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Wie sieht Turck die Entwicklung bei IO-Link

Basistechnologie unlimited
Turck: IO-Link bietet Potenzial für neue Geschäftsfelder

Turck als globaler Partner für die Fabrik-, Prozess- und Logistikautomation bietet digital vernetzbare Lösungen für effiziente Automatisierungssysteme. Als Spezialist für smarte Sensorik bringt das Unternehmen Intelligenz an die Maschine und schafft so die Verbindung zu Industrie 4.0 und IIoT. Welche Rolle dabei IO-Link als Basistechnologie im Portfolio spielt und welche weiteren Entwicklungen bei dieser Technologie zu erwarten sind, erläutern Sai Seidel-Sridhavan, Produkt Marketing Manager, und Aurel Buda, Leiter Produktmanagement Fabrikautomation Systeme, bei Turck in Mülheim.

Interview: Andreas Gees, stv. Chefredakteur elektro AUTOMATION

elektro AUTOMATION: IO-Link hat gerade mit den Konzepten für das IIoT an Bedeutung gewonnen. Welche Rolle spielt diese Kommunikationstechnik für Turck und wie ist sie in das Produktportfolio eingebunden?

Seidel-Sridhavan (Turck): Wir sind in der glücklichen Lage, dass wir diese Technologie gemeinsam mit unseren Kunden entwickeln durften, und als Gründungsmitglied der IO-Link-Community haben wir das Ziel verfolgt, die digitale Kommunikation vom Steuerungslevel bis zum letzten Meter in der Maschine zu realisieren. Wir haben in eine Technologie investiert, deren Entwicklung wir anfangs nicht absehen konnten. Heute ist IO-Link ein wichtiger Part in unserer Unternehmensstrategie. Jedes Sensor- und Kommunikationsprodukt, das wir für die Fabrikautomation entwickeln, ist zumindest in einer IO-Link-Version verfügbar. Oft fällt die Entscheidung für IO-Link strategisch und es werden zuerst IO-Link-Geräte herausgebracht. Neben RFID ist IO-Link eine unserer zwei Kerntechnologien für digitale Daten aus der Maschine und deren Einsatz in der Automatisierung. IO-Link ist zuerst eine Schnittstelle zwischen Sensor und Steuerung, sie bietet aber auch die Basis, um IIoT-Konzepte zu realisieren.

Aurel Buda (Turck): Turck produziert nicht nur eine große Zahl von Sensoren verschiedener Art für Steuerungsaufgaben oder das Prozessmonitoring, sondern vieles mehr für umfassende IIoT-Lösungen. Unsere Kunden finden bei Turck letztlich das komplette IO-Link-Portfolio, von der Sensorik über RFID-Schreib-Lesegeräte, Netzteile und Leuchten bis hin zu Hubs und Mastern für I/O-Systeme und -Blockmodule – quasi vom Sensor bis zur Cloud. Ergänzt wird das alle durch smarte Softwareangebote, die Anwendern den Einsatz der Technologie erleichtern. Wir sehen IO-Link als die Schnittstelle zwischen der Steuerungs- und der IIoT-Welt und beschäftigen uns deshalb auch intensiv mit Condition Monitoring. Als Systemlieferant werden wir dafür optimierte Lösungen anbieten. IO-Link ist ein offener Standard, ein herstellerunabhängiges Ökosystem. Und Turck bedient dabei sowohl die Master- als auch die Geräte-Seite.

elektro AUTOMATION: IO-Link hatte anfangs Akzeptanzprobleme. Das hat sich geändert. Warum hat Turck ein so umfangreiches Portfolio an Sensoren bzw. Geräten mit IO-Link entwickelt?

Buda: Die effiziente Vernetzung auch einfacher Schalter in einer Maschine und damit verbunden die bidirektionale Kommunikation in die Feldebene ist ein bedeutender Use Case bei Turck. Auch jegliche Art von Hubs sind mit dieser Standardschnittstelle ausgestattet. IO-Link ist offen und feldbusunabhängig. Das unterstützen wir auch mit unserer Ethernet-Multiprotokoll-Strategie in den Mastern. Die Palette der Sensoren reicht vom einfachen Näherungsschalter bis hin zu komplexeren Sensoren. Diese Geräte liefern zusätzliche Informationen über ihren Betriebszustand sowie die Umgebungsbedingen. Unsere Radarsensoren beispielsweise unterstützen das Condition Monitoring mit integrierten Analysen von Luftfeuchtigkeit, Vibration, Temperatur etc. Mit IO-Link bewegt sich Turck in einem Ökosystem, in dem auch standardisierte Aktorlösungen anderer Hersteller verfügbar sind. Wir binden IOs über IO-Link an den Master an, um so einfache Sensorsignale einzusammeln, aber auch mit höheren Strömen Ventile zu schalten.

