Smart Sensor Solutions mit IO-Link

Der Autor: Dipl.-Ing. (FH) Frank Moritz ist Produkt Manager Sensors & Connectivity in der Division Industrial Sensors der Sick AG in Waldkirch www.sick.de

Mehr Maschinenleistung, schnelle und sichere Inbetriebnahmen, eine gleichbleibend hohe Prozessqualität – immer mehr Anwender erkennen die Vorteile, die ihnen die IO-Link-Technologie bieten kann. Was vor wenigen Jahren mit den Lichtschranken der Produktfamilie W12-3 von Sick begann, nämlich die bidirektionale Kommunikation digitaler Schaltzustände, digitalisierter Analogwerte und zahlreicher Zusatzinformationen zwischen Feld- und Steuerungsebene, erstreckt sich heute über weite Bereiche industrieller Sensoren. Unterschiedliche physikalische Wirkprinzipien, unterschiedliche Einsatzbereiche – die IO-Link-Technologie generiert ständig intelligente Innovationen.

Bei der Realisierung neuer Maschinenkonzepte gilt die Maxime „Mehr Produktivität durch Flexibilität“. Flexibilität ist dabei direkt abhängig von den automatisierungstechnischen Funktionalitäten, die beispielsweise innovative Sensoren bieten können. Daher nehmen die Forderungen der Endkunden nach intelligenter Sensortechnik gegenüber den Maschinenherstellern seit Jahren kontinuierlich zu. Sie ermöglicht es, Maschinen für eine möglichst große Produktvariantenvielfalt zu entwickeln – sie aber auch den regionalen Bedürfnissen im Weltmarkt anzupassen und die Produktivität von Maschinen generell zu steigern. Als Konsequenz suchen die Maschinenhersteller nach innovativen Lösungen in der Automatisierungstechnik.

Sick leistet als einer der technologischen Vorreiter bei IO-Link seit vielen Jahren durch die kontinuierliche Investition in Sensor-Innovationen einen entscheidenden Beitrag. Mit Smart Sensor Solutions powered by IO-Link setzt das Unternehmen auf die Verwendung modernster Sensortechnologien und deren Integration in den globalen Kommunikationsstandard IO-Link. Ein besonderes Augenmerk liegt zudem auf der Dezentralisierung von „smarten“ Automatisierungsfunktionalitäten in einem Netzwerk – denn sie haben unmittelbaren Einfluss auf die Produktivität von Maschinen und die Effizienz von Prozessen.

Die Intelligenz und Kommunikationsfähigkeit der Smart Sensor Solutions eröffnet durch bislang nicht umsetzbare Funktionalitäten neue Potenziale für mehr Maschinenproduktivität. Die Möglichkeit, Sensoren über das Automatisierungssystem flexibel einzustellen, ist vor allem für Maschinen von Vorteil, an denen ein häufiger Wechsel von Formaten, Rezepturen oder Produktvarianten stattfindet. Vor allem Maschinen und Anlagen der Verpackungsindustrie profitieren von dieser Funktionalität, denn der Parameter-Download direkt aus einer Steuerung auf gleichzeitig beliebig viele Sensoren spart Zeit, vermeidet Fehler und ist jederzeit dokumentierbar. In Anlagen, in denen eine robuste und günstige Zählwerterfassung oder eine Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlmessung erforderlich ist, bewährt sich die Funktionalität eines Hochgeschwindigkeitszählers. Eine weitere, dank IO-Link realisierbare Funktionalität ist die Zeitmessung. Sie optimiert Prozesse, in denen über die genaue Zeiterfassung Längen ermittelt, Taktzahlen gesteuert, Objekte distanziert oder eine wirkungsvolle Schlupfkontrolle erreicht werden soll. Die Möglichkeit, mit Hilfe von Smart Sensor Solutions Profile zu erkennen, zu vermessen, zu sortieren und zu verifizieren, optimiert vielerorts die Produkt- und Prozessqualität oder trägt zu mehr Maschinenleistung bei. Und dort, wo prozess- oder umgebungsbedingt mit einer großen Anzahl von Störsignalen gerechnet werden muss, z. B. in Anlagen zur Holzverarbeitung, bewährt sich die Funktionalität der dezentralen Entprellung. Der kontinuierliche Dialog, den Sick mit den führenden Herstellern der wichtigen Branchen pflegt, wird in Zukunft zur Umsetzung weiterer innovativer Funktionalitäten führen.

