Inhaltsverzeichnis
1. IO-Link bringt Intelligenz in den Sensor
2. Mit OPC UA gelangen IO-Link-Daten in die Cloud
3. Aufgabenteilung zwischen SPS und Cloud
4. Stand-alone-Betrieb ohne übergeordnete Steuerung
In Zeiten von Industrie 4.0 werden Unternehmen jeglicher Branchen zunehmend vor die Aufgabe gestellt, ihre Anlagen digital zu vernetzen, um Daten selbst aus der untersten Feldebene den Entscheidungsträgern global verfügbar zu machen. Wo stehen Halbfabrikate zur Weiterverarbeitung bereit, welche Zeit wird noch zur Fertigstellung benötigt und wo drohen eventuelle Anlagenstillstände, die die Einhaltung von Lieferterminen gefährden? Dies sind nur einige wenige Fragen, die durch die Vernetzung der Anlagen beantwortet werden können, um so die Produktivität zu steigern. Das Problem liegt hierbei prinzipiell nicht im Vorhandensein der Daten, sondern viel mehr an der Schnittstelle, um diese Daten Verfügbar zu machen. Gerade Daten aus der Sensor-/Aktorebene, die unerlässlich zur Beantwortung der Fragen rund um Industrie 4.0 sind, waren bisher nur in zentralen Steuerungssystemen verfügbar, auf die nur ein meist manueller Zugriff durch spezialisierte Steuerungsexperten möglich war. Als erster Hersteller löst Pepperl+Fuchs dieses Problem durch die smarte Kombination von IO-Link-Master und OPC UA in einem einzigen, indem Daten parallel zur Steuerungskommunikation einfach auch an IT- oder cloudbasierte Systeme übertragen werden können.
IO-Link bringt Intelligenz in den Sensor
Wurden in der Vergangenheit nur Schaltsignale von Sensoren an übergeordnete Steuerungssysteme übertragen, ermöglicht IO-Link auch den Zugriff auf zusätzliche Daten zur Identifikation, Diagnose und Parametereinstellungen des entsprechenden Sensors. Durch die Standardisierung von IO-Link (IEC 61131-9) erhalten Kunden Sicherheit beim Anlagendesign, indem Sensoren verschiedener Hersteller mit IO-Link eine vordefinierte Schnittstelle zum Datenzugriff bereitstellen. Durch die Geräteinformationen, die IO-Link dabei bereitstellen kann, eröffnen sich neue Wege für smarte Applikationen. Ergibt sich in der Feldebene ein Problem, so ermöglichen die Diagnosedaten eine genaue Beurteilung des Problems. Ist ein Austausch von Geräten notwendig, ist durch die Identifikationsdaten im Handumdrehen bekannt, welches Gerät bei welchem Hersteller zu beschaffen ist. Wird das Ersatzgerät dann eingebaut, so können alle bisherigen Parametrierungen automatisch in das Austauschgerät übertragen werden, und die Anlage kann ohne manuellen Eingriff wieder in den Betrieb wechseln.
