Feldkommunikation auf neuen Wegen

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1 KOMMUNIKATION Die Expertenrunde der IEE ist sich einig: Mit IO-Link können Applikationen anders und besser gelöst werden. Die Teilnehmer von links nach rechts: Albert Feinäugle (Balluf), Klaus Ebinger (Turck), Christian Gemke (Phoenix Contact), André Loburg (Siemens), Melanie Feldmann (IEE), Klaus-Peter Willems (TMG Technologie und Engineering), Frank Moritz (Sick) und Andreas Glasenapp (Festo). Expertenrunde IO-Link Feldkommunikation auf neuen Wegen Die Punkt-zu-Punkt-Verbindung IO-Link verspricht Informationen aus der der untersten Ebene der Automatisierungspyramide der Sensor/Aktor-Ebene. Im Endeffekt soll das zu mehr Produktivität der Maschinen und Anlagen führen. Aber die Kommunikationsschnittstelle ist noch jung und muss ihren Wert in der Praxis erst beweisen. Zusammen mit Experten von Herstellern und Dienstleistern nimmt die IEE IO-Link unter die Lupe und fragt nach, was die Schnittstelle heute schon kann und in Zukunft vielleicht noch können wird. Wie IO-Link es schaffen will die Produktivität zu erhöhen, kann in drei Schlagworten zusammengefasst werden: vereinfachte Verkabelung, Parametrierung und Diagnose. IO-Link vereinfacht die Verkabelung, weil die Punkt-zu-Punkt-Verbindung nur ein einziges Kabel zur Datenübertragung und Energieversorgung braucht. Um welche Daten es sich dabei handelt, ist egal. Und ein Kabel verursacht eben nur Kosten für ein Kabel, fasst es Klaus-Peter Willems, Geschäftsführender Gesellschafter bei TMG Technologie und Engineering, zusammen. Außerdem lässt sich ein Kabel schnell anschließen, was sich gerade bei größeren Maschinen oder Anlagen zu einer deutlichen Zeitersparnis summieren kann. Außerdem lassen sich Fehler bei der Ver- 24 kabelung vermeiden. Aufwändige Installationspläne werden einfacher. Der Mechaniker, der die Geräte mechanisch anbringt, schließt jetzt häufig auch elektrisch an, bringt Albert Feinäugle, Leiter Marketing Services bei Balluff, die Vereinfachung auf den Punkt. Besonders augenfällig ist die Vereinfachung bei mehrkanaligen binären Sensoren und Aktoren, bei Sensoren mit 'Mixed-Signal'-Ausgängen oder beim Ersatz einer analogen Signalübertragung durch IO-Link. Das ist wie Plug & Play für die Automatisierungstechnik, charakterisiert Feinäugle. Ein weiteres Problem der herkömmlichen Verkabelung spricht Christian Gemke, Produktmanager IP 67/IO bei Phoenix Contact, an: Die ganzen Kabelbündel, die ich heute zur Maschine führen muss, sind ein Hemmnis für die Beweglichkeit der Maschine und für die Kompression der eigentlichen Anlage. Bei IO-Link vereinfacht sich die Planung von Bewegung und verringert sich der Platzbedarf. Keine Einbahnstraße für Daten Da IO-Link eine bidirektionale Verbindung ist, kommen nicht nur Daten aus dem Feld nach oben, sondern auch Parametrierungen von der Steuerung ins Feld. Bei einem Produktwechsel können die vorher gespeicherten Parametrierdaten für die Fertigung jederzeit in die Sensoren AUTOR Melanie Feldmann ist Redakteurin der IEE. IEE

