IO-Link
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 internationalen Norm IEC 61131 im Teil 9 beschrieben.
Ein IO-Link basiert auf dem etablierten 3-Leiter-Anschluss für Sensor und Aktor - und ist kein Feldbus, sondern die Verbindung zwischen einer Peripherie-Anschaltung sowie einem Feldgerät. Ein wesentlicher Aspekt 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 oder ohne Neuverdrahtung ein Retrofit der Maschine realisierbar ist.
Eine IO-Link-Konfiguration kann als eigenständige Installation genutzt werden, für die Verständigung zwischen SPS - PLC und Geräten, oder sie kann in andere Feldbusnetze wie ProfiNet, EtherNet/IP etc. integriert werden, mit 100 % Rückwärtskompatibiltität zu bestehenden Technologien.
IO-Link Bus
Durch die IO-Link Kommunikation entsteht ein einfaches, einheitlich verdrahtetes und deutlich an Kontaktpunkten reduziertes System für Sensoren und Aktoren, sowie gemischten Aktor-Sensor-Devices. Es ergibt sich der in der Abbildung gezeigte Systemaufbau. Damit können über die Schaltsignal hinaus ein oder mehrere Mess- bzw. Analogwerte übertragen werden. 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 Inbetriebsetzung vereinfacht sich zudem, da IO-Link mittlerweile auf allen gängigen Feldbussystemen abgebildet ist und somit besteht die Option, die Technologie 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, Inbetriebsetzung und eine einfache Erstellung der Anlagendokumentation möglich. IO-Link verfügt über zwei logische Datenkanäle, die zyklische von azyklischen Daten trennen. Die 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. Es gibt spezielle Master für verschiedene Einsatzbereiche, z. B. für den Einsatz in Nassbereichen. Dieses Video gibt einen Einblick in die Vielfalt der IO-Link Master.
Verkabelung / Verdrahtung
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
Die Stern-Topologie/Stern-Architektur ist die einzige Gerätearchitektur, die aufgebaut werden kann. Ausnahmen bilden hierbei IO-Link-Devices (Hubs) mit Erweiterungsport.
IO-Link Schnittstelle
Geräte mit Port Klasse A im Vergleich zu Klasse B:
| 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 Ventil 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 Geräte IO-Link-Ports der Klasse A, manche Firmen bieten bei der Dataline auch einen Y-Weg inklusive an.
Intelligente Geräte mit Diagnose
IO-Link ermöglicht, neben der einfachsten Diagnose (Kabelbruch), weitaus komplexere, die direkt aus dem IO-Link-Device kommen. Es besteht auch die Möglichkeiten einer dynamischen Änderung der Parameter in IO-Link-Geräten.
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 Devices, kann das betreffende Gerät durch ungeschultes Personal mechanisch ausgetauscht werden. Es 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.
Vorteile mit IO-Link
- Reduzierung der Maschinenkosten durch softwareseitige Diagnosemöglichkeiten
- geringe Stillstandszeiten & hohe Maschinenverfügbarkeit
- sehr effizienter Betrieb, geringe Wartung
- Schneller Tausch der Sensoren
- Diagnosedaten über den Prozess (verbesserte Prozessqualität), z. B. mit Visualisierungssoftware
- Einfache Parametrierung
- Automatisierung → automatisiertes Kommunikationssystem
Mögliche bereitgestellte Diagnoseinformationen:
- Gerät vorhanden / eingeschaltet
- Grenzbereichsbetrieb
- Verschmutzte Optik
- Zielobjekt außerhalb des Abtastbereiches
- Kurzschlusserfassung, Kabelbruch
- Überlasterfassung
- Offene Ausgangsspule
Weiterführende Informationen
Anbieter 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 & Co. Siehe Link zum Anbieter-Verzeichnis.