Warum noch warten? IO-Link bietet als standardisierte Schnittstelle zahlreiche Vorteile

Auf zahlreichen IO-Link-Multi­vendor-Shows im In- und Ausland konnten sich Messebesucher vom reibungslosen Zusammenspiel unterschiedlicher Geräte und Komponenten unter IO-Link überzeugen. Das Angebot an IO-Link-fähigen Sensoren und Aktoren und den dazugehörigen Anschlussboxen für die Feldbusanbindung wächst genauso stetig wie die Anzahl der heute bereits realisierten Applikationen. Längst ist IO-Link seinen Kinderschuhen entwachsen und auf dem Weg, eine richtige Erfolgsstory zu werden. Vorteile von IO-Link Neben der einfachen Handhabung sind es vor allem die großen Einsparpotenziale bei der Maschinenverkabelung sowie eine deutlich vereinfachte Diagnose und Parametrierung IO-Link-fähiger Sensoren und Aktoren, die immer mehr Maschinenbauer davon überzeugt haben, IO-Link auf Maschinenebene einzusetzen. Sie mobilisieren für sich auf diese Weise Kosteneinsparpotenziale, die zu einer besseren Wettbewerbsfähigkeit führen. Mit IO-Link wird erstmals der Kommunikationsengpass zwischen der Steuerungs- und Prozessebene aufgebrochen. Dadurch wird die Kommunikation nicht nur durchlässiger, der gesamte Daten- und Signalaustausch gestaltet sich fortan auch einfacher und transparenter. Der neuen seriellen Schnittstelle genügt für alle Übertragungsaufgaben ein gewöhnliches, ungeschirmtes, dreiadriges Standardkabel. Der Clou dabei: IO-Link ist auch noch abwärtskompatibel zu sämtlichen Standardsensoren und unempfindlich gegenüber Störeinflüssen. Geschirmte Sonderkabel entfallen ebenso wie zusätzliche Anschaltboxen. Das vereinfacht den Installationsprozess erheblich, weil die Maschinenverkabelung nun nur noch einen Bruchteil der Zeit in Anspruch nimmt. Diagnose und Parametrierung Mit IO-Link lassen sich die gesamten Parametersätze zentral erfassen, dokumentieren und im Bedarfsfall von der Steuerung über Funktionsbausteine in die Feldgeräte laden. Im Servicefall bedeutet dies: Der Anlagenbetreiber tauscht den IO-Link-Sensor aus, dieser identifiziert sich über IO-Link und bezieht in Sekundenbruchteilen seine Parametrierung unmittelbar von der Steuerung. Er steht sofort der Anlage zur Verfügung (Bild 2). Fehler lassen sich auf diese Weise effizient vermeiden. Der mikroprozessorgesteuerte Sensor übernimmt dann typischerweise einen Teil der Prozessvorverarbeitung und entlastet Steuerung und Netzwerk. Dies steigert die Verfügbarkeit und Produktivität der Anlagen. Mit IO-Link kann der Maschinenbauer erstmals auch bei diagnosefähigen Sensoren und Aktoren transparente und durchgängige Diagnosekonzepte bis auf Prozessebene realisieren: Während der Betreiber früher Quelle und Ursache von Störungen im Feld oft mühselig recherchieren musste, genügt jetzt ein modernes Diagnosetool auf der Steuerungsebene. Störungen und andere Ereignisse lassen sich punktgenau erkennen und einer statistischen Auswertung zuführen. Condition Monitoring und Ferndiagnose sind einfach zu realisieren. Installationsvereinfachung Beachtlich ist das Zeit- und Kosteneinsparpotenzial auch bei der Maschinenverkabelung. Der Platzbedarf für konventionelle Verkabelung und Schaltschränke übertrifft heute noch häufig den Bauraum der Handhabungstechnik. Die Kosten für Arbeitszeit und Material der Signalübertragung innerhalb der Maschine übersteigen fast regelmäßig die Beschaffungskosten aller angeschlossenen Sensoren und Aktoren. Mit IO-Link ändert sich das: Einfach steckbare Verbindungen und kostengünstige Dreidrahtleitungen ersetzen aufwendig zu verdrahtende Multipolkabel. Die Erfahrung zeigt, dass solche Anlagen schnell und fehlerfrei verkabelt sind. Messende Sensoren unter IO-Link Dies gilt insbesondere für Sensoren und Aktoren mit analoger Schnittstelle. Die Übertragung analoger Signale ist mitunter problematisch, umso mehr, je höher die geforderte Auflösung und die zu überbrückende Entfernung ist. Ohne zusätzliche Maßnahmen, wie speziell gefertigte Kabel, ist eine störungsfreie Signalübertragung über größere Strecken kaum zu erzielen. Für den Anschluss messender Sensoren bietet IO-Link zwei interessante Alternativen: Bei der einen ist es möglich, die vorhandenen Sensoren mit analoger Schnittstelle auf