Sensor-Schnittstellen
Die Praxisaspekte von IO-Link
Die IO-Link-Schnittstelle erfährt zunehmend Unterstützung durch die Automatisierungshersteller. Aber welche Vorteile bietet die Schnittstelle und was verbindet die verschiedenen Parametrierungstools für IO-Link-Geräte? Eine Reihe von Anwendungsbeispielen beantwortet diese Fragen.
Die Maschine steht, nichts geht mehr! Fertigungsleiter Andreas Köhler ist alarmiert. Er hat zwei Eilaufträge auf die Maschine geplant und alle Alternativmaschinen sind belegt. Jede Stunde Ausfall kostet das Unternehmen jetzt 10 000 Euro. Nur fünf Minuten dauert es, bis ein Techniker an der Maschine ist. Nach einer halben Stunde steht fest, dass zwei Sensoren defekt sind. Zwar ist Ersatz auf Lager und schnell eingebaut, doch die Sensoren müssen noch parametriert werden, auch das kostet wertvolle Zeit, bis die Maschine wieder läuft. Solche Situationen, wie sie in der industriellen Fertigung oft vorkommen, sind auch Albert Feinäugle, Leiter Marketing Services bei Balluff, nicht fremd: „Wir kennen diese Fälle und haben eine Lösung sowohl für Neumaschinen als auch für bestehende Anlagen im Rahmen eines Retrofit“. Sein Mittel der Wahl heißt IO-Link.
Ein herstellerübergreifender Kommunikationsstandard für Sensoren und Aktoren in der unteren Feldebene. Speziell ausgestattete IO-Link-Sensoren empfangen Parameter und senden Diagnosedaten an die übergeordnete Steuerung. „Einer unserer Kunden, ein namhafter Werkzeugmaschinenhersteller, hat die Parametrierung von Sensoren so automatisiert, dass sich dessen Kunden im Servicefall nur noch um den mechanischen Sensorwechsel kümmern müssen. Die Parametrierung erledigt IO-Link automatisch, ein unschätzbarer Vorteil für den Maschinenbetreiber“, erklärt Feinäugle. Er könne noch zahlreiche solcher Anwendungsbeispiele schildern.
Verdrahtung vereinfacht
Auch für Sondermaschinenhersteller SMR in Wutha-Farnroda bedeutet IO-Link eine Vereinfachung, wie Feinäugle berichtet. In einer Montage-Anlage für Ventile kommen RFID-Lesestationen zum Einsatz. Die Firma nutzt dabei die intelligente Schnittstelle, um sowohl IO-Link-fähige Sensoren und Aktoren als auch nicht IO-Link-fähige binäre Taster einzubinden. Durch IO-Link ersetzt der Hersteller die Feldbus-Kabel und -Knoten pro RFID-Lesestation durch ein einfaches Sensorkabel mit M12-Steckverbinder. Bis zu vier RFID-Lesestationen sind pro IO-Link-Master angeschlossen.
Bild 1: Bei IO-Link werden eingewechselte Sensoren auf korrekte Identität geprüft und automatisch parametriert.
© Balluff, TMGBinär schaltende Sensoren benötigen einen Sensorhub, der bis zu 16 Sensoren auf einen IO-Link-Port konzentriert. Auch aktorseitig kommt nun statt der bisherigen Parallelverdrahtung bei Ventil-Inseln (Bild 2) ein 5-adriges Kabel zum Einsatz, weil Aktoren bei IO-Link in der Regel getrennt versorgt werden; so können sie bei einem Fehler unabhängig von Sensorfunktionen stromlos geschaltet werden.
Werkzeug-Identifikation per IO-Link
Dass IO-Link sogar Aufgaben übernehmen kann, die bisher ein RFID-Gerät erforderten, zeigt eine weitere Applikation, die Feinäugle schildert. Auf den Werkzeugen von Läpple in Heilbronn, Systemlieferanten von Press-Werkzeugen und -Teilen für die Automobilindustrie, kommt eine große Zahl von Sensoren und Aktoren zum Einsatz. Zunächst sollte lediglich die elektrische Schnittstelle zum Werkzeug durch IO-Link vereinfacht werden. Diese war bisher in Parallelverdrahtung der Sensoren und Pneumatikventile auf einen industrietauglichen mehrpoligen Steckverbinder realisiert. Das war in diesem Fall besonders aufwendig, weil die Kabel nicht nur werkzeugspezifisch verdrahtet sind, sondern auch eine individuelle Länge benötigen.
