IO-Link-Sensoren senken Installations-, Wartungs- und Servicekosten im Anlagenbau

Punkt-zu-Punkt statt neuer Bus

Anzeige
Die Punkt-zu-Punkt-Verbindung IO-Link wartet mit interessanten Möglichkeiten für die Automatisierung auf: Parameterdaten können einfach vom Master auf den Sensor übertragen werden und umgekehrt kann der Sensor Prozess- und Diagnosedaten für den Anwender liefern. Der Nutzen: Installations-, Wartungs- und Servicekosten sinken, die Prozesssicherheit steigt.

Der Autor Matthias Droll ist Produkt- manager Sensor Solutions bei Baumer, CH-Frauenfeld

Betrachtet man das Schichtmodell einer Automatisierungsanlage, also den Weg von der Prozessvisualisierung über die Steuerung, Hubs und Gateways bis zur untersten Schicht mit Sensoren und Aktoren, zeigt sich, dass sich in den oberen Schichten verschiedene Feldbussysteme zur Kommunikation etabliert haben. In der untersten Ebene wird die Kommunikation zur Einbahnstrasse: Aktoren empfangen nur den Stellwert vom Master, Sensoren liefern ihr Signal an den Master. Bei den Sensoren hat sich deshalb die 3-Leitertechnik etabliert. Sind zusätzliche Signale wie Teach-in- oder Synchronisationseingang gefragt, bedeutet dies für den Sensor ein zusätzlicher Kontakt oder ein anderer Stecker und für das signalführende Kabel eine oder mehrere zusätzliche Adern. Die Folgen sind ein größerer Aufwand in der Planung, mehr Sensor-, Kabel-, Stecker-Varianten und zusätzliche Ein- und Ausgänge auf der Masterseite. Hier setzt IO-Link an: Mit dieser Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen Master und Sensor ist es möglich, über den Schaltausgang auch serielle Daten zu übertragen – ohne Aufwand für Sonder-Kabel, Stecker und Ein- und Ausgänge treiben und ohne auf kostenintensive proprietäre Lösungen setzen zu müssen.
Ohne also auf der Anschlussseite etwas ändern zu müssen, ist es nun möglich, viele zusätzliche Daten zwischen Master und Sensor auszutauschen. Vom Master zum Sensor werden vor allem Parameterdaten übertragen. In Gegenrichtung werden Prozess- und bei Bedarf auch Service- und Diagnosedaten übermittelt.
Parameterhandling
Für das Einlernen des Tastbereichs war es bislang notwendig, den Sensor per Tastendruck zuerst in den Teach-in-Mode zu versetzen, dann Anfangs- und Endpunkt einzulernen und zum Schluss den Teach-in-Vorgang zu beenden. Dies musste bei jedem Sensor in der Anlage wiederholt werden, auch wenn der Tastbereich identisch war. Mittels IO-Link-Mode gelingt es nun, den Tastbereich von zentraler Stelle aus dem Sensor zu übermitteln, ohne dass ein manueller Eingriff am Sensor notwendig ist.
Selbstverständlich können alle Parameter in der Steuerung gespeichert werden. Muss im Laufe des Anlagebetriebes ein Sensor getauscht werden, wird er anhand einer Identifikationsnummer erkannt und die entsprechenden Parameter werden dem neuen Gerät automatisch von der Steuerung übertragen. Kürzere Wartungszeiten und damit kürzere Maschinenstillstandszeiten sind die Folge.
Generell ermöglichen es die Parametereinstellungen, einen Sensor maßgeschneidert in unterschiedlichsten Umgebungen und Einsatzgebieten einzusetzen. IO-Link ermöglicht dem Anwender den Sensor einfach von Hell- auf Dunkelschaltung (und umgekehrt) umzustellen, Tast- und Messbereich anzupassen, die Ansprechzeit des Sensors, Ein- und Ausschaltverhalten des Schaltausgangs zu definieren, oder den Betriebsmodus zu ändern.
Kurz: Alle Parameter und Funktionen, die der Sensor zur Verfügung stellt, können auch über IO-Link einfach angesprochen werden. Das grenzt die Variantenvielfalt ein und sorgt für bessere Lagerhaltung.
Auch umgekehrt funktioniert´s
Auch vom Sensor zum Master können mehr Informationen übertragen werden: Die Prozessdaten können wie bisher als High/Low-Signal (Messwerte entsprechend als Analogsignal) übertragen werden. Neu können diese Daten auch als Paket zyklisch (typisch 2 ms) übermittelt werden. Der Vorteil dieser seriellen Übertragung liegt bei analogen Signalen in der höheren Störfestigkeit. Hervorzuheben ist in diesem Zusammenhang, dass neben den genannten Daten zusätzlich Informationen vom Sensor übermittelt werden. So können zum Beispiel Informationen über Signalreserve, Verschmutzungsgrad des Sensors oder Alarmsignale, die im Sensorprozessor intern bereits „vorhanden“ sind, aber mangels Ausgangskontakte nie nach außen geführt wurden, dem Master zur Verfügung gestellt werden.