kürzestem Weg mit Sensor-Hubs zu verbinden, die direkt neben den analogen Sensoren platziert werden. Bis zu vier Analogeingänge und acht Binäreingänge können diese Sensor-Hubs auf einen einzigen seriellen IO-Link-Kanal bündeln, für dessen störungsfreie Übertragung dann eine einfache ungeschirmte Dreidrahtleitung genügt. Bei der anderen Alternative verwendet man messende Sensoren, z.B. Drucksensoren oder frei positionierbare Aktoren, mit IO-Link-Schnittstelle. Dann können die Geräte über eine ungeschirmte dreiadrige Standardleitung direkt mit einem IO-Link-Steckplatz der Anschaltbaugruppe verbunden werden. Neben zusätzlichen Möglichkeiten der Datenübertragung, etwa für Parametrierung und Diagnose, ergeben sich dann auch deutliche Kostenvorteile, denn nicht nur die Installationskosten, sondern auch die Beschaffungskosten sind für messende Sensoren unter IO-Link regelmäßig geringer als bei herkömmlichen Geräten. Schließlich weisen sie in der Regel ohnehin einen Mikroprozessor auf, der mittels einfacher Treiberstufe direkt die serielle IO-Link-Schnittstelle ansteuern kann, während bei der analogen Lösung vergleichsweise teure A/D- und D/A-Wandler erforderlich sind. Analoge und binäre Signale Häufig verfügen leistungsfähige Geräte über eine Kombination von analogen und binären Signalen. Typische analoge Signale sind beispielsweise kontinuierliche Messwerte wie z.B. Druck-, Durchfluss- oder Temperaturwerte. Typische binäre Signale bei messenden Sensoren sind etwa Triggersignale zur Messwerterfassung oder Schaltausgänge mit parametrierbarer Schaltschwelle. Ein solcher Sensor ist beispielsweise der Laser-Distanzsensor BOD 63 M von Balluff. Mit ihm lässt sich kontinuierlich die Entfernung zu einem bestimmten Objekt ermitteln und an seinem Analogausgang mit 4 bis 20mA oder 0 bis 10V ausgeben. Zwei unabhängige Schaltausgänge, eine Verschmutzungsanzeige sowie eine separate Leitung zur programmgesteuerten Abschaltung des Lasers ergänzen das Funktionsspektrum des Lasers. Bei herkömmlicher Installationsart werden solche Geräte über eine mehradrige, geschirmte Steuerleitung angeschlossen. Dies ist jedoch sehr aufwendig, denn die Anbindung an eine Feldbus-Anschaltbaugruppe oder eine SPS-I/O-Baugruppe erfordert die Aufsplittung in Einzelleitungen für jedes Schalt- und jedes Analogsignal. Klemmenkasten und Reihenklemmen sind dadurch als Rangierverteiler unvermeidlich, um von Geräten nach Schnittstellen-Steckplätzen umzusortieren. Arbeitsaufwand und Materialkosten übersteigen bei dieser Installationsart dann oft die Kosten der Automatisierungsgeräte. Geräte mit einer IO-Link-Schnittstelle erfordern lediglich ein 3-adriges ungeschirmtes Standard-Sensorkabel. Messwerte und Meldungen werden ohne Zusatzleitungen über die IO-Link-Verbindung übertragen. Für die übergeordnete Anbindung sind bis zu diesem Punkt dann weder eine teure Feldbusanbindung noch ein vieladriges geschirmtes Sonderkabel erforderlich. Seriell statt parallel Auch bei mehrkanalig binären Geräten wie kleinen Bedieneinheiten, Reihengrenztastern (Bild links) mit mehreren Schaltstellen oder auch Leuchtanzeigen mit und ohne Lampenüberwachung bietet der Einsatz von IO-Link besondere Vorteile. An die Stelle einer eigenen Litze für jede Schaltstelle und aufwendiger paralleler Verdrahtung bis an den Schaltschrank tritt eine einfache, ungeschirmte Dreidrahtleitung bis zum IO-Link-Port der Schnittstellen-Baugruppe. Damit wird die aufwendige parallele Datenübertragung durch eine schlanke serielle IO-Link-Datenübertragung ersetzt. Fazit IO-Link hat sich von einer kommunikationsfähigen Schnittstelle für komplexe Feldgeräte zu einem Installationssystem für alle Gerätetypen und Schnittstellenarten der Sensor-Aktor-Ebenen entwickelt. Eine einfache Standard-Dreidrahtleitung ohne Zusatzleitungen genügt für die Parametrierung und Diagnose von Feldgeräten. Weitere Einsparungen hinsichtlich Zeit und Material resultieren beim Anschluss von Teilnehmern mit Analogsignalen, mehrkanaligen Parallelverkabelungen sowie seriellen proprietären Schnittstellen. Auch für binäre und analoge Standardsensoren ist der Beweis erbracht, dass sie sich kostengünstig und schnell mittels IO-Link-Sensorhubs einbinden lassen.