Bild 2: Die Verdrahtung einer Ventilinsel mit parallelem Interface reduziert sich auf ein 5-adriges Sensorkabel.
© Balluff, TMGDie Identifikation der Werkzeuge war über eine Brückencodierung im Stecker realisiert. Dank eines IO-Link Sensor-/Aktor-Hubs auf dem Werkzeug konnte die Schnittstelle auf ein 3-adriges ungeschirmtes Sensorkabel reduziert werden. Aus Kompatibilitätsgründen wurde der Industriesteckverbinder beibehalten. An ihn ist nun ein steckbares 3-adriges Sensorkabel angeflanscht. Das steckerfertige Kabel ist damit ab sofort nicht mehr werkzeugspezifisch, preisgünstig und im Problemfall schnell verfügbar. Diffizil war allerdings die Identifikation der Werkzeuge und es wurde bereits der Einsatz eines RFID-Systems geprüft.
Die Parameterstruktur von IO-Link bietet jedoch eine elegante Lösung. Unter Index 18h spezifiziert die IO-Link- Norm einen Parameter namens „Application specific Tag“. In diesen kann der Maschinenbauer eigene Identifikationsdaten einschreiben und wieder auslesen. Sobald das Werkzeug in die Pressenstraße eingewechselt wurde, kann nun über IO-Link die Identifikation ausgelesen werden.
Via USB parametrieren
Um die Identifikationsdaten auf das Werkzeug zu schreiben, nutzt Läpple einen IO-Link-Master mit USB-Schnittstelle (Bild 3) und die Software IO-Link-Device-Tool von TMG Technologie und Engineering.
Bild 3: Für Projektierung, Inbetriebnahme und Wartung: Über den USB-IO-Link-Master samt zugehöriger Software lassen sich Sensoren vom PC aus parametrieren.
© Balluff, TMGDer Technologie-Anbieter für IO-Link, mit dem Balluff zusammenarbeitet, bietet auch Protokollstacks und Tools zur Entwicklung von IO-Link-Mastern und -Geräten an. Mit dem USB-IO-Link-Master lassen sich IO-Link-Geräte für den Betrieb vorbereiten.
Um die Geräte parametrieren zu können, bedient sich die PC-Software der IO-Link-Gerätebeschreibung IODD (IO-Link-Device-Description). Diese steht für jedes IO-Link-Gerät zur Verfügung. Damit ist die Software in der Lage, alle Parameter in der jeweiligen Landessprache anzuzeigen. Ergänzende Texte erklären die Variablen, so dass bei der Konfiguration von Sensoren und Aktoren das Handbuch meist entfallen kann. Das IO-Link-Device-Tool setzen mehrere Hersteller für ihre Feldbus- und Ethernet-IO-Link-Master ein.
So steht quasi ein herstellerübergreifendes Konzept zur Parametrierung und Diagnose von IO-Link Geräten zur Verfügung. Jedoch stellen auch andere Anbieter derartige Software für IO-Link zur Verfügung.
Alle Tools bringen es auf einen Nenner
Bei Projektierung, Inbetriebnahme und Wartung von IO-Link-Geräten über spezielle USB-Buskoppler – beziehungsweise einem IO-Link-Master in übergelagerten Kommunikationssystemen wie Interbus, Profibus oder Profinet – wird entsprechende Software benötigt. TMG liefert dafür das IO-Link-Device- Tool. Wie Klaus Peter Willems, Geschäftsführer von TMG, jedoch klarstellt, gibt es dabei nicht „das“ Software-Tool für IO-Link.
