IO-Link
IO-Link ist eine weltweit standardisierte digitale Kommunikationstechnologie für Sensoren. Die Technologie ermöglicht die durchgängige Kommunikation bis in die unterste Feldebene und die zentrale Verwaltung von Sensorparametern, sodass ein Gerätetausch erleichtert und die Inbetriebnahmezeit reduziert werden. Hier weiterlesen
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Was ist IO-Link?
IO-Link ist eine herstellerunabhängige, weltweit genormte Kommunikationstechnologie, die den Datenaustausch zwischen Sensoren, Aktoren und der SPS erstmals standardisiert. Führende Sensor- und Aktor-Hersteller haben sich zur IO-Link Community zusammengeschlossen, um eine gemeinsame Technologie für die Kommunikation zwischen der Feldebene und übergeordneter Steuerungsebene zu definieren. Das Ergebnis ist das IO-Link Kommunikationsprotokoll. Es ist nach Norm IEC 61131-9 standardisiert und wurde um IO-Link Safety (Norm IEC 61139-2) und IO-Link Wireless (Norm IEC 61139-3) erweitert.
Wie sieht eine IO-Link Systemarchitektur aus?
Ein typischer Systemaufbau besteht aus IO-Link Sensor oder Aktor, einem IO-Link-Master und einem übergeordneten System (SPS). In der Anwendung wird an den IO-Link Ports des Masters jeweils ein Device angeschlossen. Der Master ist entweder direkt in der SPS integriert oder wird im Feld installiert. Im zweiten Fall sendet er die Informationen mittels Profinet, Ethernet-basierten Feldbussen, OPCUA oder anderen Protokollen an die übergeordneten Systeme. IO-Link ermöglicht die durchgängige bidirektionale Kommunikation von der Maschinenebene über die Steuerungsebene bis in die unterste Feldebene.
Wie funktioniert IO-Link?
IO-Link Funktionsweise: IO-Link ist eine leistungsfähige Punkt-zu-Punkt-Kommunikation zwischen einem IO-Link Device und dem IO-Link Master. Der Master dient als zentrale Schnittstelle zwischen Devices und der SPS und regelt den Datenaustausch. Wenn ein IO-Link-fähiges Gerät an einen Master angeschlossen wird, dann wird ein „Wake Up“ Befehl gesendet und aktiviert den IO-Link Betriebsmodus. Der Master tauscht bidirektional Daten mit dem Device über die IO-Link-Schnittstelle aus.
Im IO-Link Standard unterteilt sich der Datenaustausch in zyklische und azyklische Prozessdaten.
Zyklische Prozessdaten werden wiederkehrend und in kurzen Abständen übertragen, die von der Zykluszeit des IO-Link-Geräts abhängen. Zyklische Informationen sind etwa Messwerte eines Sensors oder der Gerätestatus. Diese Informationen dienen zur Steuerung und Regelung der Maschine und werden größtenteils über einen Feldbus zur SPS gesendet und verarbeitet.
Die azyklischen Daten werden nur auf Anfrage des Masters übertragen. Mittels IO-Link-Befehl können Parameter geschrieben und gelesen oder Diagnosedaten ausgelesen werden. Azyklische Daten dienen häufig zur Optimierung von Prozessen und Untersuchung von Störungen.
Im IO-Link Standard unterteilt sich der Datenaustausch in zyklische und azyklische Prozessdaten.
Zyklische Prozessdaten werden wiederkehrend und in kurzen Abständen übertragen, die von der Zykluszeit des IO-Link-Geräts abhängen. Zyklische Informationen sind etwa Messwerte eines Sensors oder der Gerätestatus. Diese Informationen dienen zur Steuerung und Regelung der Maschine und werden größtenteils über einen Feldbus zur SPS gesendet und verarbeitet.
Die azyklischen Daten werden nur auf Anfrage des Masters übertragen. Mittels IO-Link-Befehl können Parameter geschrieben und gelesen oder Diagnosedaten ausgelesen werden. Azyklische Daten dienen häufig zur Optimierung von Prozessen und Untersuchung von Störungen.
Wie wird ein IO-Link Devices angeschlossen?
IO-Link Produkte besitzen einen a-codierten, 4-poligen M8- oder M12-Stecker, der sich im Bereich der Sensorik und Aktorik schon vor IO-Link etabliert hat. Ein Sensor ohne IO-Link benötigt je Prozessgröße, die übertragen werden soll, eine Ader in der Anschlussleitung. IO-Link ist eine digitale Schnittstelle und überträgt alle Informationen über eine einzige Ader. Eine Schirmung des Kabels ist nicht erforderlich. Fehlübertragungen sind nahezu ausgeschlossen. Das IO-Link-Protokoll kann bis zu 20 Meter weit über das Kabel übertragen werden. Die Hürde, IO-Link Technologie einzusetzen, ist für den Endanwender somit gering. IO-Link Anwendungen können leichter umgesetzt werden und die Integration intelligenter Sensoren in bestehende Anlagen erfolgt nahezu nahtlos. Zusätzlich nehmen Verdrahtungsaufwand und Komplexität stark ab und senken gleichzeitig die Projektkosten.
