Die Entwicklung bei I/O-Modulen scheint nach gut fünfzehn Jahren ausgereizt, zumindest auf den ersten Blick. Doch in der Praxis treten immer neue Anforderungen auf – Ansätze für weitere Verbesserungen. Innovationstreiber bei der inzwischen dritten Feldbus-Generation von Balluff waren vor allem die Problemstellungen aus dem Automatisierungsalltag. Das sind mitunter tri­viale Dinge, wie etwa nur zwei statt der üblichen vier Befestigungsbohrungen. Dafür sollten die Bohrungen größer sein, damit die von den Monteuren bevorzugten Schrauben M6 passen. Viele Module anderer Anbieter sind bislang für M4/M5-Schrauben ausgelegt, die sich in der Praxis als zu filigran erweisen.

Neben diesem – bei der Montage vieler Module nicht zu unterschätzenden – Detail löst das erstmals bei dieser Modul-Generation integrierte Display die Probleme bei der Adressierung, Parametrierung, Instandhaltung und Wartung. Zudem macht der Wegfall anfälliger Drehschalter die IP67-Module noch einen Tick robuster und zuverlässiger als es die Vorgängerserie war.

Display erleichtert Adress­eingabe und Diagnose

Über ein Display und zwei Taster lässt sich die IP-Adresse der ethernetbasierten I/O-Module menügeführt vor Ort einstellen.

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Das Display vereinfacht vor allem die Adressierung von ethernetbasierten Systemen wie Ethernet/IP, Profinet und in Zukunft auch Ethercat. Genügen bei Feldbussen wie Profibus oder Devicenet zwei dezimale Drehschalter, um am I/O-Modul die Netzwerk-Adresse einzustellen (Adressbereich 0 bis 99), verlangen IP-Adressen mit ihren vier Oktetts ein etwas komplexeres Einstellprocedere, das mit Drehschaltern nur unzureichend realisierbar ist. Am Deutlichsten zeigt sich das bei Ethernet/IP-Netzwerken, bei denen jedes Modul eine eigene IP-Adresse benötigt. Diese wie auch die Subnetzmaske und Gateway-Adresse lassen sich bei den I/O-Modulen menügeführt über zwei Drucktasten direkt am Modul eingeben. Einmal eingestellt, sind sie auf Knopfdruck jederzeit abrufbar, bei einigen Modellen sogar die eingestellte Baudrate.

Darüber hinaus stehen Funktionen wie DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) für die automatische Adressvergabe zur Verfügung. Allerdings geht dann die Möglichkeit verloren, die Modul-Adressen individuell zu strukturieren, beispielsweise hierarchisch nach Anlagenteilen oder Funktionsbereichen. Das Portfolio von Ethernet/IP-Modulen umfasst Baureihen mit und ohne integriertem Switch. Letzterer erleichtert den Aufbau von Linientopologien. Entsprechende Varianten sind für Profinet bereits verfügbar und für Ethercat geplant.

Über den 2-Port-Switch können Linienstrukturen, wie sie zum Beispiel Profinet spezifiziert, über mehrere Busknoten aufgebaut werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Sternstrukturen, die zusätzliche externe Switches benötigen, bietet diese Funktion wesentlich mehr Flexibilität bei der Installation und reduziert den Verdrahtungsaufwand erheblich.

Zugriffsschutz per Passwort

Anforderung aus der Praxis: Die Identifikation und Statusanzeige der Module über separat von der SPS ansteuerbare LED.

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Neben der Adressierung im Netzwerk ist das Display die Voraussetzung für eine Reihe weiterer Zusatzfunktionen wie „Lock-Bit“, „Search&Rescue“ sowie die Geräte-Identifikation. Über die Steuerung kann das so genannte „Lock-Bit“ gesetzt werden. Wer nun vom Anzeige- in den Editiermodus der Geräte-Adressierung wechselt, sieht dort einen Schlüssel als Symbol für die Sicherung. Nach Eingabe der Adresse im Editiermodus kann in der Steuerung (SPS) das so genannte „Lock-Bit“ gesetzt werden, das eine Umprogrammierung der Adresse blockiert. Wer vor Ort vom Anzeige- in den Editiermodus der Geräte-Adressierung wechselt, sieht dann ein Schlüsselsymbol. Eine Adressänderung ist erst dann wieder möglich, wenn durch die Steuerung das Lockbit zurückgesetzt wird. Unbedachtes Ändern der Adresse ist damit nicht mehr möglich, bewusstes Manipulieren zumindest nicht hürdenfrei und mit Dokumentation durch die SPS, die jede PIN-Eingabe registriert und speichert.