Seidel-Sridhavan: Die Akzeptanz ist mit der zunehmenden Verfügbarkeit IO-Link-fähiger Aktorik gewachsen und viele Gerätehersteller haben diese Schnittstelle für sich entdeckt. Anfangs haben zwar Condition Monitoring und IIoT Interesse geweckt, doch das Ökosystem war nicht komplett. Heute reden wir über ein breites Ökosystem von Sensoren, Ventilinseln oder Stromversorgungen. Es hat sich herauskristallisiert, dass IO-Link eben nicht nur für Sensoren, I/Os und Steuerungen relevant ist. Hersteller sparen sich die Integration unterschiedlicher Schnittstellen. Anwender profitieren von dieser einzigen Schnittstelle, mit identischen Leitungen, Steckverbindern und Software.

elektro AUTOMATION: IO-Link hat an Akzeptanz gewonnen, als erste Konzepte zum IIoT aufkamen. Früher haben Anwender IO-Link zum Konfigurieren von Sensoren genutzt.

Buda: IIoT, Condition Monitoring, Predic-tive Maintenance, Prozessoptimierung und Asset Management haben IO-Link beflügelt. Schon immer war es unsere Botschaft, dass IO-Link eben auch eine kostengünstige Infrastruktur bietet. IO-Link kommuniziert über eine preiswerte Standard-Leitung. Obwohl sich Ventilinseln oder Hubs sicher auch mittels Industrial Ethernet vernetzen lassen, sind dabei die Kosten deutlich höher, während die Kosten eines Sensors durch die Integration von IO-Link nicht gestiegen sind. IO-Link bedeutet eben nicht, heute mehr zu zahlen für einen Use Case, den ich noch nicht genau beurteilen kann. Wir haben Applikationen realisiert, bei denen wir Sensoren bis zu einem gewissen Grad automatisch rekonfigurieren können, beispielsweise den Schaltabstand justieren. Das ist nur über die bidirektionale IO-Link-Kommunikation möglich. Damit haben wir im Grunde die Basis geschaffen, eine Maschine zu digitalisieren. Die Übertragung von Prozess-, Identifikations- und Zugangsdaten bildet letzlich die Basis für Digitale Zwillinge und Asset Management.

elektro AUTOMATION: Turck bietet Lösungen vom Sensor bis in die Cloud. Welche IO-Link-Softwarevarianten kommen zum Einsatz, wie werden die Geräte bzw. ihre Konfiguration und ihr Betrieb softwareseitig unterstützt?

Seidel-Sridhavan: Kern aller Software-Tool-Entwicklungen ist die Usability. Wie die meisten Wettbewerber haben auch wir zuerst ein proprietäres Tool angeboten, um Sensoren zu konfigurieren. Im Kontext von IIoT geht es auch darum, die Daten zu visualisieren. Die Konfiguration in Profinet-Steuerungen realisieren wir heute direkt in dieser, wobei die Daten der IO-Link-Konfiguation in die Profinet-GSDML-Datei des Masters integriert werden. So kann der Anwender im gewohnten Engineering-System für die Steuerungswelt auch seine Komponenten konfigurieren. In die Webserver unserer Komponenten haben wir darüber hinaus ein Tool integriert, das den Zugriff auf den IODD-Finder ermöglicht, eine globale Datenbank fast aller IO-Link Devices im Markt. Die IO-Link-Device-Description steht dann im Engineering-System oder in einem Konfigurations-System über Schnittstellen zur Verfügung.

Buda: Unser webbasiertes Konfigurations-Tool hat dieselbe Oberfläche. Sobald dieses Tool ein Gerät erkennt, lädt es die IODD aus dem Netz. Dieses Tool eignet sich zum Konfigurieren, aber auch für die Inbetriebnahme. Das betrifft beispielsweise auch die RFID-Schreib-Lesegeräte, bei denen die Konfiguration mittels IO-Link sehr einfach ist. Ergänzend dazu können wir auch Web-Apps programmieren, die beispielsweise das Einmessen von Sensorik erleichtern. Das haben wir für unsere Radar- und für unsere Vibrations-Sensoren realisiert, und wir bauen das Angebot kontinuierlich aus. IO-Link-Profile definieren darüber hinaus das standardisierte Verhalten einzelner Geräte oder Klassen, beispielsweise für RFID-Geräte.

elektro AUTOMATION: Welche Bedeutung hat IO-Link für Geschäftsmodelle wie Condition Monitoring und Predic-
tive Maintenance? Wie lassen sich die Informationen nutzen, die nicht für die Echtzeitsteuerung erforderlich sind?