Auch Siemens bietet mit dem Port Configuration Tool (PCT) eine Software für Siemens-Profibus- und Profinet-IO-Link-Master, die in Step7 integriert ist. Dabei bedient sich Siemens-PCT der gleichen Software-Integrationstechnologie wie das IO-Link-Device-Tool von TMG. Jedoch unterstützt die TMG-Software zusätzliche Kommunikationsstandards wie Ethernet/IP und Modbus-TCP. Es wird von Herstellern wie Balluff und Murrelektronik für ihre IO-Link-Master angeboten. Andere Firmen hingegen haben gemeinsam den „IO-Link Interpreter DTM“ für die FDT-/ DTM-Technologie entwickelt. Beispielsweise nutzt das Unternehmen Phoenix Contact diese Technik bei seinen IO-Link-Mastern. In der Vielfalt der Softwaretools sieht Willems kein Problem für die Anwender: „Dass es mehrere Tools gibt, kommt dem Anwender zugute, denn der Wettbewerb treibt die Technik voran“. Fakt ist, dass es alle Tools auf einen – weltweit akzeptierten – gemeinsamen Nenner bringen: Alle bedienen sich der IO-Link- Gerätebeschreibung IODD (IO-Link-Device- Description), die für jedes IO-Link-Gerät verbindlich vorgeschrieben ist. So gibt es für IO-Link eine einheitliche Bedienphilosophie unabhängig vom Kommunikationsstandard, der Software-Integration oder dem jeweiligen System- beziehungsweise SPS-Hersteller.
Das könnte Sie auch interessieren
Clever klimatisiert
Um elektrotechnische Komponenten in Steuerungs- und Schaltschränken vor zu hohen Temperaturen zu schützen, muss die Wärme effizient aus dem Schrank abgeführt werden. Anstelle einer aktiven Klimatisierungskomponente genügt oft eine passive...
mehr...Das Material macht den Unterschied
Jede Anwendung ist anders – das hat auch Auswirkungen auf Kabel und Stecker beziehungsweise die verwendeten Materialien. Doch worauf ist bei der Auswahl der Verbindungssysteme im Detail zu achten?
mehr...Im Dschungel der Plattformen
Am Markt tummeln sich immer mehr IoT-Plattformen. Doch welche Lösung eignet sich für welche Anwendung? Wie grenzen sie sich voneinander ab und wo liegt jeweils ihr Fokus? Ein Überblick.
mehr...Die fünf Attribute einer Smart Factory
Auf dem Weg zur smarten Fabrik stellt sich längst nicht mehr die Frage nach dem 'Ob' der Digitalen Transformation, sondern vielmehr die nach dem 'Wie'. Welche Technologien spielen dabei eine Schlüsselrolle?
mehr...Dem Produkt auf der Spur
Wann wurde welches Teil wo produziert? Das ist häufig eine essenzielle Frage – vor allem für das Qualitätsmanagement. Die Einzelteilrückverfolgung schafft eine neue Form der Transparenz.
mehr...Forschungsprojekt IUNO - Teil 1
Der Technologiedaten-Marktplatz
Gerade im Mittelstand bleiben die Chancen, die sich mit I40 bieten, noch ungenutzt. Ein Grund: Die bisher in den Firmen eingesetzte IT ist oft nicht auf die Sicherheitsanforderungen der vernetzten Produktion ausgerichtet. An dieser Problematik setzt...
mehr...Was Exoskelette leisten können
Sie kombinieren menschliche Intelligenz mit maschineller Kraft, indem sie die Bewegung des Trägers unterstützen oder verstärken – die Rede ist von Exoskeletten. Anfänglich für medizinische und militärische Zwecke entwickelt, stehen sie nun an der...
mehr...Energieführung bei 6-Achs-Robotern
Schutzschlauch contra Energiekette
Die Energiezuführung ist die Nabelschnur des Roboters. Insbesondere bei den flexiblen 6-Achs-Kinematiken stellt sich oft die Frage: Was ist die bessere Lösung – Schutzschlauch oder eine modulare 3-Achs-Energieführungskette?
mehr...Stäubli stellt autonom fahrendes System vor
Im vergangenen Jahr hat Stäubli erstmals seinen Ansatz für autonom fahrende Robotersysteme vorgestellt und das Konzept zunächst ausgiebig in der eigenen Fertigung erprobt. Nun ist 'HelMo' – so der Name der Lösung – 'erwachsen' geworden.
mehr...