Zwei aktuelle Beispiele seien in diesem Zusammenhang genannt. So sind die Sensoren der Produktfamilie SAM erstmals wahlweise als „klassische“ Impulswächter oder als innovative Beschleunigungswächter einsetzbar. Eingebunden in eine IO-Link-Umgebung können SAM-Sensoren direkt aus dem Automatisierungssystem heraus schnell, bequem und präzise parametriert werden und im Betrieb aktuelle Messdaten direkt ausgegeben. Sensorik mit IO-Link ermöglicht beispielsweise auch ein zeitnahes Monitoring des aktuellen Maschinenzustands und der laufenden Prozessqualität sowie eine umfassende Visualisierung und Ferndiagnose. Das andere Beispiel sind die neuen Miniatur-Kontrasttaster KTM von Sick. Mit IO-Link Können die Miniatursensoren nicht nur den digitalen Schaltzustand übertragen, sondern auch zahlreiche Zusatzinformationen, z. B. die Qualität des Kontrastes, welche einen Rückschluss auf die Schaltsicherheit gibt, die aktuelle Sensorparameter oder seine Seriennummer. Besonders wichtig für viele Anwender z. B. in der Verpackungsindustrie sind die umfangreichen Möglichkeiten zum Parameter-Download aus einer Maschinensteuerung: Bei einem Formatwechsel, der insbesondere im Konsumgüterbereich fast immer mit einem Farb- oder Designwechsel von Verpackungen einhergeht, können einmal eingelernte Chargenparameter automatisch aus dem Automatisierungssystem in den Sensor geladen werden. Dies führt zum Teil zu einer dramatischen Verkürzung von Umrüstzeiten und Maschinenstillstand.

Dies sind nur zwei Beispiele aus dem ständig wachsenden IO-Link-Produktportfolio des Sensorspezialisten. Als eines der breitesteten Sortimente auf dem Markt umfasst es u. a. optoelektronische, induktive, magnetische oder Ultraschallsensoren, Lichtgitter, Distanzsensoren, Sensoren für Druck und Füllstand. Die wichtigsten Einsatzbranchen sind Verpackung, Holz, Food & Beverage, Pharma sowie die Lager- und Fördertechnik. Gemeinsam mit Schlüsselkunden wird das Portfolio gezielt erweitert. Die Priorität liegt dabei auf der Entwicklung sogenannter Advanced-Lösungen, die eine direkte Kommunikation zwischen Sensorik und Aktorik ermöglichen – ohne den oft zeitkritischen Umweg über ein Automatisierungssystem. Typische Funktionalitäten sind z. B. die Hochgeschwindigkeitszählung, die Zeitmessung, die dezentrale Entprellung, die Profilerkennung und -verifikation oder die Produktverfolgung per Zeitstempel. Sie alle ebnen den Weg für intelligente Einheiten mit konfigurierbaren Automatisierungsfunktionen. Der Sensor ist dabei „nur“ der Hardware-Träger, der individuell mit den virtuellen Produktlösungen, d. h. den gewünschten Funktionalitäten, ausgestattet wird. Wie das aussehen kann, hat Sick zusammen mit Siemens während der letzten Messe SPS/IPC/Drives mit einer durchgängig IO-verlinkten Maschine demonstriert.

Solche Präsentationen zeigen dann auch, ob und wie weit sich die IO-Link-Technologie bereits durchgesetzt hat. Festgestellt werden kann, dass der Anteil an Basisaufklärung deutlich abnimmt und potenzielle Anwender heute zum Teil sehr gezielte Informationen abfragen. Besonders hilfreich ist hierbei der Leitfaden Smart Sensor Solutions powered by IO-Link von Sick, der auch als gedruckte Broschüre verfügbar ist. Zur weiter steigenden Akzeptanz der Technologie trägt natürlich auch die zunehmende Anzahl an Referenzanlagen bei, allen voran in der Verpackungsindustrie, in der Holzverarbeitung sowie in der fertigungsnahen Prozessautomation.

In dem Maß, in dem die applikationsbezogenen Aufgabenstellungen zunehmen, gilt es natürlich auch künftig, das der IO-Link-Technologie zugrunde liegende Smart-Sensor-Profil weiterzuentwickeln und zu internationalisieren. Hierzu wird sich das Unternehmen auch künftig aktiv im IO-Link Steering Commitee einbringen – im Bereich Technologie ebenso wie im Marketing. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der weltweiten Umsetzung von IO-Link. Hier arbeitet Sick auch eng mit der ODVA zusammen, beispielsweise bei der Integration von IO-Link in das Ethernet/IP-basierte CIP-Protokoll. ge

IO-Link ist eine weltweit standardisierte IO-Technologie (IEC 61131-9) zur Kommunikation mit Sensoren und Aktoren. Die Punkt-zu-Punkt Kommunikation basiert dabei auf dem bekannten 3-Leiter-Sensor-Aktor-Anschluss ohne zusätzliche Anforderungen an das Anschlusskabel. IO-Link ist kein Feldbus, sondern die Weiterentwicklung der bewährten Anschlusstechnik für Sensoren und Aktoren:

Der Bedarf, Applikationen sensor-und kommunikationstechnisch effizient zu lösen, wird in Zukunft nicht abnehmen. Mit Smart Sensor Solutions powered by IO-Link – nahtlos in ein Automatisierungsnetzwerk integriert – lassen sich neue Ansätze zur Steigerung der Flexibilität, Zuverlässigkeit, Effizienz und Kostensenkungen von Maschinen erzielen. IO-Link bleibt also auf der Tagesordnung – Sick wird diese technologische Entwicklung in der Fabrikautomation auch in Zukunft aktiv begleiten.