IO-Link Master mit OPC UA-Schnittstelle Freie Fahrt für Daten

Der Einzug von Industrial Ethernet in die Feldebene hat schon zu deutlichen Effizienzsteigerungen geführt. Doch um in der Zukunft tatsächlich einen vollständigen Datenzugriff von der Cloud bis hinunter in die Sensor-/Aktorebene zu erreichen, ist die Kombination mit anderen Technologien notwendig, da eine wirtschaftliche Integration des Industrial Ethernet bis in jeden Sensor kaum möglich erscheint.

An dieser Stelle setzt die intelligente Sensorschnittstelle IO-Link ein, die auf kostengünstige Weise den Zugriff auf detaillierte Parameter-, Identifikations- und Diagnosedaten eines jeden Sensors ermöglicht. Pepperl+Fuchs als Systemanbieter für IO-Link geht an dieser Stelle allerdings noch einen Schritt weiter und kombiniert als erster Hersteller die Vorteile von IO-Link und dem unabhängigen, herstellerübergreifenden Kommunikationsstandard OPC UA in einem Gerät. So können die detaillierten IO-Link Sensordaten parallel zur Steuerungskommunikation im Handumdrehen auch in computer- oder cloudbasierten Systemen verfügbar gemacht werden und dort zielgerichtet ausgewertet werden.

IO-Link ermöglicht smarte Sensorik

Mit insgesamt 11,4 Millionen installierten IO-Link Knoten zu Beginn des Jahres 2019 und einer Steigerungsrate von rund 40 Prozent im Vergleich zum Vorjahr hat sich IO-Link längst als Sensorschnittstelle im Feld etabliert und gewinnt zunehmend an Bedeutung. Kein Wunder, denn im Vergleich zur „klassischen“ digital schaltenden Sensorik stellt IO-Link nicht nur die simplen Schaltsignale bereit, sondern ermöglicht auch den Zugriff auf detaillierte Identifikations-, Diagnose- und Parameterdaten eines Sensors beziehungsweise Aktors.

Durch die Geräteinformationen die IO-Link dabei bereitstellt, eröffnen sich ganz neue Wege für smarte Sensorik. Bereits heute verfügen einige optoelektronische Sensoren von Pepperl+Fuchs über eine Verschmutzungserkennung und können so bei einer Verschmutzung der Linse eine Diagnosemeldung erzeugen. Hierdurch kann eine vorausschauende Wartung realisiert werden, bei der der Sensor gereinigt wird, noch bevor es durch Verschmutzung zu fehlerhaften Messergebnissen und so zu möglichen Ausfällen in der Produktion kommt.

OPC UA bringt IO-Link Daten in die Cloud

Durch die Integration von OPC UA in die IO-Link Master der ICE2- und ICE3-Serie, eröffnet Pepperl+Fuchs als erster Hersteller die Möglichkeit, die umfänglichen IO-Link Daten parallel und völlig unabhängig voneinander über ein deterministisches Feldbusprotokoll wie EtherNet/IP oder Profinet an eine Steuerung und gleichzeitig über OPC UA an übergelagerte Systeme zu übertragen. Generell handelt es sich bei OPC UA um ein Ethernet-basiertes Kommunikationsprotokoll, welches einen einfachen und flexiblen Weg für die Kommunikation von Maschine zu Maschine oder von der Maschine in die Cloud ermöglicht.

Hierbei zeichnet sich OPC UA vor allem durch seine Unabhängigkeit aus, wodurch Kunden maximale Flexibilität bei der Gestaltung ihrer IoT-Systeme erhalten. Hierbei unterscheidet sich OPC UA maßgeblich von den Ethernet-basierten Feldbusschnittstellen wie Profinet oder EtherNet/IP, die aus der Steuerungswelt bekannt sind. Ein weiterer Unterschied liegt allerdings auch in der Performanceausrichtung der Protokolle. Während die steuerungsbasierten Kommunikationsprotokolle vor allem auf real-time Applikationen mit Zykluszeiten im Millisekundenbereich ausgerichtet sind, dient OPC UA eher einem parallelen, nicht-zeitkritischen Informationsdatenkanal in die Cloud, welcher weniger harte Anforderungen an die Echtzeit stellt.

Aufgabenteilung zwischen SPS und Cloud

Durch die Kombination von deterministischem Feldbusprotokoll wie EtherNet/IP oder Profinet und OPC UA in einem Gerät, können die neuen IO-Link Master parallel mit einer Steuerung und einem übergelagerten PC-basierten System oder einer Cloud kommunizieren. So sind hybride Systeme möglich in denen die SPS die Applikation über Profinet oder EtherNet/IP in Echtzeit steuert und der IO-Link Master parallel Zustandsdaten über OPC UA in die Cloud überträgt, die für die Steuerung zwar ohne Belang sind, für eine andere Maschine oder ein zentrales Leitsystem aber wichtig sind.

Da Steuerungen speziell dafür designt sind Eingangssignale der Sensorik schnellstmöglich zu verarbeiten und die aus der Steuerungslogik resultierenden Ausgangssignale wieder schnellstmöglich an die Aktorik zu übertragen, sind sie für die großen Mengen an Zustandsdaten nicht geeignet. Diese können deutlich preiswerter in computer- oder cloudbasierten Systemen verarbeitet werden, wodurch kostenintensive Rechenressourcen in der Steuerung gespart werden können.

Stand-alone Betrieb ohne übergeordnete SPS

Die Module der ICE2- und ICE3-Serie gehen aber noch einen Schritt weiter und ermöglichen es über OPC UA nicht nur Daten aus den IO-Link Devices auszulesen, sondern ermöglicht bei Bedarf auch einen schreibenden Zugriff. Dabei kann völlig individuell für jeden der acht Ports festgelegt werden, ob über OPC UA Daten nur ausgelesen, oder auch geschrieben werden sollen. So können Applikationen, die keine Steuerung im Millisekunden Takt benötigen, prinzipiell völlig ohne klassische Steuerung realisiert werden.

Da Computer- und Cloud­basierte Systeme gleichzeitig immer performanter werden, können Steuerungsaufgaben so zu einem kleinen Preis übernommen werden. Da dies natürlich auch Fragen zur Cyber-Security nach sich zieht, unterstützen die Module verschiedene Security-Mechanismen wie Authentifizierung und Zertifikate-Management. Durch das komplett webbasierte Konfigurationskonzept der neuen IO-Link Master können auch diese Cloud-Lösungen optimal umgesetzt werden.

Sämtliche Konfigurationen des IO-Link Masters als auch aller angeschlossenen IO-Link Devices können über einen Standard-Webbrowser durchgeführt werden, ohne das zusätzliche Softwaretools benötigt werden. Nach der Konfiguration können alle vorgenommenen Einstellungen einfach als separate Datei abgespeichert werden und entweder als Backup oder zum Modul-Cloning verwendet werden.

Bereits heute in die Zukunft investieren

Mit den neuen IO-Link Mastern mit integrierter OPC UA-Schnittstelle können Kunden den nächsten Schritt in der Digitalisierung ihrer Anlagen gehen. Die OPC UA Funktionalität kann dabei jederzeit völlig flexibel aktiviert und deaktiviert werden. So können auch Kunden ohne konkreten Anwendungsfall bereits heute, ihre Anlagen entsprechend ausstatten und zu einem beliebigen Zeitpunkt in der Zukunft das volle Potential der ICE2-/ICE3 IO-Link Master und der OPC UA-Kommunikation freischalten.