I/0-Systeme Zusätzliche Sensorinformationen dank IO-Link

Immer häufiger spricht man von intelligenten Sensoren oder Aktoren, die nicht nur Messwerte aufnehmen, sondern auch Diagnose-, Status- und Parameterdaten ausgeben. An einer Stelle blieb allerdings der Fortschritt stecken: Die Schnittstelle, mit der Sensoren/Aktoren an Automatisierungssysteme angeschlossen werden, ist heute immer noch zum überwiegenden Teil rein binär. Um diesen letzten Weg ebenfalls intelligent zu überbrücken, wurde eine Feldbus-unabhängige Kommunikationsschnittstelle – der IO-Link – ins Leben gerufen.

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Beim Stichwort Diagnose sind sich die meisten Anwender einig: Gut durchdachte Diagnosekonzepte helfen, teure Anlagenstillstände zu vermeiden. Vor allem die Daten von Sensoren und Aktoren, die in jüngster Zeit beeindruckende Technologiesprünge gemacht haben, sorgen für bedeutenden Input. Die Geräte wurden intelligenter, kleiner und genauer. Um diese Parameter- und Diagnosedaten neben dem eigentlichen Messsignal einem Automatisierungssystem zur Verfügung zu stellen, muss es eine Schnittstelle zwischen dem Sensor/Aktor und der EA-Baugruppe geben. Bislang handelte es sich dabei meist um binäre Schnittstellen, die jedoch nicht den direkten Austausch von Parametern und Diagnoseinformationen zwischen Steuerungseinheit und Feldgerät erlauben. Diese müssen aufwändig in der Hardware vorgesehen und in der Software projektiert werden. Der direkte Feldbusanschluss bietet zwar deutliche Vorteile, allerdings übersteigen dessen Kosten den Preis binärer Schnittstellen gerade bei einfachen Sensoren um ein Vielfaches.

Zusätzliche Informationen

Aus diesem Grund wurden die vorhandenen Möglichkeiten genutzt und der IO-Link ins Leben gerufen. Dieser überträgt statt eines binären bzw. analogen Signals neben dem Prozesssignal nun auch zusätzliche Informationen, wie applikationsspezifische Parameter und Diagnosedaten. Typische intelligente Aktoren/Sensoren sind beispielsweise Ventilinseln, optische Sensoren, RFID oder Stellgeräte. IO-Link integriert konventionelle und intelligente Aktoren und Sensoren in Automatisierungssysteme; der gemischte Betrieb von herkömmlichen und intelligenten Geräten ist ohne Mehraufwand möglich.

Ein Vorteil bei IO-Link ist, dass die Schnittstellenbeschreibung zunächst die Einbindung in die Automatisierungslandschaft offen lässt und somit prinzipiell die Integration in jedes Feldbussystem vorsieht. Dabei werden vorhandene Kommunikationssysteme (Feldbusse oder Ethernet-basierte Systeme) genutzt; die letzten Meter zu den Aktoren und Sensoren werden in einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit handelsüblichen, ungeschirmten Standardkabeln verbunden. IO-Link wird interoperabel mit der konventionelle Binärschnittstelle sein. Es kann deshalb an eine IO-Link-Peripheriebaugruppe sowohl ein kommunikationsfähiges als auch ein binär schaltendes Feldgerät angeschaltet werden, auch wenn für diese Applikation kein IO-Link-fähiges Gerät zur Verfügung steht.

Namhafte Hersteller

IO-Link wird derzeit von 23 namhaften Herstellern der Sensorik, Prozesstechnik, Automatisierungstechnik oder Systemintegratoren unterstützt. Siemens hat auf Basis des proprietären System IQ-Sense vor etwa drei Jahren unter dem Dach der Profibus-International einen Arbeitskreis ins Leben gerufen, der sich zum Ziel gesetzt hat, ein offenes System in den Markt einzuführen und dieses auch über die Umsetzung als IEC-Norm einer breiten Öffentlichkeit zugänglich zu machen. In dem Arbeitskreis sind vielfältige Feldbus-Fraktionen vertreten, die eine Implementierung in die verschiedenen Feldbusse vorantreiben.

