Bei modernen Sensoren ist die Integration gerätegebundener Einstell- und Anzeige-Elemente aus Platz- und Kostengründen kritisch. Abgesehen davon sind Sensoren in der Anwendung häufig schlecht zugänglich und der Nutzen solcher Elemente damit sowieso gering. SmartBridge setzt an diesem Punkt an und nutzt Smartphones und Tablets als Bedien- und Anzeige-Einheiten für Sensoren. Die Grafik-Möglichkeiten dieser Geräte gepaart mit intuitiven Bedienkonzepten werden genutzt, um Sensordaten und Parameter übersichtlich darzustellen, zu verändern, zu archivieren oder zu dokumentieren – während sich die Sensoren unter Echtzeit-Bedingungen in der Anwendung befinden.

Im Detail besteht SmartBridge aus einem Drahtlos-Adapter sowie einer App für die Mobilgeräte. Der Drahtlos-Adapter dient dazu, Sensordaten abzugreifen und für die Mobilgeräte drahtlos aufzubereiten. Die Mobil­geräte selbst werden durch die App zu komfortablen Service- und Be­dienwerkzeugen. Der Adapter ist in Schutzart IP65 ausgeführt und mit den in der Sensorik üblichen M12-Steckverbindern ausgerüstet. So lässt er sich direkt in Sensor-Zuleitungen einschleifen, über die auch die Stromversorgung erfolgt.

Bluetooth 4.0 dient der drahtlosen ­Datenübertragung zum Mobilgerät. Abweichend zu Vernetzungslösungen wie zum Beispiel WLAN wird dabei lediglich eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen Mobilgerät und Adapter aufgebaut, weitere Teilnehmer sind an der Kommunikation nicht beteiligt, der Sensor ist nicht Teil eines angreifbaren Netzwerkes.

Zur eindeutigen Identifikation wird im Adapter sowohl ein Name als auch ein Passwort für die drahtlose Ver­bindungsaufnahme nichtflüchtig gespeichert; beide kann der Anwender verändern. Darüber hinaus ist eine ­Micro-SD-Karte im Adapter integriert. Mit der Logging-Funktion lassen sich auf ihr Sensordaten über längere Zeiträume hinweg speichern, ohne dass eine Verbindung zu einem Mobilgerät nötig ist. Zum Auslesen der Micro-SD-Karte ist eine USB-Schnittstelle am Adapter vorgesehen. Zudem ist die Micro-SD-Karte zum Speichern von Sensor-Parametrierungen verwendbar, um diesen Datensatz auf einen anderen Sensor identischen Typs aufzuspielen (Kloning). Ein abnehmbarer Deckel schützt Speicherkarte und USB-Anschluss.

Kommunikation via IO-Link

Darstellung von Sensordaten mit der SmartBridge-App: Hier hat der SmartBridge-­Adapter eine drahtlose Bluetooth-Verbindung zu Mobilgeräten aufgebaut.

© Pepperl + Fuchs

Zur Kommunikation mit den Sensoren dient das IO-Link-Protokoll. IO-Link ermöglicht eine Übertragung von Daten und Parametern von und zum Sensor über die bereits bestehende 3/4/5-Draht-Verbindung rückwirkungsfrei und parallel zum binären Schalt- oder analogen Ausgangssignal. Zusätzliche Steckverbinder oder Kabel sind überflüssig.

Durch das Aufsetzen auf den IO-Link-Standard ist SmartBridge vollkommen herstellerunabhängig und für alle IO-Link-konformen Sensoren einsetzbar.

Die SmartBridge-App läuft auf Tablets und Mobiltelefonen mit den Betriebssystemen iOS und Android in unterschiedlichen Bildschirm-Auf­lösungen. Nach dem Starten der App werden auf einem 'Connect'-Screen alle in Reichweite befindlichen Sen­soren mit dem Namen des Adapters und dem ­angeschlossenen Sensortyp aufge­listet. Einer der aufgelisteten Sensoren kann dann für einen Ver­bindungsaufbau ausgewählt werden. Nach erfolgreichem Verbindungsaufbau erscheinen für den Sensortyp ­spezifische Ansichten auf dem Mobilgerät. In übersichtlicher Anordnung werden Parameter und Messwerte ­numerisch oder mit grafischen Elementen wie Skalen oder Schiebe­reglern dargestellt. Der Inhalt dieser Ansichten wird für jeden Sensortyp in einem Satz von Beschreibungsdateien festgelegt, die parallel zur App auf dem ­Mobilgerät gehalten werden. Ein ­solcher Datensatz besteht aus der IO Device Description (IODD) gemäß IO-Link-Spezifikation und einem zusätzlichen Display Descriptor. Über eine Update-Funktion lassen sich Beschreibungs-Dateien nachladen und so der Einsatzbereich um zusätz­liche Sensortypen erweitern.

Sicherheit durch ­Authentifizierung

Sensortyp-spezifische Ansichten: In übersichtlicher Anordnung werden Parameter und ­Messwerte numerisch oder mit grafischen Elementen wie Skalen oder Schiebe­reglern dargestellt.

© Pepperl + Fuchs

Um unbefugte Zugriffe auf den Adapter zu verhindern, erfolgt beim Verbindungsaufbau eine Authentifizierung über das im Adapter sowie auf der App ge­speicherte Passwort. Dabei wird ein  Challenge-Response-Verfahren mit SHA2-verschlüsseltem Passwort-Austausch angewendet. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass nur berechtigte Mobilgeräte auf einen Adapter zugreifen können.

Grundsätzlich unterstützt der SmartBridge-Adapter mehrere Betriebsarten für unterschiedliche Use-Cases:

Als IO-Link-Master übernimmt er zum einen das Parametrieren be­ziehungsweise Konfigurieren und Testen von Sensoren mit oder ohne angeschlossener Steuerung. Zum anderen überträgt er Konfigurationen von einem Sensor auf andere baugleiche Einheiten (Kloning). Als IO-Link-Monitor sorgt er für die Darstellung von Parametern sowie Mess- und Diagnose-Daten im Betrieb eines Sensors an einer IO-Link-Steuerung. Darüber hinaus lässt er sich für das Logging nutzen, indem er die kontinuierliche Langzeit-Aufzeichnung von Sensorwerten zur nachträglichen Analyse zum Beispiel sporadisch auftretender Effekte übernimmt.

Brücke ins Internet

SmartBridge nutzt zur Kommunikation mit den Sensoren die Bluetooth-Schnittstelle der Mobilgeräte. Parallel verfügen diese Geräte über WLAN und eventuell auch einen Mobilfunk-Zugang, worüber sich eine Verbindung ins Internet aufbauen lässt. Damit stehen im Internet erreichbare Server und Dienste bereit und können direkt mit SmartBridge verknüpft werden. So ist es möglich, gezielt Zusatzinformationen zu spezifischen Sensoren – etwa Datenblätter oder Applikationsdaten – von Servern der Sensor-Hersteller zu laden. Oder reale Sensordaten lassen sich mit simulierten Werten vergleichen.

Die Integration solcher Dienste als ­direkte Funktionen in die App ist als ­einer der nächsten Entwicklungsschritte vorgesehen.

Autor:
Benedikt Rauscher ist Entwicklungsgruppenleiter IVC im Geschäfts­bereich Fabrikautomation bei Pepperl+Fuchs in Mannheim.