10.12.2019

IO-Link-Master mit OPC-UA-Schnittstelle

Vom Sensor in die Cloud

Die Kombination der Sensorschnittstelle IO-Link mit dem Kommunikationsstandard OPC UA in einem Gerät soll für eine lückenlose Kommunikation vom Sensor bis in die Cloud sorgen. Wurden bisher lediglich Schaltsignale von Sensoren an übergeordnete Systeme weitergegeben, können durch IO-Link nun auch zusätzliche Informationen zur Identifikation, Diagnose und Parametereinstellungen ausgetauscht werden. Über OPC UA gelangen diese Daten nun einfach bis in die Cloud, wodurch moderne IoT-Kommunikationslösungen ermöglicht werden.


Funktionalität auf einen Blick

• IO-Link-Master mit OPC-UA-Schnittstelle

• Durchgängige Kommunikation vom Sensor

in die Cloud

• Hybride Steuerungssysteme

• Stand-Alone-Betrieb ohne SPS

• Vollständig webbasiertes Konfigurationskonzept

Im Idealbild von Industrie 4.0 sind die strikten Hierarchien der Prozesssteuerung vollständig aufgehoben. Produktionsprozesse können von überall her gesteuert werden und ein Zugriff auf sämtliche Daten bis in die unterste Sensorebene ist jederzeit möglich. Hierfür müssen allerdings auch die alle Ebenen durchgängig und sicher vernetzt werden. Hier setzt Pepperl+Fuchs mit der Kombination von IO-Link und OPC UA in einem Gerät an.

IO-Link schließt letzten Meter

IO-Link ist eine gemäß IEC61131-9 standardisierte Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen einem Master-Gerät, das die Kommunikation steuert, und einem Device, das Prozesswerte auf der untersten Sensor/Aktor-Ebene erfasst bzw. ausführt. Wo bisher lediglich simple Schaltsignale von Sensoren an eine übergeordnete Ebene weitergegeben wurden, können nun auch zusätzliche Informationen zur Identifikation, Diagnose und Parametereinstellungen ausgetauscht werden. Durch die Geräteinformationen die IO-Link dabei bereitstellt, eröffnen sich neue Wege für smarte Applikationen. Ergibt sich z.B. auf der Feldebene ein Problem, so ermöglichen die erweiterten Diagnosedaten eine genaue Einschätzung. Ist ein Austausch notwendig, ist durch die Identifikationsdaten im Handumdrehen bekannt, welches Gerät zu beschaffen ist. Wird das Ersatzgerät dann eingebaut, so können durch die Data-Storage-Funktion der IO-Link-Master alle bisherigen Parametrierungen automatisch in das Austauschgerät übertragen werden.

Kommunikation bis in die Cloud

OPC UA ermöglicht als ethernet-basiertes Kommunikationsprotokoll einen unkomplizierten Weg für die M2M- oder Cloud-Kommunikation und zeichnet sich vor allem durch seine Offenheit aus. Neben der Herstellerunabhängigkeit, umfasst diese auch eine Plattform- und Programmiersprachenunabhängigkeit. Kunden sind also frei, hre Systeme in Umgebungen wie C/C++ oder Java zu programmieren, und auf Windows, Linux oder anderen Betriebssystemen aufzusetzen. Hierbei unterscheidet sich OPC UA maßgeblich von Standards wie Profinet, Ethernet/IP und Ethercat, die aus der Steuerungswelt bekannt sind. Ein weiterer Unterschied liegt allerdings in der Performance-Ausrichtung. Während die steuerungsbasierten Kommunikationsprotokolle vor allem auf Echtzeit und mit Zyklen im Millisekundenbereich ausgerichtet sind, dient OPC UA eher einem parallelen, nicht-zeitkritischen Informationsdatenkanal in die Cloud, welcher weniger harte Anforderungen an die Echtzeit stellt. Ein Nachteil ist das nicht, sondern eher eine kluge Ergänzung.