Seidel-Sridhavan: Die klassische Automatisierungs-Struktur sieht eine Verbindung zu einer SPS vor. Von da aus gehen die Daten beispielsweise an MES-Systeme. Doch unterschiedliche Kundengruppen fordern zunehmend den parallelen Zugriff direkt auf die Daten aus den IO-Link-Mastern. Über die Lebenszeit einer Anlage lässt sich das Condition-Monitoring-System so beliebig erweitern oder modifizieren. So eine parallele Schnittstelle bieten wir in unseren Mastern seit vielen Jahren. Sie ermöglicht es, Condition Monitoring mittels unserer Edge Gateways sowie geeigneter Cloud Services zu realisieren. Unser Konzept der dezentralen Automatisierung beinhaltet nicht nur die Komponenten außerhalb des Schaltschranks in IP67, sondern auch die Datenvorverarbeitung direkt an der Maschine. Dazu bieten wir zu unserem Edge Controller auch Logik-Funktionen. Wir sind auch offen für Industriestandards wie OPC UA und MQTT, um in die IT-Ebene zu kommunizieren. Die Datenvorverarbeitung ist für den Menschenbauer wichtig, bevor er seine Daten an die IT übergibt. Im Endeffekt ist dort das Anlagen- und Prozess-Know-how hinterlegt.

Buda: Diese Vorverarbeitung hat verschiedene Gründe. Als die Themen IIoT und Industrie 4.0 aufkamen, war viel von Big Data die Rede, um später Machine-Learning-Projekte zu starten. Doch viele Daten erzeugen viel Traffic und benötigen viel Bandbreite und Speicherplatz. Heute ist es üblich, nur smarte Daten zu übertragen. Das kann eine Bewertung der Daten bzw. ihrer Änderungen sein, es kann auch eine Daten-Aggregation sein oder die Bewertung von Zusammenhängen zwischen verschiedenen Sensorwerten. Hinzu kommt der Aspekt der Latenz. Werden Entscheidungen direkt auf dezentralen Edge Controllern getroffen, ist eine schnelle Reaktionszeit sichergestellt.

elektro AUTOMATION: So bietet sich IO-Link als Basis für Digital Services.

Buda: Unsere Edge Controller bilden die Plattform, um die Daten mittels Logik vorzuverarbeiten oder über Protokolle wie OPC UA zu visualisieren bzw. in die Cloud zu senden. Dafür bieten wir vorgefertigte Funktionsblöcke und Module. Unsere Global Application Engineers und Sales Teams werden bei solchen Anwendungen im Presales eingebunden, um mit dem Kunden die Problematik zu besprechen und auf Basis der Technologien zum Beispiel ein Proof of Concept zu erstellen. Oft geht dies bis zur Visualisierung. Häufig geht es aber auch darum, an MES- oder Cloud-Systeme anzudocken. Wir arbeiten darüber hinaus mit Systemintegratoren zusammen. Das sind Partner, die Applikationen schlüsselfertig programmieren. Wir haben auch einen Maschinenbau-Dienstleisterin unserem Partner-Netzwerk. Unsere Geräte können mit beliebigen Systemen kommunizieren, aber wir bieten auch eine eigene Cloud mit dem Motto ‚Konfigurieren statt Programmieren‘. Maschinenbauer beginnen mit dem Remote Access, mit unserem Cloud Service können sie dann alle Daten visualisieren, speichern und auswerten. Dieses Angebot werden wir ausbauen.

elektro AUTOMATION: IO-Link+ oder IO-Link over Single Pair Ethernet ist zurzeit ein Thema.Wie beurteilen Sie die aktuellen Entwicklungen und wird Turck diese Technik zukünftig unterstützen?