Per Tastendruck lässt sich auf einen Blick in Erfahrung bringen, welche Hardware- und Software-Version im Einsatz ist. Ein Aspekt, der vor allem bei Wartungs- oder Erweiterungsarbeiten Wirkung zeigt. Missverständnisse und langes Suchen in der Dokumenta­tion sind ausgeschlossen, da die Version im Klartext auf dem Display angezeigt wird. Darüber hinaus gibt es erstmals ei­ne integrierte „Suchen/Hilfe“-Funktion (Search&Rescue), die den Betrieb und die Wartung von Anlagen transparenter, schneller und damit wirtschaftlicher macht: Bestandteil des Displays sind je zwei rote und grüne LED, die ausschließlich über die SPS angesteuert werden können. Dabei handelt es sich nicht um eine Diagnose des Moduls, sondern um eine aus der Plausibilität im SPS-Programm heraus generierte Meldung am I/O-Modul.

Was zunächst als Gimmick erscheint, beruht auf einem bis dato ungelösten Problem aus der Praxis: Speziell bei Anlagen mit vielen Modulen können Bediener und Instandhalter bei einer Produk­tionsstörung das betroffene Modul nicht auf Anhieb lokalisieren. Der Bediener kann über die Steuerung einzelne Mo­dule gezielt ansprechen. Diese Module melden sich per grün, rot oder gelb leuchtender LED und sind somit schneller aufzufinden, als über mehr oder weniger gut lesbare Schilder. Auf die gleiche Weise lassen sich auch Module eines bestimmten Clusters identifizieren. Leuchtet die LED eines Moduls nicht, ist dies ein erstes Indiz für eine Fehlfunktion. Mit der Search&Rescue-Funktion lässt sich darüber hinaus ermitteln, welche Module auf derselben Subnetzmaske liegen. Dies ist hilfreich, wenn baugleiche Linien wegen des SPS-Programms identische Adressen, aber unterschiedliche Masken oder Gateways verwenden. Bei entsprechender Programmierung in der SPS können die LED sogar melden, wenn in einem Anlagenteil akuter Handlungsbedarf seitens des Maschinenführers besteht, beispielsweise wegen einer Temperaturüberschreitung oder eines Material-Staus.

Eigene Homepage inklusive

Diagnose übers Intranet: Jedes Modul hat einen Webserver, über den bei Bedarf sämtliche Daten abrufbar sind.

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Ebenfalls neu ist der integrierte Webserver, der bei den ethernetbasierten Systemen (Ethernet/IP, Profinet)) zur Verfügung steht. Auf diesem Webserver kann über Standard-Webbrowser zugegriffen werden. Dazu muss einzig die IP-Adresse des Moduls bekannt sein. Nach deren Eingabe meldet sich das Modul mit seiner eigenen Homepage. Über verschiedene Reiter kann das Servicepersonal beispielsweise die aktuellen Prozesswerte der einzelnen I/Os aus­lesen oder die Port-Diagnose aufrufen. Dabei erhält der Benutzer ein grafisches Abbild des IO-Moduls, das die Orientierung und Zuordnung vereinfacht.

Ebenso im Webserver hinterlegt sind die installierten Hardware- und Software-Versionen (Device properties), die Busdiagnose (Diagnostic Module) sowie die durch ein Passwort geschützte Modulkonfiguration. Die Übertragung des Prozessabbildes auf den Browser erfolgt dabei via TCP/IP im Inter­leaved-Modus parallel zur Echtzeit-Übertragung. Mit Hilfe des Webservers können die Module ihre Prozessabbilder, Einstellungen und Störungen (Diagnose) auch automatisch über Intranet an eine zentrale Leitstelle senden. Diag­nose und Wartung können so zentralisiert und Störungen rasch lokalisiert werden.

Autor: Jürgen Gutekunst ist Leiter der Geschäfts­einheiten Networking und Systeme bei der Firma Balluff in Neuhausen auf den Fildern.