2 Christian Gemke, Produktmanager IP 67/IO bei Phoenix Contact, erklärt die Drei-Finger- Regel: Installationsvereinfachung, Parametrierung und Diagnose sind die drei Aspekte von IO-Link. Wir haben ein stabiles System, bei dem jeder mit dem anderen sprechen und ihn verstehen kann. Und das hat dementsprechend gedauert, sagt André Loburg, Manager Peripherie-Systeme bei Siemens, zur Entwicklungszeit. und Aktoren heruntergeladen werden. Umrüstzeiten verkürzen sich so und die doppelte Vorhaltung von Geräten entfällt. Ich muss im laufenden Betrieb entscheiden können, dass ich heute kleine schwarze Geräte und morgen große weiße verpacke, bringt Gemke die Anforderung der Praxis auf den Punkt. Auch bei Notfällen, wie dem Ausfall einzelner oder mehrerer Geräte, ist keine aufwändige Suche nach den richtigen Parametrierungsdaten notwendig. André Loburg, Manager Peripherie-Systeme bei Siemens, beschreibt die derzeitige Situation bei einem Ausfall: Wenn heute ein Sensor ausfällt, ist die Information nur 'Drahtbruch'. Aber der Anwender erfährt nicht genau, woran das liegt. Mit IO-Link wird der Anwender nun informiert, welcher Sensor ausgefallen ist. Der Sensor wird dann ausgetauscht und die Parametrierungen heruntergeladen. Stillstandszeiten lassen sich so verkürzen. Das Parametrieren von der Steuerungsebene ist kostensparend, da Interfaces und Anschlüsse für das Parametrieren am Gerät nicht mehr notwendig sind. Das führt zu höherer Dichtigkeit und erfüllt auch höhere Hygieneanforderungen, fügt Frank Moritz, Produktmanager Sensors & Connectivity bei Sick, an. Auch der Zugang zu den Geräten muss der Ingenieur nicht mehr so einplanen, dass das Interface lesund bedienbar ist. Nur noch für einen Austausch muss das Gerät zugänglich sein. Das dritte Potenzial von IO-Link ist die Möglichkeit der Diagnose durch die Bidirektionalität der Verbindung. Wenn zum Beispiel eine Lichtschranke verschmutzt ist, könnte man noch die Lichtleistung erhöhen und somit die Maschine verfügbarer machen, nennt Loburg als Beispiel für den Einsatz von Diagnosedaten. An sich sind diese Punkte keine Neuheiten. Die Kommunikation zwischen einem Sensor und einer Anschaltbox ist keine Rocketscience, stellt Klaus Ebinger, Produktmanager Prozesssensoren bei Turck, fest. Diese Aufgaben werden aber bisher meist proprietär gelöst und verlangen dementsprechend viel Eigeninitiative und Know-How vom Anwender. Die Experten sehen IO-Link hingegen als ein durchgehendes System, das dem Anwender möglichst einfache Mittel an die Hand gibt. Eine wichtige Grundlage dafür ist die Hersteller-, Feldbus und Systemunabhängigkeit der Schnittstelle. Nur so könne der Maschinenbauer die Technologie möglichst reibungslos in seine Maschinen und Anlagen integrieren. Mit IO- Link verbinden wir die Sensorebene mit der Feldbusebene für den Anwender möglichst einfach, stellt Ebinger fest. Schritt für Schritt einsetzen Der Einsatz von IO-Link ist stufenweise möglich. Das heißt, die drei Aspekte Vereinfachung der Verdrahtung, Parametrierung und Diagnose kann der Anwender unabhängig voneinander nutzen. Wenn IEE

3 Der Anwender kann die Vorteile von IO-Link schon heute greifen, sind sich die Experten einig (von links nach rechts: Klaus Ebinger, Turck, Christian Gemke, Phoenix Contact, und André Loburg, Siemens). 50 % unserer Kunden sind vornehmlich an der Installationsvereinfachung durch IO-Link interessiert, die Anderen an Parametrierung und Diagnose, erklärt Albert Feinäugle, Leiter Marketing Services bei Balluff, die Entscheidungen der Maschinenbauer. KOMPAKT Seit zwei Jahren rühren die IO-Link-Firmen für ihre neue Technologie die Werbetrommel. Dieses Jahr kamen die ersten Geräte auf den Markt. Ab 2009 soll IO-Link dann richtig durchstarten. Das Interesse, vor allem auch aus dem Ausland, ist groß. Das Portfolio der IO-Linkfähigen Komponenten wächst stetig. Bisher ist besonders die Sensorik gut abgedeckt. Für die Integration fehlt es jedoch noch an Software, die