IO-Link

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Was ist ein IO-Link? Definition:

Ein IO-Link ist eine weltweit standardisierte hersteller- und bussystemunabhängige I/O-Schnittstelle mittels Punkt-zu-Punkt Kommunikation, um Signale von Sensoren und Aktuatoren zu übertragen. Umgekehrt gibt der IO-Link Steuerungsdaten bis in die unterste Feldebene weiter. Neben den Schaltzuständen werden Konfigurations-, Diagnose- und Prozessdaten bereitgestellt. Haupteinsatzbereich ist der industrielle Bereich.


Was ist IO-Link? - ein unterhaltsames Video des IO-Link Konsortiums zur Einführung

Überblick

IO-Link ist ein Markenname. Die eigentliche Bezeichnung dieses Kommunikationssystems ist SDCI (Single-drop digital communication interface for small sensors and actuators) und wird in der Europäischen Norm EN 61131 im Teil 9 beschrieben.

Ein IO-Link basiert auf dem etablierten 3-Leiter-Anschluss für Sensor und Aktor - und ist kein Feldbus. Wesentlicher Aspekt von IO-Link ist die Kompatibilität zum bestehenden 3-Draht-System mit schaltenden Sensoren in heutigen Maschinen und Anlagen, so dass die IO-Link Devices auch im Ersatzteilfall abdecken bzw. ohne Neuverdrahtung ein Retrofit der Maschine realisierbar ist. Eine IO-Link-Konfiguration kann als eigenständige Installation genutzt werden, für die Kommunikation zwischen SPS und Geräten, oder sie kann in andere Feldbusnetze wie ProfiNet, EtherNet/IP etc. integriert werden, mit 100% Rückwärtskompatibiltität zu bestehenden Technologien.

Betrieb, Komponenten und Technologie

traditionelle Verdrahtung IO-Link
Beispiel traditionelle Verdrahtung vs. IO-Link
Systemübersicht IO-Link
Systemübersicht IO-Link (von ifm electronic)
Datenkanäle IO-Link
Datenkanäle IO-Link
IO-Link Kabel
Drei- oder vieradriges ungeschirmtes Standardsensorkabel
Diagnosefunktion mit IO-Link
Beispiel Diagnosefunktion mit IO-Link

Die IO-Link Kommunikation und Datenkanäle

Durch die IO-Link Kommunikation entsteht ein einfaches, einheitlich verdrahtetes und deutlich an Schnittstellenvielfalt reduziertes System für Sensoren und Aktoren, sowie gemischten Aktor-Sensor-Devices. Es ergibt sich der in der Abbildung gezeigte Systemaufbau. Die IO-Link Kommunikation lässt damit zu, dass über das Schaltsignal hinaus ein oder mehrere Mess- bzw. Analogwerte übertragen werden können. Additiv können ein oder mehrere Schaltpunkte oder auch ein Mix aus analogen und digitalen Daten übermittelt werden. Dabei reduziert sich die Typenvielfalt und die Inbetriebnahme wird beschleunigt. Die Inbetriebnahme vereinfacht sich zudem, da IO-Link mittlerweile auf allen gängigen Feldbussystemen abgebildet ist und somit besteht die Möglichkeit, IO-Link in die üblichen Automatisierungssysteme zu integrieren. Eine entsprechende Toolunterstützung steht für die Parametrierung und zentrale Datenhaltung der IO-Link-Devices zur Verfügung. Die zugehörigen Beschreibungsdateien der IO-Link-Devices (IODD = Input Output Device Description) sind zentral auf dem sogenannten IODDfinder abgelegt. In Verbindung mit vereinheitlichtem Tooling und der Beschreibungsdateien ist eine schnelle Projektierung, Inbetriebnahme und eine einfache Erstellung der Anlagendokumentation möglich. IO-Link verfügt über zwei logische Datenkanäle, die zyklische von azyklischen Daten trennen. Die IO-Link Kommunikation ist durchgängig zwischen Steuerung und IO-Link-Devices und lässt Zugriffe auf alle Prozessdaten, Diagnosedaten und Geräteinformationen zu. Ebenso können gerätespezifische Daten erreicht werden. Damit ist es erstmals möglich auch auf die Aktuatorik und Sensorik einer Anlage, unabhängig vom Standort, zuzugreifen und eine Ferndiagnose durchzuführen.

IO-Link Master

Das IO-Link-Device kommuniziert über ein Standardsensorkabel Punkt-zu-Punkt mit einem IO-Link-Master. Der IO-Link-Master verbindet die Daten mit anderen IO-Link-Geräten und kommuniziert über ein industrielles Netzwerk oder eine Backplane mit der Steuerung. Eine Möglichkeit, einen IO-Link Master im Komplettset zu testen, bietet ifm electronic Starterkit IO-Link-Master. Es gibt spezielle Master für verschiedene Einsatzbereiche, zum Beispeil für den Einsatz in Nassbereichen. Dieses Video gibt einen Einblick in die Vielfalt der IO-Link Master.

