Die vernetzte Kommunikation vieler autonomer Teilnehmer ersetzt die strikte Hierarchie der herkömmlichen Prozesssteuerung: In diesem Idealbild der Industrie 4.0 können Produktionsprozesse ortsunabhängig gesteuert werden, sämtliche Daten bis zur untersten Feldebene sind jederzeit zugänglich. Für die Anbindung dieser Ebene mit ihren zahlreichen Geräten braucht es bezahlbare Lösungen, die eine sichere, zuverlässige und möglichst einfache Verbindung vom Sensor bis zur Steuerung oder der Cloud ermöglichen. IO-Link bietet dafür eine bewährte Basis. Es nutzt die 3-Draht-Standardverkabelung für eine abwärtskompatible Schnittstelle für binäre Standardsensoren. Die Kombination von IO-Link mit dem Kommunikationsprotokoll OPC UA im selben Gerät eröffnet die Möglichkeit für eine transparente und lückenlose Kommunikation vom Sensor bis zur Cloud.
IO-Link erschließt den ‚letzten Meter‘ IO-Link hat sich als standardisierte IO-Technologie (IEC 61131-9) weltweit durchgesetzt. Sie schafft eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen einem IO-Link-Master, der die Kommunikation steuert, und einem IO-Link-fähigen Gerät, das die Prozesswerte auf der Sensor-/Aktorebene erfasst oder ausführt.
Wo bisher lediglich simple Schaltsignale vom Sensor an die übergeordnete Ebene weitergegeben wurden, können nun auch zusätzliche Informationen zur Identifikation, Diagnose und Parametrierung fließen. Da IO-Link Geräteinformationen bereitstellt, eröffnen sich neue Möglichkeiten für Anwendungen mit erheblichem Mehrwert, aber ohne zusätzlichen Aufwand. Probleme in der Feldebene können aufgrund der erweiterten Diagnosedaten schnell und präzise eingegrenzt werden. Da die Identifikationsdaten online zur Verfügung stehen, wird die Nachbestellung für einen Gerätetausch vereinfacht; beim Einbau des Ersatzgerätes überträgt die Data-Storage-Funktion des IO-Link-Masters alle definierten Parameter automatisch. Die unvermeidliche Stillstandzeit wird so deutlich reduziert.
OPC UA ermöglicht die Kommunikation bis in die Cloud Als Ethernet-Kommunikationsprotokoll bietet OPC UA einen einfachen und flexiblen Weg für die Kommunikation von Maschine zu Maschine oder von der Maschine zur Cloud. Es ist herstellerunabhängig und nicht an eine Plattform oder Programmiersprache gebunden. So erhält der Anwender größtmögliche Flexibilität bei der Gestaltung seines IoT-Systems. Dieses kann in C/C++ oder Java programmiert werden und auf Windows, Linux oder anderen Betriebssystemen aufsetzen. Die Systemoffenheit ist ein wesentlicher Unterschied zu anderen ethernet-basierten Feldbusschnittstellen wie Profinet, EtherNet/IP oder Ethercat. Zu beachten ist hier, dass OPC UA eher als paralleler, nicht-zeitkritischer Datenkanal zur Cloud dient und nicht als steuerungsgestütztes Kommunikationsprotokoll für Echtzeit-Applikationen mit Zykluszeiten im Millisekundenbereich eingerichtet ist. Es kann also in erster Linie zur problemlosen Ergänzung und Erweiterung des vorhandenen Informationsflusses genutzt werden. OPC UA macht IO-Link smart Pepperl+Fuchs gehört zu den 14 Gründungsmitgliedern, die 2006 die IO-Link-Community ins Leben riefen. Die langjährige Erfahrung auf diesem Gebiet ist die Basis für eine breite Palette durchgängiger IO-Link-Systemlösungen aus IO-Link-Geräten und leistungsfähigen IO-Link-Mastern. Nun ist Pepperl+Fuchs der erste Anbieter, der die Vorteile von IO-Link und OPC UA in einem Gerät kombiniert: Die neuen IO-Link Master