Für immer mehr Anwender stellt sich IO-Link als interessanter Weg für den transparenten Durchgriff von der Steuerung bis zum Sensor dar, insofern als IO-Link die Kommunikation zwischen Maschinen- und Anlagensteuerungen auf der einen und Sensoren und Aktoren auf der anderen Seite ermöglicht und vereinheitlicht. Oft wird der Standard mit der USB-Verbindung am PC verglichen: Beide Schnittstellen sind seriell und herstellerübergreifend. Über USB sowie über IO-Link sind sowohl Signale als auch Energie übertragbar. Beide Standards sind zudem bidirektional – für IO-Link bedeutet dies, dass sich sowohl Aktorik als auch Sensorik mit dem Standard anbinden lassen. Zentraler Vorteil von IO-Link ist die Kommunikationsfähigkeit: Sensoren und Aktoren können über IO-Link gleichermaßen Informationen senden und empfangen. So wird aus der Einweg-Informationsübertragung bidirektionale Kommunikation. Dies erlaubt den Zugriff auf Parameter und Daten, die den Steuerungen bislang verschlossen blieben oder sich nur über proprietäre Systeme oder direkt am Sensor auslesen ließen.

Alles in allem bietet der Kommuni­kationsstandard zahlreiche Vorteile – ­allem voran reduzierte Maschinenkosten, effizientere Produktionsprozesse und eine verbesserte Verfügbarkeit von Maschinen und Anlagen.

Kostensparer IO-Link

IO-Link öffnet den Weg zu All-in-One-Lösungen, da sich verschiedene Ausgangsvarianten von Sensoren durch ein einziges IO-Link-Gerät abbilden lassen. Diese sind nur selten teurer als Standard-Sensoren: Erstens, weil viele Sensoren ohnehin bereits auf Basis von Mikroprozessoren arbeiten und IO-Link einfach eine Schnittstelle zur Kommunikation mit diesen Prozessoren schafft. Zweitens sparen sich Hersteller und Kunden die Kosten für Displays und Taster am Sensor selbst, da die Sensoren über IO-Link parametrierbar sind. Auch unterschiedliche Feldbusmodule für digitale und analoge Ein- und Ausgänge oder andere Signalformen lassen sich einheitlich durch IO-Link-Module ersetzen. Dies reduziert nicht nur Lagerhaltungskosten, sondern ist vor allem bei analogen I/Os günstiger als die klassische Lösung.

Über den induktiven Koppler ­(gelbe Kappen) und den I/O-Hub werden die Signale des Presswerkzeugs an die Steuerung übertragen.

© Turck

Mit IO-Link reduzieren Anwender zudem die Kosten für die Anschlusstechnik: Statt teure mehrpolige oder speziell geschirmte Leitungen für ­analoge Signale einzusetzen, sind durchgehend einfache Standard-Dreidrahtleitungen verwendbar. Schon ab einer geringen Anzahl von I/Os ­lohnen sich IO-Link-fähige Signal­verteiler für digitale Ein- und Aus­gänge, sogenannte I/O-Hubs. Diese übertragen bis zu 16 Schaltsignale gebündelt über ein IO-Link-Signal zur Steuerung. Damit sind auch bestehende digitale Feldgeräte leicht an IO-Link-Master anzubinden. Aber: Trotz dieser Möglichkeiten ist IO-Link kein Ersatz für Feldbuslösungen, sondern oft sinnvolle Ergänzung.

Auch im Engineering und bei der Montage sparen Maschinenbauer Aufwand und Kosten: Werden Multipol-Kabel und Passiv-Verteiler zur Anbindung mehrerer Sensoren und Aktoren verwendet, müssen Anwender sorgfältig planen und nachhalten, welcher Sensor über welche Leitung angeschlossen ist – ein Arbeitsschritt, der nicht nur zeitaufwendig, sondern auch fehleranfällig ist. Da mittels IO-Link jeder Sensor oder Aktor – analog wie digital – über eine Standardleitung angebunden wird, vereinfachen sich Dokumentation und E-Planung deutlich. Bei Verwendung des ‚I/O-Hub‘ von Turck lässt sich dieser Vorteil auch mit nicht IO-Link-fähigen digitalen Sensoren und Aktoren nutzen.

Wartung vereinfacht

Das Rundfahr­geschäft ‚Flying Fish‘ setzt Linearwegsensoren von Turck ein. Dabei wird der Zustand des Positionsgebers über IO-Link überwacht.

© Turck

Die erweiterten Informationen durch IO-Link erlauben daneben eine vorausschauende Wartung und Asset Mana­gement. Durch den Zugriff auf bislang interne Daten von Sensoren – beispielsweise Temperaturdaten von Linear- oder Ultraschallsensoren – kündigen sich Sensor-Ausfälle oder auch Kabelbrüche frühzeitig an. So kann der Austausch von Komponenten geplant erfolgen, bevor eine Maschine oder Anlage durch einen Geräteausfall spontan außer Betrieb gesetzt werden muss. Alternativ können Anlagenbetreiber warten, bis ein Gerät, das schon länger am Limit arbeitet, tatsächlich defekt ist, und diesen Anlagenstillstand nutzen, um weitere Geräte auszutauschen, die das Ende ihrer Betriebszeit mittels Diagnosedaten bereits ankündigen. Ein weiteres Plus: Da die Steuerung den neuen Sensoren die Parametersätze automatisch zuweisen kann, lässt sich der eigentliche Gerätetausch auch von geringer qualifizierten Mitarbeitern durchführen. Bei den ­induktiven Linearwegsensoren von Turck beispielsweise lassen sich über IO-Link erweiterte Diagnosedaten zum Zustand des Positionsgebers ausgeben. So können Warnmeldungen ­erfolgen, wenn der Positionsgeber nicht im Messbereich oder im Grenzbereich liegt.