Kabeltyp und -länge

Bei IO-Link wird ein drei- oder vieradriges ungeschirmtes Standardsensorkabel verwendet. Kabel, die zwischen dem IO-Link-Master und einem Device verlaufen, dürfen bis zu 20 Meter lang sein. Üblicherweise werden Standardautomationskabel verwendet. Bei den meisten Kabeln handelt es sich um M12 A-kodierte, ungeschirmte, drei- oder vieradrige Gleichstrom-Sensorkabel.

Stern-Architektur

Da IO-Link eine serielle Punkt-zu-Punkt Kommunikation verwendet, ist die Stern-Topologie die einzige Gerätearchitektur, die aufgebaut werden kann. Ausnahmen stellen hier IO-Link-Devices (Hubs) mit Erweiterungsport da.

IO-Link Schnittstelle

Geräte mit Port Klasse A im Vergleich zu Geräten mit Port Klasse B

IO Link KlasseAB.jpg
M12 A-kodierte Buchse
Pin Port Klasse A Port Klasse B
1 V+ Gerät V+
2 vom Zulieferer definiert Aux V+
3 Allgemein Geräte-Kom
4 IO-Link oder I/O IO-Link oder I/O
5 --- Aux Kom

Die meisten Geräte verwenden einen IO-Link Port der Klasse A. Es werden auch Ausgangsgeräte wie Ventile mit einem IO-Link-Port der Klasse B angeboten. Der Port-Typ von Master und/oder IO-Link-Device, d.h. ob Klasse A oder Klasse B, muss ermittelt werden. Z. B. sind die meisten Balluff-Geräte IO-Link-Ports der Klasse A, ifm bietet bei der Dataline auch einen Y-Weg inklusive an.

IO-Link Stern
IO-Link Stern

Intelligente Geräte mit Diagnose

IO-Link ermöglicht, neben der einfachsten Diagnose (Kabelbruch), weitaus komplexere Diagnosen, die direkt aus dem IO-Link-Device kommen. […] Ebenfalls beherrscht IO-Link die Möglichkeiten einer dynamischen Änderung der Parameter in IO-Link-Devices. IO-Link ist in der Lage eine Nachparametrierung vorzunehmen ohne einen Tooleinsatz zu erzwingen und geschultes Personal vorhalten zu müssen. D. h. kommt es zum Ausfall eines IO-Link-Devices, kann das betreffende Gerät durch ungeschultes Personal mechanisch ausgetauscht werden. Das System ist in der Lage zu erkennen, dass ein Ersatzgerät eingebaut wurde und dieses wieder mit den richtigen Parametern in Betrieb setzen. Wurde ein nicht passendes Gerät eingebaut, kommt es zur Fehlermeldung. Dennoch kann Kontakt zum Gerät aufgebaut werden, jedoch ohne zyklische Daten. Dies ermöglicht die Identifikation, um welches Devices es sich handelt und ob eventuell ein Port vertauscht wurde.

Übersicht der verschiedenen IO-Link-Master







Vorteile und Anwendungsbeispiele IO-Link

IO Link Anwendung
Typische Anwendungen: Standardsensoreingänge und diskreter I/O

Schneller Tausch der Sensoren

Sensoren können schnell und einfach getauscht werden, da alle Parameter im IO-Link Master gespeichert werden. (Beispiel-Video von ifm electronic gmbh)

Diagnosedaten über den Prozess

IO-Link-Sensoren liefern Diagnosedaten über den Prozess und reduzieren so ungeplante Stillstände. (Beispiel-Video von ifm electronic gmbh)

Einfache Parametrierung

IO-Link-Sensoren lassen sich über die IO-Link-Schnittstelle von der Steuerung oder dem Master aus parametrieren. (Beispiel-Video von ifm electronic gmbh)

Mögliche bereitgestellte Diagnoseinformationen via IO-Link:

  • Gerät vorhanden
  • Gerät eingeschaltet
  • Grenzbereichsbetrieb
  • Verschmutzte Optik
  • Zielobjekt außerhalb des Abtastbereichs
  • Kurzschlusserfassung
  • Kabelbruch
  • Überlasterfassung
  • Offene Ausgangsspule

IO-Link Hersteller & Anbieter

Jeder Hersteller von IO-Link-Lösungen erhält eine Vendor ID. In der IO-Link Vendor ID Table sind somit die Hersteller gelistet, wie z. B.:

  • Vendor ID, Firma/Profi
  • comtrol
  • 26, SICK AG
  • 234, J. Schmalz GmbH
  • 310, ifm electronic gmbh
  • 888, Balluff GmbH

Die vollständige Liste: http://www.io-link.com/share/Downloads/Vendor_ID_Table.xml

Software

Für IO-Link gibt das IO-Link Sensors and the Industrial IoT Starter Kit, siehe Open Source Maschinenbau

IO-Link Literatur

Vor IO-Link Sekundärliteratur sollten die Original-Quellen besucht werden:

Hersteller von IO-Link Komponenten haben auch Informationen auf Ihren Websites, die aber im Kern nur auf den Beschreibungen in den Standards basieren können. Interessant sind hier jedoch die Beschreibungen der konkreten IO-Link-Komponenten von Balluff, Festo, ifm electronic & Co. Siehe weiter unter Link zum IO-Link-Hersteller-Verzeichnis.

IO-Link Angebote

IO-Link im Lieferanten- & Hersteller-Verzeichnis

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