der ICE2- und ICE3-Serie können IO-Link-Daten parallel und unabhängig voneinander über ein deterministisches Feldbusprotokoll wie Profinet oder Ethernet/IP und OPC UA an übergeordnete Systeme weiterleiten. Die Konfigurierung kann so vollständig webgestützt durchgeführt werden, und auch ein Stand-alone-Betrieb wird möglich. Daraus ergeben sich neue Optionen für die industrielle Kommunikation. SPS und Cloud im Kooperationsmodell Da das deterministische Feldbusprotokoll und OPC UA in in einem Gerät zusammenkommen, können die neuen IO-Link-Master gleichzeitig mit der Steuerung und dem übergeordneten PC-gestützten System beziehungsweise einer Cloud kommunizieren. Damit werden hybride Systeme möglich: Die SPS steuert die Applikation z.B. über Profinet oder EtherNet/IP in Echtzeit, während der IO-Link-Master Zustandsdaten per OPC UA in die Cloud sendet. Diese Daten sind für die eigentliche Steuerung ohne Belang, können aber für eine andere Maschine oder ein zentrales Leitsystem von entscheidender Bedeutung sein. Ein unmittelbarer Zusatznutzen entsteht durch die erweiterte Diagnose einschließlich Vorausfallanzeige und gezieltem Auslösen von Wartungsaktionen. Die Daten können durch ausgelagerte Software lokal ausgewertet oder zur weiteren Verarbeitung ungefiltert in die Cloud übertragen werden. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Cloud im Firmennetzwerk oder im Internet vorgehalten wird. Der Anwender kann frei über die Vergabe von Zugriffsrechten und damit über die Definition des Sicherheitsniveaus entscheiden.
Einfach und kosteneffizient ohne komplexe Steuerung Eine echtzeitfähige Steuerung mit der erforderlichen Leistungsfähigkeit erfordert meist einen beträchtlichen Aufwand an Hard- und Software. Für ihre Einrichtung werden Steuerungsexperten mit spezifischem Knowhow benötigt, die sich mit den jeweiligen Entwicklungsumgebungen auskennen. Doch wie man zum Rasenmähen keinen Mähdrescher braucht, benötigen auch längst nicht alle Anwendungen eine Steuerung im Millisekundentakt. Computergestützte Systeme bieten hier eine sinnvolle und kosteneffiziente Alternative, zumal ihre Leistungsfähigkeit stetig zunimmt. Das web-basierte Konfigurationskonzept der neuen IO-Link Master erlaubt es, auch solche Lösungen optimal umzusetzen. Sämtliche Konfigurationsschritte des Masters sowie der angeschlossenen Geräte können in einem Standard-Webbrowser durchgeführt werden. Zusätzliche Softwaretools werden nicht benötigt. Die Einstellungen der Konfiguration können einfach als Datei gespeichert werden; sie stehen als Backup oder fürs Modul-Cloning zur Verfügung. Zukunftssichernde Investition In der Feldebene werden nach wie vor viele analoge Geräte verwendet, und der Wechsel zu digitalen Devices kann sich aus guten Gründen über lange Zeit hinziehen. Die neuen IO-Link-Master mit integrierter OPC UA-Schnittstelle bauen hier eine Brücke zwischen beiden Welten: Die OPC UA-Funktionen können flexibel und zu beliebiger Zeit aktiviert oder deaktiviert werden. Auch wenn es noch keinen konkreten Anwendungsbedarf gibt, können die Betreiber ihre Anlagen mit der Basis-Technologie ausstatten und das volle Potential der ICE2-/ICE3-Master erst zu einem späteren Zeitpunkt nutzen. Ein wesentlicher Schritt zur Digitalisierung wird so mit geringem Aufwand vorbereitet, sein Vollzug kann anschließend praktisch aus dem Stand und ohne Verzögerungen erfolgen.
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