Smarte Kombination

Pepperl+Fuchs bietet schon lange eine durchgängige IO-Link-Systemlösung bestehend aus Devices und leistungsfähigen Mastern an. Nun kombiniert der Hersteller die Vorteile von IO-Link, ethernet-basierter Feldbusschnittstelle und OPC UA in einem Gerät. So können die neuen Master der ICE2- und ICE3-Serie die umfänglichen IO-Link-Daten parallel und völlig unabhängig voneinander über ein deterministisches Feldbusprotokoll wie Profinet oder Ethernet/IP und OPC UA an übergelagerte Systeme übertragen. In Verbindung mit einem vollständig web-basierten Konfigurationskonzept und der Möglichkeit des Standalone-Betriebs sollen sich so komplett neue Möglichkeiten für die industrielle Kommunikation ergeben.

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Aufgabenteilung zwischen SPS und Cloud

Durch die Kombination von deterministischem Feldbusprotokoll und OPC UA in einem Gerät, können die neuen IO-Link-Master parallel mit einer Steuerung und einem übergelagerten PC-basierten System oder einer Cloud kommunizieren. So sind hybride Systeme möglich in denen die SPS die Applikation über Profinet oder Ethernet/IP in Echtzeit steuert und der IO-Link-Master parallel Zustandsdaten über OPC UA in die Cloud überträgt, die für die Steuerung ohne Belang sind, für eine andere Maschine oder ein zentrales Leitsystem aber wichtig sind. Dadurch wird eine erweiterte Diagnose einschließlich der Vorausfallanzeige und dem Auslösen von Wartungsaktionen ermöglicht. Dabei können die Daten durch ausgelagerte Software in einem lokalen Auswertungstool verarbeitet werden oder ohne Interpretation in die Cloud übertragen werden. Ob die Cloud im Firmennetzwerk oder im Internet lokalisiert ist, unterliegt der Entscheidung des Anwenders, ebenso wie die Vergabe von Zugriffsrechten und damit die Definition des Sicherheitsniveaus.

Betrieb ohne übergeordnete Steuerung

Die Anschaffung echtzeitfähiger Steuerungen mit hoher Leistung ist meist mit hohen Hardware- und Softwarekosten verbunden. Zusätzlich ist das Knowhow von Steuerungsexperten notwendig, die in den spezialisierten Entwicklungsumgebungen zurechtkommen. Für Applikationen, die keine Steuerung im Millisekundentakt benötigen, sind klassische Steuerungen oft überdimensioniert. Hier kommen immer häufiger computerbasierte Systeme zum Einsatz, die immer performanter werden und so die Steuerungsaufgaben zu geringeren Kosten übernehmen können. Durch das komplett web-basierte Konfigurationskonzept der neuen IO-Link-Master können auch diese Lösungen passend umgesetzt werden. Sämtliche Konfigurationen des Masters als auch aller angeschlossenen Devices können über einen Standard-Webbrowser durchgeführt werden, ohne das zusätzliche Software Tools benötigt werden. Nach der Konfigurationen können alle vorgenommenen Einstellungen einfach als separate Datei abgespeichert werden und entweder als Backup oder zum Modul-Cloning verwendet werden.

Fit für Zukunft

Mit den neuen IO-Link-Mastern mit integrierter OPC-UA-Schnittstelle können Kunden sich bereits heute auf die Digitalisierung ihrer Anlagen vorbereiten. Die OPC-UA-Funktionalität kann dabei flexibel und zu jedem Zeitpunkt aktiviert und deaktiviert werden. So können Kunden bereits heute, ohne konkreten Anwendungsfall für OPC UA, ihre Anlagen entsprechend ausstatten und zu einem beliebigen Zeitpunkt in der Zukunft das volle Potential der ICE2-/ICE3 IO-Link Master freischalten. So kann man sich bereits heute auf die Digitalisierung der Zukunft vorbereiten.

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