IO-Link ist als digitaler Kommunikationsstandard für den letzten Meter integraler Bestandteil der intelligenten Fabrik. Viele Anwender verbinden jedoch die Technologie ausschließlich mit zukünftigen Anwendungsfällen. Manchmal besteht sogar die Annahme, dass beim Wechsel auch einfache Näherungsschalter durch deutlich teurere Varianten ersetzt werden müssen.
Doch genau das Gegenteil trifft zu. In zahlreichen Anwendungen reduziert man mit IO-Link zunächst einmal Kosten. Der Kunde profitiert also sofort. Gleichzeitig etabliert man die Basis für neue Anwendungsfälle, die durch Industrie 4.0 auf uns zu kommen.
Digital statt analog
Kaum eine Branche hält so stark an analoger Signalübertragung fest wie die Automation. Rundfunk, Fernsehen und Kommunikation sind in weiten Teilen längst digitalisiert. Die Vorteile liegen auf der Hand: Digitale Informationen benötigen erheblich weniger Bandbreite als analoge. Gleichzeitig ist die Übertragung in gleichem Maße robuster.
Konkret bietet IO-Link eine bidirektionale Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit bis zu 230,4 kBaud, die sehr zuverlässig über ungeschirmte Standardleitungen kommuniziert. Häufig sind IO-Link-Sensoren zudem günstiger als analoge Pendants, da auf einen D/A-Wandler verzichtet werden kann. Damit sparen Anwender zum einen bei der Verkabelung, zum anderen beim Gerät selbst.
Turck unterstützt IO-Link von Anfang an und bietet heute eines der umfangreichsten IO-Link-Portfolios an. Es reicht von zahlreichen Sensoren über Anschlusstechnik bis hin zu Feldbus- und Ethernet-I/O-Systemen mit IO-Link-Mastern in den Schutzarten IP20 und IP67.
Vom Passivverteiler zu Ethernet und IO-Link
In den meisten Anwendungen stellen binäre I/O-Signale, beispielsweise von induktiven Näherungsschaltern, die häufigste Signalform dar. Noch heute werden diese vielfach mit Hilfe von passiven Verteilern (IP67) im Feld eingesammelt und über Multipolleitungen in Schaltschränken auf zentrale oder dezentrale I/O-Baugruppen (IP20) geleitet.
Um Kosten für Geräte und Verdrahtung zu sparen, sehen modernere Konzepte aktive dezentrale IP67-I/O-Baugruppen im Feld vor, die die Signale im Feld einsammeln und über Industrial Ethernet (bzw. Feldbusse) an Steuerungen übertragen. So kann der Schaltschrank selbst kleiner dimensioniert werden. Hinzu kommt die günstigere Verdrahtung via Industrial Ethernet.
In Anwendungen mit hoher I/O-Dichte kann IO-Link die Kosten zusätzlich senken. Über sogenannte I/O-Hubs können bis zu 16 Signale verdichtet und via IO-Link übertragen werden. IO-Link-Master mit vier oder acht Ports sammeln diese Daten über Distanzen von bis zu 20 Metern ein und übertragen sie gebündelt über eine Ethernet-Leitung zur Steuerung. In dieser Variante können Anwender sparen: IO-Hubs sind im Vergleich zu Industrial-Ethernet-Baugruppen preiswerter und anstelle geschirmter Ethernet-Leitungen werden ungeschirmte Standard-Leitungen verwendet. Turcks TBIL I/O-Hubs (IP67) für IO-Link übertragen bis zu 16 I/O-Signale über robuste M12-Rundstecker mit Metallgewinden.
Mit Aktorik & Co. zum IO-Link-Gesamtsystem
Lange Zeit war man der Auffassung, dass jegliche intelligente Aktorik und Sensorik zukünftig auf Industrial Ethernet basieren wird. Die aktuelle Praxis zeigt jedoch Grenzen für Ethernet in der Automation auf. Für viele Geräte ist Ethernet mit 100 Mb/s oder sogar 1 GB/s und minimalen Framegrößen von 64 Bytes einfach überskaliert. Zudem sind Ethernet-Anschaltungen vergleichsweise teuer und erzeugen viel Wärme.
Technisch kann IO-Link diese Lücke mit einem sehr guten Kosten-Nutzen-Verhältnis besetzen. Und obwohl IO-Link häufig als intelligente Sensorschnittstelle definiert wird, ist die Technologie von Beginn an zur Kommunikation mit Sensoren und Aktoren spezifiziert worden. Damit hat es einen entscheidenden Vorteil gegenüber Ethernet. Die Leistung und Kommunikation werden in einem Kabel übertragen; allerdings sind maximal nur vier Ampere möglich.
Beispiel: Ventilinseln. Alle großen Hersteller haben mittlerweile IO-Link-Ventile und Ventilinseln im Portfolio. Komplizierte Verbindungen über Adapter mit Sub-D-Multipolstecker können mit IO-Link durch kostengünstige Standardleitungen ersetzt werden. Die TBEN-L-8IOL IO-Link Master von Turck wurden extra auf den Aktorikbetrieb optimiert. Im Unterschied zu anderen Herstellern stellen Sie an zwei Ports bis zu 4 A zur Verfügung.
Von den Möglichkeiten, die IO-Link bei Signalleuchten mit mehreren Segmenten freisetzt, profitieren Anwender im besonderen Maß. Während die Anbindung von Leuchten mit mehr als zwei Segmenten über digitale Multipol-Leitungen bereits sehr umständlich war, können IO-Link-Leuchten mit konfigurierbaren Farben pro Segment, Signaltönen und zahlreichen Zusatzfunktionen über eine Standardleitung einfach verdrahtet und bedient werden.
Kostenvorteil Gesamtsystem
Betrachtet man das Gesamtsystem und bewertet einen Wechsel für Sensoren, Aktoren und IO-Systeme, lassen sich durch IO-Link enorme Kosten sparen. Wenn man die Arbeitszeit für Verdrahtung und Konfektionierung mit in den Blick nimmt, schlagen die Kostenvorteile von IO-Link erst richtig durch. Mit der Entscheidung für ein IO-Link-System ist man heute schon auf Industrie-4.0-Szenarien vorbeireitet. Das flexiblere Einstellen von Sensoren aus der Steuerung oder das Abfragen von Sensordaten zur vorausschauenden Wartung könnten zu einem späteren Zeitpunkt eingerichtet werden.
Nicht nur IO-Link-Devices – auch die Fähigkeiten des Masters sind entscheidend, um das System später intelligent nutzen zu können. Allerdings unterscheiden sich die Geräte der Hersteller auch hier, obwohl der Kommunikations-Standard derselbe ist. So kann auf die Turck-IO-Link-Master, die in Multiprotokoll-I/O-Modulen eingebaut sind, parallel zu Profinet auch mit Modbus TCP zugegriffen werden. Das ermöglicht die Übertragung von Daten an höherliegende I4.0- oder IIoT-Systeme wie SAP PCo, Microsoft Azure oder IBM Bluemix.
.jpg "IO-Link jetzt auch für die funktionale Sicherheit nutzbar")