Buda: Die Ursprünge von Single Pair Ethernet kommen aus der Automobilindustrie, um den CAN-Bus abzulösen, der den hohen Anforderungen an die Kommunikation in modernen, selbstfahrenden Autos nicht mehr entspricht. Bei SPE haben sich verschiedene Standards herauskristallisiert, die Übertragungslängen und Datenraten definieren, die auch für den Einsatz in der Automatisierung und der Prozessindustrie geeignet sind. Auch wir in der IO-Link-Community haben uns die Entwicklungen sehr genau angeschaut und die Technologie mit 10 Mbit über längere Distanzen als IO-Link+ spezifiziert. Obwohl es sich um ein anderes Übertragungsmedium handelt, wollen wir die Vorteile von IO-Link beibehalten. Wir suchen keinen Wettbewerb zu Profinet, Ethernet IP oder anderen Ethernet-Protokollen. IO-Link+ ist vielmehr für Geräteklassen gedacht, die wir heute nicht bedienen können. IO-Link ist limitiert auf 20 m zwischen Master und Gerät. Hinzu kommt die Datenrate von unter 1 Mbit. Mit dem Aufkommen von IIoT-Konzepten werden häufig mehr Daten fließen. Auch kann IO-Link heute nicht in der Prozessautomatisierung genutzt werden. IO-Link+ legt hier den Grundstock, um auch Daten bis Zone 0 und 1 übertragen zu können. IO-Link bleibt dabei aber immer eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung.

elektro AUTOMATION: SPE und Protokolle wie Profinet könnten sich durchaus zur Alternative zu IO-Link entwickeln. Was sind die Unterschiede, wo liegen die Grenzen zwischen beiden Ansätzen?

Buda: Eine der Erwartungen an SPE ist, Sensoranschaltungen zu vergleichbaren Kosten wie bei IO-Link zu ermöglichen. Zwar ist ein Blick in die Zukunft schwierig, nach aktueller Einschätzung ist es aber sehr unwahrscheinlich, Sensoren zu den gleichen Kosten anbinden zu können. Auch wird es kaum möglich sein, Sensoren über lange Distanzen und ungeschirmte Leitungen anzuschließen. In der Profinet-Community wird ein Kostenvorteil vor allem in den ungeschirmten Zweidraht-Leitungen gesehen. Eine so robuste Kommunikation wie bei IO-Link dürfte es deshalb mit SPE kaum geben. Auch auf der Geräte-Seite besteht ein Unterschied. Es gibt hochwertige und komplexe Sensoren, bei denen die Kommunikationsschnittstelle keinen wesentlichen Anteil an den Gesamtkosten verursacht. Hier dürfte SPE schneller zum Einsatz kommen. Bei einem simplen Sensor, bei dem die Kosten für die Kommunikation deutlich zu Buche schlagen, wird sich IO-Link als feldbusunabhängige Lösung behaupten. Ein IO-Link-Master hat heute vier oder acht IO-Link-Ports und bindet damit bis zu acht Geräte über eine einzelne Verbindung an die Steuerung an. Schließe ich dagegen acht Sensoren über SPE an, manage ich acht einzelne Steuerungs-Verbindungen und der Protokoll-Overhead verbraucht Bandbreite. Da in der Steuerung jede Kommunikationsverbindung eingerichtet und verwaltet werden muss, werden dazu auch Ressourcen an Speicher und Rechenleistung belegt. SPE wird kein Ersatz, sondern eine Ergänzung zu IO-Link sein. Es läuft daher auf eine Koexistenz der Alternativen hinaus. Das betrifft auch die heute verbreiteten Profinet-Feldgeräte und andere Ethernet-Protokolle. Wir sind davon überzeugt, das SPE seinen Platz finden wird als Ergänzung der heute verfügbaren Technologien.

Seidel-Sridhavan: IO-Link als Technologie bietet ein erhebliches Potenzial, um auch neue Geschäftsfelder zu erschließen. Doch IO-Link ist heute in der Performance klar begrenzt. Gerade Geräte, die mehr Datenrate erfordern, stehen bei IO-Link nicht im Fokus. Bei der Bildverarbeitung ist IO-Link immer mal wieder in der Diskussion. Aber selbst die schnellsten Datenraten sind nicht mal im Ansatz dazu in der Lage, wirklich sauber und vernünftig Daten abzubilden. In der IO-Link-Community schauen wir deshalb sehr genau, wo wir diese Technologie sinnvoll nutzen können, sodass dann nicht plötzlich der Fluidsensor, der gestern noch mit IO-Link perfekte Daten abgeliefert hat, morgen nur noch mit IO-Link+ entwickelt wird. Auch hier forciert die Community die Koexistenz. Die Message ist klar, IO-Link+ ist eine Erweiterung, nicht der Nachfolger von IO-Link.

elektro AUTOMATION: Anderes Thema ist IO-Link Safety. Welche Bedeutung misst Turck als Safety-Anbieter dieser Technologie bei?