Prozessindustrie profitiert

Auch in der Prozessindustrie ist der Einsatz des Systems IO-Link durchaus sinnvoll, weil die Vorteile sich hier ebenfalls rechnen: „Der Verdrahtungsvorteil z.B. kommt auch hier zum Tragen, weil in einer einfachen Steckleitung sowohl Spannungsversorgung als auch Datenübertragung realisiert sind. Auch die Transparenz bezüglich Parametrierung und Diagnosedaten bietet erhebliche Vorteile z.B. gegenüber einem analogen Kanal“, erklärt Guido Nelles, zuständig für das Thema Näherungsschalter beim Siemens-Bereich Automation and Drives und Mitglied des Arbeitskreises IO-Link bei der PNO.

Allerdings betont Nelles: „Einen Feldbus wie den Profibus PA kann und soll IO-Link jedoch nicht verdrängen, weil die topologischen Ansätze sich grundlegend unterscheiden. Während der Bus eine Linie aufbaut, stellt IO-Link jeweils eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung dar.“

Und noch eine Einschränkung gibt es. Der Aufbau im Ex-Bereich ist aus physikalischen Gründen bei IO-Link nicht möglich. Daher wird auch die Hart-Peripherie durch das System IO-Link nicht verdrängt. „Wo diese Anforderungen jedoch nicht gegeben sind, stellt IO-Link eine sinnvolle Ergänzung auch für die Prozessperipherie dar“, ist Nelles überzeugt. „Die Tatsache, dass neue IO-Link-fähige Sensoren und Aktoren auch in bestehende FDT-Rahmenapplikationen über DTMs einbindbar und somit voll in Prozessleitsysteme integrierbar sind, ist ganz wesentlich“, erklärt dagegen Martin Reichinger von Bernecker & Rainer (B&R). „Damit ist die Hemmschwelle für den Einsatz von IO-Link in der Prozessautomatisierung extrem klein. Das permanente Zusammenwachsen bzw. die zunehmende Überlappung von Anforderungen aus den beiden Bereichen wird dadurch noch weiter beschleunigt werden.“

Serienprodukte am Start

Diese Einschätzung teilt man auch bei Gemü: „Gerade bei einfachen Komponenten, die im eigentlichen Sinne nicht feldbusfähig, jedoch programmierbar und einstellbar sind, macht IO-Link Sinn“, erklärt Thomas Schulz von Gemü und nennt als Beispiel Stellungsregler oder magnetisch induktive Durchflussmesser. Gemü wird denn auch sein Programm und die Automatisierungsanbindung dieser Geräte sukzessive mit der IO-Link-Schnittstelle erweitern. Nach Verfügbarkeit der Spezifikation werden sukzessive Komponenten am Markt erscheinen. Insofern werden die am Markt vertretenen vielfaltigen Applikationen entsprechend der Verfügbarkeit auch stufenweise das System annehmen. Laut PNO wird sich IO-Link als Kommunikationsstandard zumindest in der Fertigungsindustrie unterhalb der klassischen Feldbusse etablieren.

Die feldbusunabhängige Übertragung mit IO-Link ist bereits spezifiziert. Dennoch wird es wohl mit der breiten Verbreitung noch etwas dauern, merkt Reichinger an: „Die Verbreitung und Akzeptanz der Sensoren und Aktoren ist ansatzweise bereits gegeben. Jedoch wird der Durchbruch sicher erst nach Verfügbarkeit einer vollständigen Produktpalette in einigen Jahren gelingen.“ Nächste Gelegenheit, um neue Produkte zu entdecken, ist die diesjährige Hannover Messe 2007, auf der viele Unternehmen, die den IO-Link unterstützen, vertreten sein werden. Als Spezialist für Sensor-, Feldbus- und Interfacetechnik wird beispielsweise Turck künftig aus einer Hand komplette IO-Link-Lösungen mit entsprechenden Anschaltbaugruppen und Sensoren anbieten. Als Anschaltbaugruppe ist zunächst ein Kompaktmodul mit vier IO-Link-Ports und direkter Profibus-Anschaltung vorgesehen. Als Sensoren werden Druck- und Temperatursensoren sowie Ultraschallsensoren mit IO-Link-Schnittstelle zur Verfügung stehen.

Die Autorin ist redaktionelle Mitarbeiterin bei PROCESS.E-Mail-Kontakt: s.muehlenkamp@t-online.de

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