Vorteile durch den Umstieg auf digitale Sensorkommunikation

Um dieser Frage nachzugehen, muss man ein wenig in die Historie zurückblicken. Man stellt fest, dass anfänglich IO-Link von einigen Anbietern als neuer Feldbus angepriesen wurde und damit sofort die Frage aufkam, wo sich denn IO-Link im Vergleich zu AS-i, CAN, Profibus usw. positionieren will. Das war aber nicht die technische Zielrichtung von IO-Link und führte in der öffentlichen Wahrnehmung zunächst zu einem völlig falschen Bild und vielen vermeidbaren Diskussionen. Nach diesem aus Vermarktungssicht etwas holprigen Start ist man inzwischen aber auf einem guten Weg. IO-Link ist nämlich kein Bus sondern vielmehr eine digitale serielle Punkt-zu-Punkt-Verbindung und steht im Wettbewerb zu klassischen analogen Schnittstellen wie 4 bis 20mA oder 0 bis 10V auf der einen Seite und etablierten aber aufwändigen seriellen Punkt-zu-Punkt­Schnittstellen wie RS232 und RS422 auf der anderen Seite. IO-Link ist eine multifunktionale und schnelle serielle Schnittstelle von der applikationsnah montierten E/A-Box zum Sensor oder Aktuator, gleichsam die letzte Meile der Verdrahtung in der Automatisierungspyramide. Somit ist IO-Link der Kommunikationsstandard für Feldgeräte mittlerer Komplexität. IO-Link senkt Kosten Die Anschaltung von Sensoren, die mehr liefern als ein einfaches binäres Schaltsignal, wird durch IO-Link günstiger. Dabei handelt es sich zum einen um Analogsensorik, die heute typischerweise mit einer 4 bis 20mA Schnittstelle ausgerüstet ist. Zum anderen reden wir von Sensoren, die zudem noch über eine Parametrierschnittstelle verfügen, die in der Regel mittels einer seriellen Schnittstelle (wie z.B. RS232) realisiert ist. Beides benötigt neben dem üblicherweise teureren analogen Sensor noch zusätzlich ein abgeschirmtes Kabel und im Falle der Parametrierung auch noch zusätzliche Adern für die serielle Schnittstelle, was Sensor und Kabel verteuert. Zudem müssen auf Steuerungsseite ein Analog-Eingang und möglicherweise zusätzlich noch ein serieller Eingang vorhanden sein. Mit IO-Link wird das alles durch einen Standardsensor mit IO-Link-Schnittstelle und einem einfachen, nicht geschirmten 3-adrigen Standard-Verbindungskabel abgedeckt. Beides ist deutlich preisgünstiger als die heutige Lösung. Zudem wird der IO-Link-Eingangskanal von den meisten SPS-Herstellern inzwischen knapp unterhalb des Preises für einen Analogkanal angeboten, sodass sich in der Summe eine erhebliche Kostenersparnis bereits beim Einkauf der Komponenten ergibt. Mittelfristig führt dies dazu, dass es keine Unterscheidung zwischen analogen und binären Sensoren mehr geben wird. Der Standardsensor wird eine IO-Link Schnittstelle beinhalten und auf dem Preisniveau des bisherigen binären Sensors liegen. Mehr Anwendungsfälle für komplexe Sensoren Die rasante Entwicklung hin zu mehr Funktionalität im Feldgerät führt dazu, dass Geräte dieser mittleren Komplexitätsklasse stärker nachgefragt werden und somit auch preislich attraktiver werden. In der industriell benutzten Sensorik ist zudem ein klarer Trend zum analogen Messwert statt einer rein binären Positionsabfrage zu erkennen, unter dem Slogan Messen statt Tasten zusammengefasst. Die Auswertung eines Sensormesswertes erlaubt nämlich sehr viel effektivere Steuerungskonzepte als nur die Überwachung eines Schwellwertes. Voraussetzung ist dafür allerdings, dass der Messwert preiswert, sicher und schnell zur Steuerung übertragen werden kann. IO-Link ist funktional die ideale Schnittstelle in diesem Umfeld. Zudem ist IO-Link auf Sensorseite relativ preiswert und es gibt bislang kein alternatives oder gar vorteilhafteres Konzept am Markt. Darüber hinaus ist IO-Link voll abwärtskompatibel zum binären Schaltausgang, sodass eine Migration sowohl für die Sensorhersteller als auch den Anwender leicht möglich ist. IO-Link bietet die einzigartige Chance, die komplette Sensorwelt vom einfachen Binärschalter bis hin zum komplexen Vision-Sensor mit nur drei weltweit standardisierten Schnittstellen zu bedienen. Für den Binärschalter ist das der binäre Schaltausgang, für die komplexen Sensoren ist das Ethernet und für den Rest der Sensorik eben IO-Link. Durch die internationale Standardisierung in der IEC61131-9 wird der Status von IO-Link als herstellerunabhängige Schnittstelle festgeschrieben. Das garantiert die Kompatibilität der Geräte verschiedener Hersteller und die Kontinuität