Bei der Verkabelung von Sensoren und Aktoren besteht nach wie vor großes Einsparungspotenzial. Ergo ist es nur logisch, dass sich in Sachen Feldgeräte-Verdrahtung nun auch IO-Link dem Thema Wireless öffnet. Bereits seit 2016 wird innerhalb der IO-Link Community an der Erstellung einer Spezifikation für die IO-Link-Wireless-Technologie gearbeitet. Die Anforderungsprofile und Use Cases hierzu wurden ausformuliert und im entsprechenden Technik-Arbeitskreis hierauf basierend die technischen Anforderungen definiert und das Spezifikations-Dokument erstellt.

Die technische UmsetzungDie technische Umsetzung

Der Arbeitskreis IO-Link Wireless hat Charakteristika für die Technologie festgelegt, um die definierten Anforderungen mit IO-Link Wireless erfüllen zu können. Eine der wesentlichen Festlegungen ist die, dass das Applikations-Interface für die zyklischen Daten (Prozess-Daten) und die azyklischen Daten (On-Request-Daten) kompatibel zur existierenden IO-Link-Beschreibung ist. So besteht für Nutzer kein Unterschied, ob kabelgebundene IO-Link-Informationen oder IO-Link-Wireless-Daten verarbeitet werden. Um die hohe Zahl von Geräten handhaben zu können, soll ein Master bis zu fünf Übertragungskanäle beinhalten können. Von diesen unterstützt jeder maximal acht Devices. Daraus resultieren insgesamt 40 Wireless Devices pro Master. Drei Master werden parallel in einer Zelle arbeiten können. Ergo wird eine maximale Anzahl von 120 Devices in einer Zelle erreicht. Um die Devices den entsprechenden Mastern zuweisen zu können, ist ein Pairing-Service implementiert. Ein Scan-Service ermöglicht das Hinzufügen ‚ungepairter‘ Geräte zum System. Für bewegte Devices wird es keine Limitierungen dahingehend geben, mit welcher Geschwindigkeit sie sich innerhalb einer Zelle bewegen dürfen. Ein definierter Übergabe-Mechanismus sorgt für das kontrollierte Roaming von Geräten zwischen verschiedenen Mastern.

IO-Link Wireless verwendet 2,4-GHz-ISM-Band-RF-Transceiver. Das 2,4-GHz-Band ist in 80 Kanäle mit einem Abstand von jeweils 1 MHz unterteilt. Die generelle Koexistenz mit anderen Wireless-Systemen ermöglicht der sogenannte Blacklisting-Mechanismus – bestimmte Kanäle, von denen bekannt ist, dass sie umfangreich von anderen Systemen genutzt werden, werden dabei von vornherein ausgeblendet. Innerhalb dieses festen Rahmens ist das ‚Frequency Hopping‘ anwendbar. Hierdurch lässt sich eine Bitfehler-Wahrscheinlichkeit von 10-9 erreichen – ähnlich zu kabelgebundenen Systemen. Für die Zukunft ist geplant, dass auch Low-Power-Devices durch das System unterstützt werden. Die Zykluszeit liegt bei 5 ms. Um konform zu gesetzlichen Vorgaben zu sein, ist die Übertragungsleistung auf ≤10 dBm (10 mW) EIRP limitiert. Dennoch wird eine Ausdehnung von 20 m innerhalb einer Master-Zelle mit einem Kommunikationskanal erreicht; bei mehr als einem Kommunikationskanal sind noch 10 m erreichbar.

Die Spezifikation steht

Seit der Hannover Messe 2018 steht die Spezifikation zu IO-Link Wireless. Hier wurde auch die Technologie in Form eines Demonstrators auf dem Gemeinschaftsstand der PI erstmals öffentlich vorgestellt.

Autor: 
Stephan Langer ist Director Industry Portfolio Management Packaging, Food & Beverage bei Balluff in Neuhausen auf den Fildern.