herkömmliche und IO-Link-Geräte abbilden kann. Im Bereich HMI müssen noch Hersteller von IO-Link überzeugt werden, um die Produktpalette zu komplettieren. Eine Maßnahme dafür ist die neue Internetseite des IO-Link-Konsortiums mit einer englischen Sprachversion und weiterführenden Informationen. Ein weiterer Schritt zur Aktivierung von Unternehmen ist ein Testsystem für neu entwickelte Geräte. Ein Gerätesiegel zertifiziert dann die IO-Link-Fähigkeit. er lediglich die Verkabelung vereinfachen möchte, kann er seine Komponenten durch IO-Link-fähige ersetzen und sie genauso nutzen, wie er es gewohnt ist. Loburg dazu: Bei der Spezifikation haben wir darauf geachtet, dass der IO-Link zu älteren oder vorhandenen Sensoren und Aktoren und der vorhandenen Anschlusstechnik kompatibel ist. Möchte der Anwender auch parametrieren, kann er bei einfacheren Aufgaben Funktionsbausteine, die er von der Programmierung und Bedienung her kennt, nutzen. Es geht darum, mit ganz einfachen Boardmitteln Geld zu sparen, hebt Willems hervor. Bei komplexeren Einsätzen empfiehlt sich der Einsatz einer Engineering-Software, die bei der Planung, Parametrierung und Datenhaltung unterstützt. Vor allem der Umgang mit der Fülle der Daten, die Anwender mit IO-Link erhalten, kann sich zu einem Problem entwickeln. Ich darf den Vorteil, den IO-Link auf der Verdrahtungsseite bietet, auf der Engineering-Seite nicht wieder eliminieren, warnt Gemke. Geeignete Software muss die eingehenden Daten filtern können und vom Anwender nur dann seine Aufmerksamkeit verlangen, wenn sie auch wirklich gebraucht wird. Zielgerichtet die richtigen Informationen zum richtigen Zeitpunkt richtig umsetzen, beschreibt Gemke das Problem weiter. FDT/ DTM sehen die Experten dabei als integralen Bestandteil einer solchen Engineering-Software. Ein erster Schritt in Richtung einfaches Engineering ist die IODD, die IO Device Description. Das ist eine Gerätebeschreibung, die dem Engineering-Programm mitteilt, welche Geräte integriert werden und wie man mit diesen Geräten umgeht. Jetzt ist es die Aufgabe von Herstellern in deren Engineering-Tools diese IODD zu integrieren und komfortabel in ihren Tools darzustellen. Dann haben wir eine vollständige und durchgängige Bedienung von IO-Link-Geräten, erklärt Moritz den nächsten Schritt. Konkurrent oder Ergänzung Das Einsatzfeld des letzten Meters zum Feld drängt den Vergleich mit Hart und AS-i auf. Von der Physik her haben Hart und IO-Link Gemeinsamkeiten. Hart arbeitet mit einem ma-signal und bietet Kommunikationsfähigkeit, IO-Link hat das Schaltbit und Kommunikationsfähigkeit, erläutert Moritz die Gemeinsamkeiten. Außerdem sind beide Kommunikationsschnittstellen neutral. Moritz dazu: IO-Link wurde nicht top-down von einem Feldbus her, sondern von der Anwendung kommend, von der Sensorik/ Aktorik, nach oben entwickelt. Unterschiede liegen aber im Einsatzgebiet und in der Integration. Hart zielt mit seinem ma-signal deutlich auf die Prozesstechnik. IO-Link fokussiert aber die Fabrikautomation. Außerdem stehen für IO- Link Engineering-Tools zur Verfügung, die den Ingenieur bei Integration und Installation unterstützen. Im Zusammenspiel mit AS-i sehen die Experten IO-Link eher als Ergänzung denn als Konkurrenten. Die beiden Systeme ergänzen sich mehr als sie sich überschneiden, stellt Andreas Glasenapp, Produktmanager Sensor bei Festo, klar. Lediglich bei Sammelmodulen für binäre Sensor- 26 IEE

