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Aktuelles aus der Kommunikation

Bussystem, Ethernet, Profibus, Modbus, RFID, Internet of things, Industrie 4.0

pepperl10415Fachartikel

SPS IPC Drives Halle 7A, Stand 330

Industrie 4.0 kann nur Wirklichkeit werden, wenn die Daten durch alle Ebenen ungehindert fließen. Dabei kommt den Datenschnittstellen an Sensoren und Aktoren eine entscheidende Rolle zu. Die ideale Schnittstelle ist laut Pepperl+Fuchs möglichst einfach, universell und weit verbreitet. IO-Link erfüllt diese Anforderungen: Als allgemein verfügbare und kostengünstige Verbindungstechnik hat es das Potenzial, zu einem Kernelement der Sensorik 4.0 zu werden, welche die Informationsbasis für die Automation der Zukunft liefert.




Sensorik 4.0: Brücken schlagen von der Sensorebene bis in die Cloud

IO-Link ermöglicht bei unveränderter Verdrahtung eine neue Dimension der Kommunikationsfähigkeit. Das gewöhnliche drei-, vier- oder fünf-polige Kabel genügt, die Anlagenarchitektur bleibt unberührt. Die IO-Link-Schnittstelle ist in den Sensor oder Aktor integriert und erlaubt die Kommunikation mit dem IO-Link-Master, der wiederum Bestandteil einer Steuerung oder eines Feldbus-Gateways ist. Er kontrolliert und steuert die IO-Link-Geräte, aber auch herkömmliche binäre Geräte können angeschlossen werden. Die Technik arbeitet feldbusneutral und herstellerunabhängig.

Schritte zur Implementierung von I/O-Link

Mit dem Einsatz von IO-Link wird bereits die Anlagenplanung einfacher. Analoge Schnittstellen werden nicht mehr gebraucht und können durch den IO-Link ersetzt werden. Das gleiche gilt für Parametrierschnittstellen wie RS232, da IO-Link gleichzeitig Prozess- und Parameterdaten übertragen kann. So reduzieren sich mit der Zahl der Varianten auch Planungsaufwand und Ersatzteillager.

IO-Link erspart dem Betreiber bei der Inbetriebnahme die aufwendige manuelle Einstellung von Geräten. Eine einmal vorgenommene Einstellung kann geklont werden. Während des Einrichtens stehen umfangreiche Diagnosemöglichkeiten zur Verfügung. So können beispielsweise Messwerte, Stabilität oder Funktionsreserve eines Sensorsignals überprüft und optimiert werden.

Während des laufenden Betriebes bietet IO-Link umfangreiche Diagnosemöglichkeiten für Betrieb und Wartung. Man erhält Auskunft über den Betriebszustand der Geräte, kann zum Beispiel Verschmutzung oder Verschleiß lange vor einem Ausfall erkennen und eine bedarfsorientierte Wartung veranlassen. Die automatisierte Parametrierung macht es möglich, einen Rezepturwechsel für eine Vielzahl von Geräten nahezu zeitgleich, ohne manuelle Nachjustierung einzelner Instrumente und ohne Anlagenstillstand durchzuführen.

IO-Link kommt mit einer sehr einfachen und kostengünstigen Elektronik aus, es wird kein besonderer Stecker wie bei Feldbussen benötigt. Wenn neue Sensoren oder Aktoren angeschafft werden, entstehen durch die Zusatzoption IO-Link-Schnittstelle nur minimale Kosten, die gegenüber den Vorteilen nicht ins Gewicht fallen.

Anwendungsbeispiel Objekterkennung

pepperl20415Ein typisches Anwendungsbeispiel aus der Verpackungstechnik für eine IO-Link-fähige Sensorik ist die Objekterkennung, etwa von Paketen in der Logistik oder von Bauteilen in einem Produktionsablauf. Ein messendes Lichtgitter der Baureihe LGM erkennt zuverlässig jedes Objekt anhand der Unterbrechung seiner Infrarot-Lichtstrahlen bis zu einer Feldhöhe von 3200 mm.

Als messender Sensor liefert das LGM je nach Parametrierung detaillierte Information über die zu erkennenden Objekte. So erfasst es neben binären Daten (Objekt da/nicht da) auch dessen Höhe und/oder Breite millimetergenau, um anschließend bei der Einlagerung die Lagerflächen effizient und optimal auszunutzen. Durch die Kombination von Höhen- und Breitenmessung lässt sich auch das Objektvolumen exakt bestimmen.