Durch die Möglichkeit, mit den ­Sensoren zu kommunizieren, lassen sich zum Beispiel Verschmutzungen ­optischer Sensoren im laufenden Produktionsprozess kompensieren. Falls die Schaltschwellen nicht mehr stimmen, sind sie per IO-Link über die Steuerung nachjustierbar. So kann ein durch Verschmutzung dejustiertes Sensor­signal leicht neu gesetzt werden. Bei nächster Gelegenheit muss der Sensor gereinigt und die Schaltschwelle wieder auf den ursprünglichen Wert zurück­gesetzt werden.

Wie bereits erwähnt, vereinfacht IO-Link den Sensortausch aufgrund eines Defekts erheblich, insbesondere bei parametrierbaren Geräten. Die SPS hat die Parameterdaten gespeichert und spielt dem neuen Sensor die bewährten Parameter einfach auf, wenn im System die IO-Link-Version 1.1 genutzt wird und der Sensor ebenfalls V1.1 spricht. Diese Möglichkeit zahlt sich ferner bei Produktionswechseln aus, wenn Sensoren reihenweise neu zu parametrieren sind: Statt jeden einzelnen Sensor vor Ort zu teachen, lassen sich Schaltschwellen, Verstärkung, Empfindlichkeit oder andere Parametersätze für ganze Gruppen von Sensoren zentral ändern. In der SPS werden diese Prozesse dokumentiert.

Bei Werkzeugwechseln an Pressen oder Robotern macht IO-Link die Produktion auf zweierlei Weise sicherer und effizienter: Neben der automatischen Änderung der Sensorparameter beim Werkzeugwechsel lassen sich die Wechselwerkzeuge identifizieren, wodurch sich die zusätzliche Installation einer RFID- oder Barcode-Lösung erübrigen kann. Über IO-Link-fähige Passiv-Verteiler wie den I/O-Hub von Turck ist dies standardmäßig möglich, da die Geräte über einen sogenannten ‚Application Specific Tag‘ verfügen, den der Anwender je nach Werkzeug individuell beschreiben kann. Die Steuerung liest den Tag im laufenden Prozess aus und identifiziert das Werkzeug über den Tag.

IO-Link in der Anwendung

Einige der Pluspunkte von IO-Link zahlen sich für Anwender in der Industrie schon heute aus. In Presswerken von Automobilherstellern beispielsweise leisten induktive Koppler von Turck berührungslos die Energie- und Datenübertragung zwischen Presse- und Presswerkzeug. Dabei erfolgt die Datenübertragung zwischen den Koppler-Elementen via IO-Link. Da das Presswerkzeug nicht nur Sensoren, sondern auch Aktoren trägt, die angesteuert werden, kommt hier die IO-Link-Stärke einer bidirektionalen Verbindung zum Tragen:

Wird das Primärteil des induktiven Kopplers an einen IO-Link-Master angeschlossen, sind die Daten von messenden IO-Link-Sensoren ­bidirektional übertragbar.

© Turck

 Ohne IO-Link müssten digitale Eingangs- und Ausgangssignale vor Ort am Werkzeug einzeln eingesammelt werden; bislang übernehmen dies zumeist Passiv-Verteiler mit Multipol-Kabeln. Mechanische Steckverbinder am Wechselwerkzeug sind jedoch teuer und aufwendig zu konfektionieren. Zusätzlich verschleißen die Stecker schnell, was abermals zu Buche schlägt und zu Stillstandszeiten der Anlage führt. Mit der Kombination aus berührungslosem induktivem Koppler und I/O-Hub von Turck kann der Anwender sämtliche Sensor- und Aktorsignale kostengünstig und zeitsparend anbinden.

Ebenfalls in der Automobilindustrie wird die Möglichkeit zur Identifikation der I/O-Hubs genutzt: So werden auf einer Produktionsstraße Skids mit Automobilkarossen über den daran angebrachten I/O-Hub identifiziert. Neben der Identifikation werden in diesem Beispiel Sensordaten sowie Energie über den induktiven Koppler übertragen und an jeder Produktionsstation berührungslos angekoppelt.

Ein weiteres Beispiel liefert das Rundfahrgeschäft ‚Flying Fish‘ der ­Firma Zierer. Hier erfassen Linear­wegsensoren von Turck den Hub von Seitenarmen. Der Anwender kann über IO-Link neben der Parametrierung des Messbereiches des analogen Ausgangssignals die Möglichkeit nutzen, zusätzliche Diagnosedaten abzurufen. Der Sensor meldet über IO-Link, wenn sich der Positionsgeber nicht mehr im Erfassungsbereich befindet. In ­diesem Fall führt das Fahrgeschäft eine Sicherheitsroutine durch. Weitere Diagnosedaten sind über die Steuerung abrufbar. In dieser Anwendung hilft ­IO-Link, die Fahrgastsicherheit zu ­erhöhen.

Autor: Sai Sridhavan ist Produktspezialist für Positions- und Näherungssensoren und Koordinator IO-Link bei Turck in Mülheim.