Mit OPC UA gelangen IO-Link-Daten in die Cloud
Durch die Integration von OPC UA in die IO-Link-Master der ICE2- und ICE3-Serie, eröffnet Pepperl+Fuchs die Möglichkeit, IO-Link Daten parallel und unabhängig voneinander über ein deterministisches Feldbusprotokoll wie Ethernet/IP oder Profinet und gleichzeitig über OPC UA an übergelagerte Systeme zu übertragen. Generell handelt es sich bei OPC UA um ein ethernet-basiertes Kommunikationsprotokoll, das einen einfachen und flexiblen Weg für die Kommunikation von Maschine zu Maschine oder von der Maschine in die Cloud ermöglicht. Hierbei zeichnet sich OPC UA vor allem durch seine Unabhängigkeit aus, wodurch Kunden maximale Flexibilität bei der Gestaltung ihrer IoT-Systeme erhalten. Neben der Herstellerunabhängigkeit, umfasst diese auch eine Plattform- und Programmiersprachenunabhängigkeit. Kunden sind hier also völlig frei, ob sie ihre Systeme in Umgebungen wie beispielsweise C/C++ oder JAVA programmieren möchten, und ob diese auf Windows, Linux oder auch eigenen Betriebssystemen aufsetzen. Hierbei unterscheidet sich OPC UA maßgeblich von den ethernet-basierten Feldbusschnittstellen wie Profinet oder Ethernet/IP. Ein weiterer Unterschied liegt allerdings auch in der Performanceausrichtung der Protokolle. Während die steuerungsbasierten Kommunikationsprotokolle vor allem auf Real-Time-Applikationen mit Zykluszeiten im Millisekundenbereich ausgerichtet sind, dient OPC UA eher einem parallelen, nicht-zeitkritischen Informationsdatenkanal in die Cloud, der weniger harte Anforderungen an die Echtzeit stellt. Ein Nachteil ist das nicht, sondern eher eine smarte Ergänzung, da so verschiedene Einsatzszenarien von hybriden Systemen bis hin zu Applikationen ohne klassische Steuerung ermöglicht werden.
Aufgabenteilung zwischen SPS und Cloud
Durch Kombination von einem deterministischen Feldbusprotokoll wie Ethernet/IP oder Profinet und OPC UA in einem Gerät können die IO-Link-Master parallel mit einer Steuerung und einem übergelagerten IT-System oder einer Cloud kommunizieren. So sind hybride Systeme möglich, in denen die SPS die Applikation über Feldbusprotokoll in Echtzeit steuert und der IO-Link-Master parallel über OPC UA Zustandsdaten in die Cloud überträgt, die für die Steuerung zwar ohne Belang, für eine andere Maschine oder ein zentrales Leitsystem aber wichtig sind. So wird eine erweiterte Diagnose einschließlich der Vorausfallanzeige und dem Auslösen von präventiven Wartungsaktionen ermöglicht. Die Daten können dabei durch ausgelagerte Software in einem lokalen Auswertungstool verarbeitet werden oder ohne Interpretation in die Cloud übertragen werden. Ob die Cloud im Firmennetzwerk oder im Internet lokalisiert ist, unterliegt der Entscheidung des Anwenders, ebenso wie die Einstellung des Sicherheitsniveaus. Hierfür unterstützen die IO-Link-Master sowohl Authentifizierungsmechanismen als auch ein Zertifikate-Management. Zusätzlich können Lese- und Schreibrechte für jeden der acht IO-Link-Ports vergeben werden.
Stand-alone-Betrieb ohne übergeordnete Steuerung
Echtzeitfähige Steuerungen mit ihrer hohen Performance sind meist mit hohen Hard- und Softwarekosten verbunden. Zusätzlich ist das Know-how von Steuerungsexperten erforderlich. Für Applikationen, die keine Steuerung im Millisekunden-Takt erfordern, sind klassische Steuerungen meist überdimensioniert. Werden der OPC-UA-Kommunikation Schreibrechte zugewiesen, können die einzelnen Aktionen dabei durch computer- oder cloud-basierte Systeme übernommen werden. Da diese Systeme immer performanter werden, können Steuerungsaufgaben so zu geringen Kosten realisiert werden. Mit den IO-Link-Mastern mit integrierter OPC-UA-Schnittstelle können Kunden sich bereits heute auf die Digitalisierung ihrer Anlagen vorbereiten. Die OPC-UA-Funktionalität kann jederzeit flexibel aktiviert und deaktiviert werden. So können Kunden schon heute ihre Anlagen entsprechend ausstatten und zu einem beliebigen Zeitpunkt das Potential der ICE2-/ICE3-IO-Link Master und der OPC-UA-Kommunikation freischalten. ge
Weitere Details zu den IO-Link-Mastern
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