Die IO-Link-Kommunikation erfolgt über eine einzige Ader auf Pin 4. Pin 1 und Pin 3 dienen zur Spannungsversorgung. Auf Pin 2 können andere Signalformen, etwa Analogsignale oder Schaltausgänge, zusätzlich zum digitalen IO-Link Signal, übertragen werden. Das ermöglicht schnelle Prozesse oder bestehende analoge Schnittstellen zu bedienen, während Vorteile von IO-Link wie Parametrierung gleichzeitig genutzt werden können. Dieses Konzept wird auch Y-Weg oder IO-Link Dual-Channel genannt.
Die IO-Link-Kommunikation erfolgt über eine einzige Ader auf Pin 4. Pin 1 und Pin 3 dienen zur Spannungsversorgung. Auf Pin 2 können andere Signalformen, etwa Analogsignale oder Schaltausgänge, zusätzlich zum digitalen IO-Link Signal, übertragen werden. Das ermöglicht schnelle Prozesse oder bestehende analoge Schnittstellen zu bedienen, während Vorteile von IO-Link wie Parametrierung gleichzeitig genutzt werden können. Dieses Konzept wird auch Y-Weg oder IO-Link Dual-Channel genannt.
Bietet IO-Link Rückwärtskompatibilität?
Die IO-Link-Kommunikation ist nur aktiv, wenn ein IO-Link-fähiges Device mit einem Master verbunden ist. Der SIO-Modus (Standard Input Output) definiert den Betrieb ohne Master. Anstatt der IO-Link-Kommunikation schaltet das Device einen Schaltausgang auf Pin 4. Der Kunden kann somit IO-Link-Geräte vor der Inbetriebnahme parametrieren und anschließend im SIO-Modus verwenden.
Was sind die Bestandteile eines IO-Link Systems?
Für ein IO-Link-System werden verschiedene Komponenten benötigt, darunter IO-Link-Sensoren oder -Aktoren, ein IO-Link-Master und eine Steuerung, wahlweise ein PC. autosen bietet ein breites IO-Link Portfolio: die erforderliche Software, den Master, passende Ethernet Kabel und natürlich smarte Sensoren unterschiedlichster Art.
Die Software ermöglicht die Parametrierung der Devices bequem am Arbeitsplatz. Der Master sorgt für die Kommunikation zwischen PC-Software und dem Device. Die Ethernetkabel sorgen für eine sichere Verbindung zur Signalübertragung – ob vom Master zur SPS, zum PC oder zwischen mehreren Mastern untereinander.
Die Software ermöglicht die Parametrierung der Devices bequem am Arbeitsplatz. Der Master sorgt für die Kommunikation zwischen PC-Software und dem Device. Die Ethernetkabel sorgen für eine sichere Verbindung zur Signalübertragung – ob vom Master zur SPS, zum PC oder zwischen mehreren Mastern untereinander.
Bussystem oder Punkt-zu-Punkt-Verbindung?
IO-Link ist eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung und kein Bussystem. Für jedes Device ist somit eine separate Verbindungsleitung nötig. Der Master kann nur mit so vielen IO-Link Produkten sprechen, wie er I/O-Ports besitzt. IO-Link wird auch die Technologie der letzten Meter genannt. Dennoch ist IO-Link mit klassischen Feldbussen kompatibel, denn die meisten Master verfügen über eine Feldbusschnittstelle.
Vorteile von IO-Link auf einen Blick
Der Einsatz von IO-Link bietet eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Standard-Sensoren. Hier sind einige der wichtigsten Vorteile:
- Einfache Integration: einfache Integration in bestehende Automatisierungssysteme. Durch die standardisierte Kommunikationsschnittstelle und die Verwendung einer IODD-Datei können IO-Link-Produkte nahtlos in das System eingebunden werden, unabhängig vom Hersteller.
- Erweiterte Funktionalität: Im Vergleich zu Standard-Sensoren sind IO-Link-Sensoren smart. Es können mehrere Messgrößen über einen einzigen Signalausgang übertragen werden oder Diagnoseinformationen helfen bei der Behebung von Störungen. Dadurch lassen sich komplexe Automatisierungsaufgaben dank intelligenter Informationen realisieren.
- Flexible Parametrierung: erweiterte Parametrierungsmöglichkeiten. Schaltschwellen, Ein- und Ausschaltverzögerungen oder Filter können über die Steuerung schnell und einfach angepasst werden. Dadurch lassen sich Sensoren flexibel an unterschiedliche Anforderungen und Prozesse anpassen, ohne dass eine manuelle Einstellung vor Ort erforderlich ist.