Zudem identifiziert das LGM dank einer Einlernfunktion Objekte anhand von Form und Geometrie, auch solche mit Durchbrüchen und Öffnungen. Anhand der Messung der Objektgröße oder spezifischer Konturmerkmale kann das Objekt einem bestimmten Distributionsweg zugeordnet werden, ohne dass aufwendige Identifikationssysteme den Weg weisen müssten.

Die IO-Link-Schnittstelle ermöglicht die einfache Inbetriebnahme, Parametrierung und Fernkonfiguration der Lichtgitter aus der Steuerungsebene heraus. Allgemeine Betriebsparameter, Modi für die Messwertausgabe sowie Betriebswerte für die Objektidentifikation lassen sich auch im laufenden Betrieb schnell und einfach einstellen oder ändern. Einstellungen können so zentral an vielen Geräten durchgeführt werden. Gleichzeitig liefert die Schnittstelle umfangreiche Diagnoseinformationen, so dass Wartungsbedarf frühzeitig erkannt und Anlagenstillstand vermieden werden kann. Die zusätzliche Informationsdichte erfordert weder eine zusätzliche Verkabelung noch eine Veränderung der Anlagenarchitektur.

Mit diesen Optionen erreicht die Automation der Objekterkennung ein Niveau, mit dem sich Konzepte der Industrie 4.0 – dank Sensorik 4.0 – verwirklichen lassen. Differenzierte Steuerung bis zur Stückzahl eins wird möglich. Dabei spielt zum einen der messende, intelligente Sensor eine entscheidende Rolle. Zum anderen ist es die IO-Link-Schnittstelle, welche diese Intelligenz bei geringstem Aufwand für unterschiedliche Kommunikationsstrukturen verfügbar macht.

Steuerung und Wartung per Smartphone

Die IO-Link-Schnittstelle kann aber auch dann zur Datenübergabestation werden, wenn Verdrahtung und Anlagenarchitektur einen Datenaustausch bis in die unterste Feldebene gar nicht vorsehen oder der Sensor physisch unerreichbar ist. Pepperl+Fuchs hat für solche Fälle das System „Smart Bridge“ entwickelt. Es besteht aus einem Adapter für eine IO-Link-Schnittstelle und der Smart Bridge-App, die auf mobilen Endgeräten wie Smartphones oder Tablets installiert wird. Der Adapter übernimmt Daten und Parameter aus dem Sensor, die App visualisiert diese und ermöglicht einen lokalen Zugriff auf das Feldgerät.

SmartBridge kann so als digitaler Schraubendreher bei der Inbetriebnahme und Wartung von Feldgeräten genutzt werden. Zugleich kann es als universell verwendbare Brückentechnologie cyber-physischen Systemen die Interaktion mit der Feldebene ermöglichen sowie die Anbindung an IP-Strukturen herstellen und das Gerät damit umfassend kommunikationsfähig machen. Damit werden bisher in der Feldebene eingekapselte Sensordaten für übergeordneten Ebenen wie das Management Execution System verfügbar. Auch bei dieser Technologie hat sich IO-Link nach gründlicher Analyse als das optimale digitale Kommunikationsprotokoll erwiesen, das zudem von den allen namhaften Sensorherstellern unterstützt wird.

Umfassende Kommunikation und Information

Zusammenfassend beruht Industrie 4.0 auf umfassender Kommunikation und auf detaillierter und differenzierter Information speziell aus der Feldebene. Dafür braucht es intelligente Sensoren, die ihren Datenschatz ungehindert weitergeben können (Sensorik 4.0). Zugleich muss der steuernde Zugriff – zentral oder dezentral – auf die Feldebene so leicht und durchgängig wie möglich sein. IO-Link hat sich in der Praxis als die in vielerlei Hinsicht ideale Schnittstelle dafür erwiesen.


Hannover Messe Statement zu Sensorik 4.0

Der Autor Benedikt Rauscher ist Entwicklungsgruppenleiter, Industrial Vision Sensors, Geschäftsbereich Fabrikautomation bei der Pepperl+Fuchs GmbH in Mannheim.

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