Diese Informationen geben dem Anwender Hinweise, ob Prozess und/oder Sensor stabil laufen. So hat er die Möglichkeit früh zu reagieren und geeignete Maßnahmen zu ergreifen. Das erhöht die Prozesssicherheit und somit die Anlagenverfügbarkeit und Produktivität.
Mehr Infos = mehr Aufwand?
Diese Zusatzfeatures und Informationen bedeuten keinen erhöhten Aufwand und Kosten auf der Hardwareseite: Eine IO-Link-Datenübertragung kann über ungeschirmte 3-/4-adrige Standardkabel und Stecker erfolgen. Auf der Masterseite müssen die Ports zwar IO-Link-fähig sein; hier kompensieren sich aber die tendenziell höheren Preise durch den Zeitgewinn beim Einsatz.
Zudem ist ein gemischter Betrieb von IO-Link-fähigen und konventionellen Sensoren möglich. IO-Link-Sensoren und Steuerungen können also im Zweifelsfall nur dort eingesetzt werden, wo der Mehrwert auch sinnvoll ist. Ansonsten kann auf konventionelle Varianten zurückgegriffen werden.
IO-Link in der Praxis
In einer Anwendung zur Abfrage des Wickeldurchmessers von Stoff-Rollen wird ein optischer Distanzsensor vom Typ OADM 12 eingesetzt. Da unterschiedliche Rollen verwendet werden, müssen sich die Messbereichsgrenzen für den Wickeldurchmesser anpassen lassen. Dank IO-Link geschieht dies nicht mehr manuell mittels Teach-in, sondern die neuen Werte werden zentral ab Steuerungssoftware auf den Sensor geschrieben.
Der OADM 12 wiederum beliefert den Master mit zusätzlichen Informationen. Da er in dieser Anwendung Staub ausgesetzt ist, der sich auf seiner Frontscheibe absetzt, wird sich die Signalreserve mit der Zeit verkleinern. Es wird zur Fehlfunktion des Sensors und somit zum Stillstand der Maschine kommen. Dieses Problem deckt IO-Link ab. Der Sensor alarmiert den Master frühzeitig, und gibt dem Anwender dadurch die Möglichkeit, schnell zu reagieren.
In einer Anwendung zur Anwesenheitskontrolle von Tabletten werden mehrere optische Sensoren Typ FHDK 04 eingesetzt. Für einfache Logikverknüpfungen hat der Anwender die Möglichkeit, die Geräte per IO-Link vom Master aus von Hell- auf Dunkelschaltung oder umgekehrt umzuschalten. Auch die Schaltimpulslänge des Ausgangssignals kann angepasst werden. Arbeitet die Maschinensteuerung beispielsweise mit einer Abtastrate, welche langsamer ist als der Impuls des Sensors beim Detektieren eines Objektes, kann ein Objekt unter Umständen nicht erkannt werden. Per IO-Link kann die Schaltimpulslänge auf den gewünschten Wert angepasst und das Problem dadurch eliminiert werden. Durch eine Einschaltverzögerung des Impulses ist zudem auch das Ausblenden von Objekten unterhalb der gewünschten Größe möglich.
Für eine zuverlässige Distanzmessung, unabhängig von Farbe und Oberflächenbeschaffenheit, beispielsweise zur Vorpositionierung eines Greifers, bietet sich der Einsatz von Ultraschallsensoren der Serie „Sonus“ an. Bei einem analogen Sensor wird der Messwert digital im Mikrocontroller ausgewertet und dem Anwender als analoges Signal (4 bis 20 mA/0 bis 10 V) zur Verfügung gestellt. Die Maschinensteuerung muss dieses Signal dann wieder digital wandeln um damit rechnen zu können. Mit IO-Link steht dem Anwender der Messwert auch direkt als digitales Signal zur Verfügung. Die Übertragung von digitalen Signalen ist weniger anfällig wie von analogen Signalen. Sowohl auf abgeschirmte Kabel als auch auf kostenintensive Analogeingangskarten bei der Steuerung kann verzichtet werden. Darüber hinaus kann über IO-Link das Schaltfenster an die Objektgeometrien angepasst und die Empfindlichkeitseinstellungen des Sensors schnell verändert werden.
Optischer Distanzsensor OADM 12 KEM 441
Optischer Sensor FHDK 04 KEM 442
Ultraschallsensor „Sonus“ KEM 443
Anzeige

Emerson: Pneumatik 4.0

Smartenance

Pneumatik 4.0 bei Emerson im Überblick

Video aktuell

Step into the state-of-the-art Samsung Audio Lab to see how they develop loudspeakers, soundbars, and other audio products using multiphysics simulation.

Aktuelle Ausgabe

Newsletter

Jetzt unseren Newsletter abonnieren

Top-Thema Spannvorrichtungen

Spannvorrichtungen

Alles über Spannvorrichtungen und welches Einsparungspotenzial sie bieten

Top-Thema Schaltschränke

Alle Infos über den Schaltschrankbau mit seinen Komponenten, Geräten und deren Verdrahtung

Kalender

Aktuelle Termine für Konstrukteure

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper

Hier finden Sie aktuelle Whitepaper

Anzeige
Anzeige

Industrie.de Infoservice

Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de