- Diagnose und Überwachung: IO-Link ermöglicht eine umfangreiche Diagnose und Überwachung der Sensoren. Zustands- und Fehlerinformationen können kontinuierlich an die Steuerung übertragen werden. Eine proaktive Wartung und Fehlerbehebung ist möglich, die Anlagenverfügbarkeit wird erhöht und Maschinenstillstand werden reduziert.
- Vereinfachte Verdrahtung: Dank IO-Link können viele Daten über eine einzige Ader übertragen werden. Per Anschluss an einen Master kommuniziert dieser wiederum über ein Bussystem mit der Steuerung. Das reduziert die Anzahl der Kabel enorm, spart Kosten, Platz und erleichtert die Installation.
- Sichere Verdrahtung: Anschluss mittels M8- oder M12-Verbindungsleitungen - ideal für industrielle Anwendungen. Das bietet eine hohe Betriebssicherheit in rauen Umgebungen und reduziert Verdrahtungsfehler durch die Codierung der Stecker und Buchsen.
- Optimierung der Anlagenleistung: Durch die umfangreiche Datenerfassung und -überwachung kann die Anlagenleistung optimiert werden. Durch die Analyse der gesammelten Daten können Engpässe erkannt, Produktionsprozesse verbessert und Energieeffizienz gesteigert werden.
- Sensortausch in Minutenschnelle - Dank Backup & Restore Funktion: Der neue Sensor übernimmt automatisch die Parametrierung des Vorgängers. Dies ermöglicht einen Sensortausch im laufenden Betrieb.
- Sicherheit: Der Einsatz der IO-Link Technologie ist manipulations- und zukunftssicher.
Nicht jeder IO-Link-fähige Sensor bietet alle Vorteile, da es etwas auf Ausführung und Hersteller ankommt. Sensoren von autosen machen die Vorteile von IO-Link so gut wie möglich nutzbar, um den Kunden maximale Flexibilität, detaillierte Diagnosemöglichkeiten und Integrationsoptionen zu bieten.
Sicherheit
In Bezug auf die Sicherheit bietet IO-Link verschiedene Vorteile. Es ist möglich, ein bestimmtes IO-Link-Device inkl. Parameter zu speichern. Beim Gerätetausch akzeptiert der IO-Link Master nur das richtige Gerät und schreibt sofort die zuletzt hinterlegten Parameter auf das neue Gerät. Ein weiterer Vorteil ist, dass Displays und Programmiertasten über IO-Link gesperrt werden können. So können die Geräte nur über die IO-Link-Schnittstelle parametriert werden und nicht unbefugt manipuliert werden. Zudem ermöglicht IO-Link eine sichere und zuverlässige Übertragung von Prozessdaten, was zu einer erhöhten Maschinensicherheit beiträgt.
Was bedeuten IOD und IODD?
IOD steht für "IO Device" und bezeichnet das Gerät selbst, also den Sensor oder Aktor. Die IODD-Datei (IO Device Description) ist eine XML-basierte Datei, die die Gerätebeschreibung enthält. Sie liefert Informationen über die Funktionen, Parameter und Konfigurationsmöglichkeiten des Geräts. Die IODD wird vom Hersteller bereitgestellt und ermöglicht eine einheitliche Visualisierung und Integration des Geräts in das IO-Link-System. Die meisten Hersteller stellen Ihre IODDs zum kostenlosen Download im IODD-Finder zur Verfügung.
IO-Link bei autosen: Integration von Industrie 4.0 und IIoT-Lösungen
IO-Link ist eng mit dem Konzept von Industrie 4.0 verbunden. Die Möglichkeit, umfangreiche Daten von IO-Link-Geräten in industriellen Anwendungen zu erfassen und zu analysieren, ermöglicht die Umsetzung von Predictive Maintenance, Condition Monitoring und anderen fortschrittlichen Automatisierungskonzepten. IO-Link trägt zur Realisierung von intelligenten Fabriken bei, in denen vernetzte Geräte und Systeme effizient zusammenarbeiten.
autosen hat die Wichtigkeit dieser Entwicklung erkannt und bietet neben einer Vielzahl von IO-Link Sensoren auch IIoT-Lösungen an, etwa das IIoT-Gateway io-key, welches die Daten von IO-Link Sensoren über das Mobilfunknetz auf die einfachste mögliche Art an Cloud-Plattformen funkt.
autosen hat die Wichtigkeit dieser Entwicklung erkannt und bietet neben einer Vielzahl von IO-Link Sensoren auch IIoT-Lösungen an, etwa das IIoT-Gateway io-key, welches die Daten von IO-Link Sensoren über das Mobilfunknetz auf die einfachste mögliche Art an Cloud-Plattformen funkt.