Buda: Wir beobachten den Markt sehr genau. Turck bietet verschiedene Safety-Produkte, gerade im IP67-Bereich – Profisafe- und hybride Geräte, die Safety-Kanäle und IO-Link kombinieren, mit integrierter Abschaltfunktion, mit der sich Aktorik sicher abschalten lässt. Das entspricht aber nicht dem IO-Link-Safety-Protokoll. Die Technologie als solches ist interessant und wird IO-Link weiter voranbringen. Die Bemühungen bei der PNO zeigen, dass da einige Unternehmen engagiert sind. Wir beobachten derzeit, wie sich das Ökosystem aufbaut. Der IO-Link-Safety-Standard war in der ersten Version schon 2017 fertig. Alternative Ansätze wie Profisafe over IO-Link haben eher zu einer Verunsicherung geführt. Nachdem die Spezifikation fertig war, wurden Testkonzepte erarbeitet, die die Basis für die Geräteentwicklung sind.. Wir betrachten IO-Link Safety auch als einen interessanten Ansatz, weil gerade der Safety-Bereich geprägt ist von proprietären Sensor- und Aktor-Systemen. IO-Link Safety ist der erste harmonisierte Standard auf der unteren Ebene. Damit werden wir ein heterogenes Feld verschiedener Hersteller für sichere Schalter und Sensorik erhalten, die an Master unterschiedlicher Hersteller angeschlossen werden können.

Seidel-Sridhavan: Viele Hersteller haben Geräte für den sicheren Bereich entwickelt, die IO-Link mit Profisafe verknüpfen. Da es sich dabei um zwei Konzepte handelt, hat das die IO-Link-Community nicht unterstützt. IO-Link Safety ist dagegen unabhängig von Profinet, Ethercat oder Ethernet IP. Bei der PNO sind bereits Spezifikationen ausgearbeitet, wie IO-Link-Safety in Profinet integriert werden kann, und die anderen Organisationen werden sicher folgen. Wichtig ist, dass die Hersteller von Sicherheitssensoren und -Schaltgeräten sich auf einen Standard fokussieren. Neben der Sensorik ist das selbstverständlich gerade im Bereich Aktorik bedeutend. Bei einer Türzuhaltung beispielsweise würde IO-Link-Safety mit der bidirektionalen Kommunikation erhebliche Vorteile bringen.

elektro AUTOMATION: IO-Link Wireless ist eine Technologie, mit der sich auch räumlich schwer zugängliche Sensoren kabellos vernetzen lassen. Werden Sie bei Turck diese Funktechnologie unterstützen bzw. wann sind Geräte verfügbar?

Buda: Man kann durchaus behaupten, dass IO-Link-Wireless mit seiner Zyklus- und Latenzzeit eines der robustesten Wireless-Übertragungssysteme für die diskrete Fertigung ist. Erste Produkte und Anwendungsfälle konzentrieren sich bisher auf Roboter und Greifer. Rotierende Bewegungen sind deshalb ein bedeutender Anwendungsfall. Auch der Anschluss von Sensoren an schwer zugänglichen Stellen in einer Anlage sowie der Einsatz in der Logistik sind Anwendungsfälle, in denen IO-Link Wireless zukünftig verstärkt genutzt wird. Diese Funktechnik bietet sich außerdem für die Nachrüstung bestehender Anlagen. Auch wir sehen für diese Technologie großes Potenzial. IO-Link-Wireless wird zukünftig unser Portfolio abrunden.

Seidel-Sridhavan: Es gibt in der Industrie verschiedene Wireless-Lösungen für unterschiedliche Anwendungsfälle. Für die Fertigung ist IO-Link-Wireless wahrscheinlich der einzige Standard, zu dem ein umfassendes Ökosystem entsteht. In den kommenden Jahren werden wir dazu auf allen Messen neue Produkte sehen. Es wird sicher keine komplett drahtlos vernetzte Maschine geben, aber es bestehen sehr viele Anwendungsfälle, in denen Wireless Leitungen ersetzen kann. Letztendlich wird man auch dabei von der Hersteller- und Feldbusunabhängigkeit durch einen offenen Standard profitieren.

www.turck.com

Messe SPS: Halle 7, Stand 250



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