der Spezifikation, die wiederum Vorrausetzung für den Schutz der Investitionen von Anwendern in IO-Link sind. Zentrale Datenhaltung – lokale Funktionalität Die Tatsache, dass bei IO-Link Prozess- und Parameterdaten zeitgleich über eine Leitung übertragen werden, eröffnet vielfältige Möglichkeiten für das Steuerungsdesign. So können z.B. Schaltschwellen für die Sensorik zusammen mit anderen Konfigurationsparametern zentral in der Steuerung verwaltet und archiviert werden. Bei einer Produktumstellung der Maschine oder auch im Fall des Austauschs eines Sensors werden diese zentral archivierten Parametersätze wieder in den Sensor geladen. Eine manuelle Parametrierung des Sensors entfällt komplett. Das spart Zeit und reduziert Fehlermöglichkeiten. Letztendlich hilft IO-Link damit die Lifecyle-Kosten deutlich zu reduzieren. Ohne Zusatzaufwand können Sensoren jetzt Messwertinformationen, Schaltsignale oder zusätzliche Statusinformationen wie z.B. Signalqualität innerhalb eines Prozessdatums übermitteln. Damit kann die Steuerung je nach Anforderung flexibel auf die für die jeweilige Anwendung benötigte Information zugreifen. So steht z.B. neben den im Sensor generierten Schaltsignalen der gemessene Abstand für weitergehende Steuerungsaufgaben zur Verfügung. Die Grenzen zwischen binärer und messender Sensorik verschwimmen somit zunehmend. Migration leicht gemacht Selbst wenn in einer Steuerungsumgebung IO-Link noch nicht unterstützt wird, kann der Einsatz von IO-Link Sensoren durchaus sinnvoll sein und zur Kostenreduzierung beitragen. IO-Link ist voll abwärtskompatibel zum binären Schaltausgang. Das heißt, ein IO-Link Sensor lässt sich ohne Probleme an einem konventionellen digitalen SPS-Eingang betreiben, liefert dementsprechend natürlich nur ein Schaltsignal. Der Sensor kann jedoch komfortabel über IO-Link als Offline-Parametrierschnittstelle konfiguriert werden. Mittels eines kleinen Adapters lässt sich jeder IO-Link-Sensor per PC über standardisierte Tools und der bei allen IO-Link-Geräten verfügbaren und standardisierten Gerätebeschreibung IODD (IO Device Description) ganz einfach parametrieren. Über gespeicherte Parametersätze können Sensoren schnell und fehlerfrei \’geklont\‘ werden. Die manuelle und zeitaufwändige Einstellung über Bedienelemente entfällt. Damit kann die Einführung von IO-Link in kleinen überschaubaren Schritten erfolgen und die Zukunftssicherheit ist in jedem Schritt gewährleistet. Die ansonsten bei technologischen Migrationen notwendige Phase einer doppelten Lagerhaltung entfällt. Das vereinfacht den Einstieg in IO-Link und spart Kosten. Transparente Integration Aus Sicht der Steuerungen bedeutet IO-Link ebenfalls eine Reduzierung der Schnittstellenvielfalt und damit erhebliche Kosteneinsparungen. Per DTM (Device Type Manager) oder der Gerätebeschreibung IODD kann ein IO-Link Gerät zudem ganz einfach transparent in die Steuerung eingebunden werden. Die Projektierung ist nicht komplizierter als die eines Sensors mit 4 bis 20mA Schnittstelle, durch IO-Link eröffnen sich aber neben erweiterten Einstellmöglichkeiten zur flexiblen Anpassung an die jeweilige Anwendung auch vielfältige Diagnosemöglichkeiten. So erkennt die Steuerung, wenn im Austauschfall ein falscher Sensor angeschlossen wurde, da dieser sich über IO-Link bei der Steuerung mit seiner Kennung meldet. Dies ist mit einem herkömmlichen 4 bis 20mA Sensor natürlich nicht möglich. Bei entsprechender Auswertung der Sensorparameter kann die Steuerung zudem eine sehr dezidierte Fehlerdiagnose durchführen und bei Projektierung und Wartung gute Dienste leisten. Betrachtet man diese Vorteile, so kann man sagen, dass die vermehrte Verwendung von analogen Sensoren die Einführung von IO-Link geradezu erfordert, will man die Kosten bei Inbetriebnahme und Wartung im Griff halten und den vollen Nutzen moderner Sensoren schöpfen. Die in diesem Beitrag genannten Vorteile haben die meisten Hersteller in der Automatisierungstechnik verstanden und arbeiten deshalb mit Hochdruck am Ausbau eines Produktportfolios von Sensoren und Aktoren mit IO-Link. Schon jetzt ist ein breites Angebot unterschiedlicher Komponenten mit IO-Link auf dem Markt erhältlich, sodass der Einstieg in diese zukunftsweisende Technologie jetzt angegangen werden kann. Insofern dürfen wir davon ausgehen, dass IO-Link schon in naher Zukunft zum Kommunikationsstandard für Sensoren mittlerer Komplexität werden wird.