4 Der Markt zieht, erläutert Andreas Glasenapp, Produktmanager Sensoren bei Festo, die Erwartungshaltung an IO-Link. Frank Moritz, Produktmanager Sensors & Connectivity bei Sick, zum Thema Anforderungen an IO-Link: Wir stehen vor der großen Aufgabe uns in alle Feldbus-Systeme und Steuerungs-Systeme zu integrieren. signale kommen sich die beiden Systeme in die Quere. An sich bestehen aber mehr Unterschiede als Gemeinsamkeiten. AS-i ist eine Feldbus-Topologie und IO-Link eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung, erläutert Moritz. Während AS-i typisch 4 Bits pro Sensor oder Anschaltpunkt überträgt, überträgt IO-Link bis zu 32 Byte Prozessdaten und Service-Objekte. Die Stärke von AS-i liegt bei weit verteilten Sensornetzen in großen Anlagen. Die von IO-Link hingegen bei kleinen Maschinen mit geballter Sensorik. Der konservative Maschinenbauer Während Hart 30 Jahre brauchte bis es von einer Schnittstelle für den Hersteller zu einer wirklichen Remote-I/O-Schnittstelle wurde, peilen die Experten für IO- Link drei bis fünf Jahre an, bis Endanwender das System nutzen. Was manchem lang vorkommt, ist für den Maschinenbau eine eher kurze Zeitspanne. Die Entwicklungszeit für neue Maschinen liegt in eben dieser Zeitspanne. Außerdem müssen Maschinen Lebenszyklen von bis zu 20 Jahren erreichen. Kein Maschinenbauer kann täglich jeden neuen Trend in seinen Maschinen integrieren, wenn er wettbewerbsfähig bleiben möchte, erklärt Gemke den vorsichtigen Umgang mit neuen Technologien. Ab 2009 werden die Portfolios der IO-Link-Firmen so ausgeweitet sein, dass komplette Maschinen und Anlagen mit der Schnittstelle arbeiten können. Den wichtigsten Aspekt für die Etablierung sieht Klaus-Peter Willems in einer Vereinfachung der Verdrahtung: Wenn IO-Link nur Kommunikation und Diagnose hätte, würde uns das keiner abkaufen. Auch wenn das strategisch die viel wichtigeren Themen sind. Denn die Effekte bei der einfacheren Verdrahtung spürt der Anwender sofort im Geldbeutel. Wenn ich die Stückliste und Arbeitspläne einer Maschine nach heutiger Für die IO-Link-Firmen geht das Denken über die reine Anschlusstechnik hinaus (Albert Feinäugle, Balluff, und rechts Klaus Ebinger, Turck). IEE

5 Bauart und einer mit IO-Link vergleiche, dann hat IO-Link schon heute einen deutlichen Vorteil, vor allem durch gespartes Kupfer und Arbeitszeit. Und dann kommt die zusätzliche Funktionalität wie Diagnose und Parametrierung noch oben drauf, stellt Feinäugle fest. Er ergänzt: Unsere Kunden, die Maschinenbauer, sind darauf angewiesen im harten globalen Wettbewerb stets um eine Nasenlänge voraus zu sein. Wenn es darum geht, Wenn wir anfangen die Systeme unserer Anwender mit Daten voll zu müllen, wird das Ganze irgendwann kollabieren, beschreibt Klaus Ebinger, Produktmanager Prozesssensoren bei Turck, die Gefahren der Informationsflut aus dem Feld. tium gehören, unterstreicht den internationalen Anspruch. Mit Stückzahlen aus den deutschen oder europäischen Märkten gibt sich bei denen niemand zufrieden, charakterisiert Willems die Halbleiterhersteller und ihr Interesse an IO-Link. Auch amerikanische Unternehmen, beispielsweise Banner Engineering, sind im Gremium vertreten. Wichtig sei deswegen noch eine stetige Erweiterung der IO-Link-herstellenden Mit IO-Link ist erstmals das technologische Potenzial für vorbeugende Wartung da, hebt Klaus-Peter Willems, Geschäftsführender Gesellschafter bei TMG Technologie und Engineering, den Systemgedanken hervor. erweiterte Funktionalität bei gesparten Kosten anzubieten, ist IO-Link ein erfolgversprechender Ansatz. Auch