε πλήρως αυτοματοποιημένες διαδικασίες παραγωγής.
Το IO-Link είναι μία ισχυρή ψηφιακή διεπαφή που βασίζεται σε επίπεδα σήματος 24 V και, εκτός από τα απλά σήματα μεταγωγής, επιτρέπει την αμφίδρομη επικοινωνία με τον ελεγκτή μέσω του τυπικού καλωδίου αισθητήρα. Οι αισθητήρες μεταδίδουν ψηφιακά μετρούμενες τιμές και πληροφορίες διάγνωσης μέσω IO-Link στην κύρια μονάδα IO-Link, όπως μία μονάδα εισόδου/εξόδου, μία πύλη ή ένα PLC που είναι εξοπλισμένο με θύρες IO-Link. Οι αισθητήρες συνδέονται με τυπικά βύσματα M12. Τα θωρακισμένα καλώδια και η σχετική γείωση δεν είναι πλέον απαραίτητα.
Η Starrag Technology GmbH επιλέγει αισθητήρες υγρών από την ifm electronic. Ο λόγος: Η ειδικευμένη στους αισθητήρες εταιρεία μας προσφέρει τη μεγαλύτερη γκάμα προϊόντων σε αισθητήρες διεργασίας που διαθέτουν IO-Link.
Ένα από τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα του IO-Link είναι η δυνατότητα μεταφοράς στον αισθητήρα όλων των απαραίτητων δεδομένων των παραμέτρων μέσω του καλωδίου σύνδεσης IO-Link. Τα δεδομένα παραμέτρων των αισθητήρων (π.χ. σημεία μεταγωγής, υστέρηση μεταγωγής, χρώμα ένδειξης) μπορούν να μεταφέρονται από τον ελεγκτή σε αισθητήρες συμβατούς με IO-Link είτε κατά τη ρύθμιση των αισθητήρων είτε αργότερα κατά τη λειτουργία και να προσαρμόζονται σε μία συγκεκριμένη κατάσταση. Όφελος για τον πελάτη: Κατά τη φάση θέσης σε λειτουργία ενός μηχανήματος, οι προγενέστερα προβαλλόμενες παράμετροι ενός αισθητήρα μπορούν να μεταφερθούν γρήγορα, εύκολα και αξιόπιστα στον αισθητήρα. Εάν είναι απαραίτητο, π.χ. σε περίπτωση παρτίδων μικρού μεγέθους, το IO-Link καθιστά δυνατή την αποθήκευση διαφορετικών συνόλων παραμέτρων για διαφορετικά προϊόντα ξεχωριστά στον αισθητήρα. Επιπλέον, χάρη στην παραμετροποίηση που βασίζεται σε ελεγκτή, η επακόλουθη βελτιστοποίηση της διαδικασίας μέσω τηλεσυντήρησης είναι εύκολη με το IO-Link. Συνολικά, είναι εμφανές ότι το IO-Link είναι μία βασική τεχνολογία για εφαρμογές της Βιομηχανίας 4.0.
Εκτός από την παραμετροποίηση του αισθητήρα με βάση τον ελεγκτή, το IO-Link από την έκδοση 1.1 ή νεότερη εξασφαλίζει τη διπλή αποθήκευση των δεδομένων για τις παραμέτρους του αισθητήρα στη συσκευή και στην κύρια μονάδα IO-Link. Ο Dietmar Wallenstein, διευθυντής του τμήματος ηλεκτρονικών κατασκευών και έναρξης λειτουργίας στην Starrag Technologies, αναφέρει: «Ένα από τα μεγάλα πλεονεκτήματα του IO-Link είναι η αυτοματοποιημένη δημιουργία αντιγράφων ασφαλείας των δεδομένων του αισθητήρα, η οποία λαμβάνει χώρα στο παρασκήνιο. Κάθε αισθητήρας (συσκευή) στέλνει αυτόματα τα σετ παραμέτρων του στην κύρια μονάδα IO-Link. Εκεί, αντικατοπτρίζονται και αποθηκεύονται ως αντίγραφο ασφαλείας. Μόλις ένας αισθητήρας αντικατασταθεί, τα δεδομένα ανταλλάσσονται αυτόματα με τη νέα συσκευή. Στη συνέχεια, τα δεδομένα παραμέτρων μεταφέρονται αυτόματα από την κύρια μονάδα IO-Link στη συσκευή IO-Link. Αυτό καθιστά πολύ πιο εύκολη την αντικατάσταση ενός αισθητήρα και μειώνει σημαντικά τον χρόνο διακοπής λειτουργίας των μηχανών σε περίπτωση βλάβης. Ταυτόχρονα, αυτό μειώνει τον φόρτο εργασίας του προσωπικού τεχνικής υποστήριξης και συντήρησης.»