international wird IO-Link laut den Experten eine Rolle spielen. Ebinger dazu: Die Mitgliederliste des IO-Link-Konsortiums zeigt, dass gerade der exportorientierte deutsche Mittelstand das Thema IO-Link voranbringt. Bei der Entwicklung von IO-Link lag deswegen besonderes Augenmerk auf der Einheitlichkeit. Jeder IO- Link-Sensor kann mit jedem IO-Link-Master kommunizieren. Dementsprechend wird es kein deutsches/europäisches und asiatisches IO-Link geben, sondern nur eine Definition für die ganze Welt. Das ist ein starkes Argument, betont Moritz, Der Maschinenbauer muss sich nicht, je nachdem wo die Maschine hingeht, die entsprechende Technologie aussuchen, sondern es gibt nur ein IO-Link. Das auch Halbleiterhersteller zum IO-Link-Konsoroder -entwickelnden Firmen, um bisher noch nicht abgedeckte Produktbereiche wie Displays oder HMIs dem Anwender anbieten zu können. Wir müssen die einschlägigen Hersteller in den Bereichen aktivieren. Ich denke viele haben diese Chance überhaupt noch nicht erkannt, stellt Feinäugle eine Forderung für die Zukunft. Für diesen Zweck wird das IO-Link- Konsortium neben Spezifikationen ein Testsystem frei geben, dass Firmen erlaubt, ihre entwickelten Geräte auf IO- Link-Fähigkeit hin zu testen und dafür dann auch ein Gerätesiegel zu erhalten, dass sie veröffentlichen können. Auf in die Zukunft Für die Zukunft sieht die Expertenrunde vor allem Potenzial in den Bereichen vorbeugende Wartung, Fernwartung und Funktionsintegration. IO-Link liefert eine Grundlage für vorbeugende Wartung und Fernwartung, da es ein durchgehendes System ist. So können Informationen vom Feld bis über die Steuerungsebene hinaus konsequent weitergegeben werden. Heute besteht Instandhaltung bei vielen Firmen aus Feuerwehreinsätzen. Wenn etwas kaputt ist, rennt jemand los. Eigentlich brauchen wir die Information aber früher, erklärt Willems, den Zustand heute, den IO-Link zukünftig ändern will. Bei der Funktionsintegration geht es nicht nur um kleinere Sensoren, die mehr Funktionalität bieten, aber weniger Platz durch weniger Verkabelung und Interfaces brauchen, sondern vor allem um die Verbindung von Sensorik und Aktorik, von mechatronischen Einheiten. Gerade diese Geräte rufen geradezu danach, durch IO-Link angebunden zu werden, stellt Glasenapp fest. Auch die Möglichkeit über ein Kabel 7 W zu übertragen, kann neue Einsatzfelder eröffnen. Kleinstantriebe, die bisher über einen Feldbus angeschlossen waren und eine separate Power-Leitung hatten, könnten mit IO- Link mit einem Kabel für Daten und Energie angebunden und mit einem Microchip gesteuert werden. Mechatronische Subsysteme nehmen möglichst viele zentrale Aufgaben ab und vereinfachen so die Gesamtprogrammierung, zeigt Glasenapp einen Vorteil auf erklären die Experten einhellig zum Jahr des IO-Link. Im nächsten Jahr soll die Punk-zu-Punkt-Verbindung anfangen ganz groß durchzustarten. Die an IO-Link beteiligten Firmen werden auf der diesjährigen SPS/IPC/Drives mit neuen Produkten zeigen, was mit der Punkt-zu- Punkt-Verbindung alles möglich ist. Die neu überarbeitete Internetseite des Konsortiums wird ebenfalls zur SPS/IPC/ Drives online gehen, mit Informationen für Kunden, Anbieter, Konsortiumsmitglieder und solchen die es werden wollen. infodirect 776iee1108 Link zum IO-Link-Konsortium Link zu IO-Link von Balluff Link zu Festo Link zu IO-Link bei Pheonix Contact Link zu IO-Link bei Sick Link zu IO-Link bei Siemens Link zu TMG Link zu Turck 28 IEE

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