Τα λάθη στην παραμετροποίηση του αισθητήρα ανήκουν στο παρελθόν. Η αντικατάσταση ενός αισθητήρα απαιτεί μόνο τη μηχανική εγκατάσταση. Ο πελάτης μπορεί να τον αντικαταστήσει χωρίς να χρειάζεται τεχνική υποστήριξη. Το προσωπικό συντήρησης δεν χρειάζεται να εκπαιδευτεί σχετικά με την παραμετροποίηση του αισθητήρα, καθώς αυτή πραγματοποιείται αυτόματα στο παρασκήνιο. Χάρη σε αυτήν τη διαδικασία, τα τεχνικά προβλήματα μπορούν να επιλύονται πολύ πιο γρήγορα και πολύ πιο αποτελεσματικά. Αυτό μειώνει το κόστος.
Μέχρι πρότινος, τα σήματα των αναλογικών αισθητήρων ψηφιοποιούνταν μέσω πομπών A/D και κλιμακοποιούνταν στο PLC. Αυτό οδηγεί σε ανακρίβειες της πραγματικής μετρούμενης τιμής.
Το IO-Link, ωστόσο, παρέχει τις μετρούμενες τιμές από τον αισθητήρα ψηφιακά στον ελεγκτή. Αποκλείονται τα σφάλματα μετάδοσης και μετατροπής των αναλογικών σημάτων. Οι ψηφιακά μεταδιδόμενες μετρούμενες τιμές μπορούν να εμφανιστούν απευθείας στην αίθουσα ελέγχου. Η μεταβιβαζόμενη τιμή είναι πάντα ίδια με τη μετρούμενη τιμή. Δεν υπάρχουν πλέον αποκλίσεις μεταξύ της τοπικής ένδειξης και της τιμής που συνάγει το PLC από το αναλογικό σήμα. Χάρη στο IO-Link, ακόμη και οι παρεμβολές στο αναλογικό σήμα, οι οποίες προκαλούνται π.χ. από ηλεκτρομαγνητικά πεδία, ανήκουν στο παρελθόν.
Οι σύγχρονοι αισθητήρες διεργασίας από την ifm συχνά παρέχουν περισσότερες από μία μόνο μετρούμενες τιμές. Σύμφωνα με τον Dietmar Wallenstein: «Συχνά, ένας αισθητήρας επεξεργάζεται περισσότερες από μία μόνο φυσικές τιμές. Εκτός από την ποσότητα ροής ή την πίεση, για παράδειγμα, είναι επίσης δυνατή η ανάγνωση της θερμοκρασίας του μέσου μέσω της διασύνδεσης IO-Link. Στο παρελθόν χρειάζονταν δύο αισθητήρες για αυτό.» Αυτό εξοικονομεί χρήματα για το hardware, την καλωδίωση και την τοποθέτηση, καθώς αντί για δύο αισθητήρες απαιτείται μόνο ένας.
Εκτός από τα δεδομένα διεργασίας, ο αισθητήρας IO-Link μπορεί επίσης να παρέχει δεδομένα διάγνωσης σχετικά με την κατάσταση της συσκευής. Παράδειγμα: Ο αισθητήρας στάθμης πλήρωσης ανιχνεύει κρίσιμες εναποθέσεις και τις σηματοδοτεί στον ελεγκτή. Οι φωτοηλεκτρικοί αισθητήρες ανιχνεύουν εάν ένας φακός είναι λερωμένος και το σηματοδοτούν αυτόματα. Οι αισθητήρες πίεσης αποθηκεύουν τις ελάχιστες απώλειες πίεσης και τις μέγιστες αιχμές πίεσης από τη διαδικασία και αθροίζουν τον αριθμό των φορών που ξεπερνιόνται ή δεν επιτυγχάνονται οι οριακές τιμές. Αυτή η πρόσθετη λειτουργία υποστηρίζει καθοριστικά τον χρήστη όταν πρόκειται για συντήρηση βάσει συνθηκών. Αυτές οι εκτενείς πληροφορίες σχετικά με την κατάσταση ελαχιστοποιούν τους δαπανηρούς χρόνους διακοπής λειτουργίας ενώ αυξάνουν την αξιοπιστία της διαδικασίας.
Οι αισθητήρες προσφέρουν μία σημαντική πρόσθετη αξία εάν είναι εξοπλισμένοι με IO-Link. Ο Dietmar Wallenstein συνοψίζει τα πλεονεκτήματα για την Starrag Technology:
«Όλοι μιλούν για τη Βιομηχανία 4.0 και, φυσικά, εμείς στη Starrag δεν αγνοούμε αυτήν την ισχυρή τάση. Όταν πρόκειται για την κατασκευή μηχανών, σκεφτόμαστε ιδιαίτερα την αναβάθμιση σε ψηφιακά μηχανήματα. Αυτός είναι ο λόγος που επιλέγουμε το IO-Link. Χάρη στις στιβαρές διεπαφές χαμηλού κόστους, οι αισθητήρες μας παρέχουν περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη διαδικασία, οι οποίες στη συνέχεια μπορούν να αξιολογηθούν και να βελτιστοποιηθούν πιο αποτελεσματικά. Αυτό είναι ένα από τα μεγάλα πλεονεκτήματα του IO-Link και του χαρακτηριστικού ενός αισθητήρα που συμβάλλουν στη Βιομηχανία 4.0.»