Smarte Sensoren mit IO-Link

Die Getränkeindustrie stellt wie viele andere Prozessindustrien auch hohe Anforderungen an die Automatisierungstechnik. Sensoren, Aktoren, Steuerungen und übergeordnete Systeme sollten perfekt miteinander kommunizieren können. Mit IO-Link steht ein geeignetes Kommunikationsprotokoll zur digitalen Anbindung der Sensorik zur Verfügung.

Dem Anwender eröffnen IO-Link-Sensoren intelligente Optionen zur Überwachung der Produktion. Die einfache und schnelle Inbetriebnahme, die zusätzlich zur Verfügung stehenden Informationen über den Maschinen- sowie den Sensorzustand schaffen Transparenz. Zusätzlich bietet sich die Möglichkeit, die gewonnenen Informationen mithilfe einer entsprechenden Software zu analysieren und als Entscheidungsgrundlage einzusetzen. Führende Hersteller von Sensorik, Aktuatorik und Steuerungstechnik haben IO-Link gemeinsam entwickelt und bauen die Funktionalitäten stetig weiter aus. Damit wurde eine genormte und feldbusunabhängige, digitale Schnittstelle für die Automatisierung geschaffen, die dem Anwender eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung ohne Adressieraufwand bietet.

Einfache Inbetriebnahme

IO-Link-Devices werden einfach, z. B. über eine M12-Steckverbindung angeschlossen. Fehlfunktionen aufgrund falscher Verdrahtungen sind damit ausgeschlossen. Da zur Datenübertragung ungeschirmte Standard-industrieleitungen verwendet werden können, reduziert sich die Varianz der benötigten Kabel. Kommt ein IO-Link-Master zum Einsatz, speichert dieser sämtliche Einstellungen der angeschlossenen Sensoren. Wird anschließend ein Sensor gegen ein identisches Exemplar ausgetauscht, werden die gespeicherten Parameter automatisch auf den neuen Sensor geschrieben. Eine erneute Parametrierung entfällt somit. Möglich macht den komfortablen Sensortausch per Plug & Play die eindeutige Geräteidentifikation durch Vendor- und Device-ID: Dabei lassen sich die Geräte schnell überprüfen und es wird vermieden, dass ein ungeeignetes Ersatzgerät eingesetzt wird. Im Vergleich zu herkömmlichen Sensoren bietet IO-Link viele weitere Vorteile. Früher wurden Messwerte bis zur endgültigen Auswertung in der SPS mehrfach in digitale und analoge Daten gewandelt. Dies führte zu Wandlungsfehlern auf dem Weg in die Steuerung und schränkte die Auflösung ein. Die IO-Link-Datenübertragung basiert auf einem 24-V-Signal und erfolgt rein digital und ist damit wandlungs- und verlustfrei. Messwerte können immer optimal aufgelöst werden, bei Leitfähigkeitsmessungen stehen zum Beispiel eine Million Schritte zur optimalen Prozesssteuerung zur Verfügung.

Ein weiterer Vorteil ist die robuste Signalübertragung, die sich besonders unempfindlich gegen äußere Beeinflussung zeigt. Geschirmte Leitungen und die damit notwendigen Erdungen sind überflüssig. Die Datenübertragung lässt sich über Standard-industrieleitungen realisieren. Analoge Eingangskarten werden bei Verwendung der neuen Technologie nicht mehr benötigt, was zu einer weiteren Kosteneinsparung führt. Wandlungsverluste und EMV-Störeinflüsse bei der Analogsignal-Übertragung verursachten bisher Ungenauigkeiten. IO-Link liefert exakte Messwerte an die Steuerung, dank der durchgehenden digitalen Messwertübertragung.

Steuerungs- und feldbusunabhängig

Über IO-Link-Master können IO-Link-Devices in nahezu jede Infrastruktur von Feldbus- und Steuerungssystemen eingebunden werden. Sie bieten Schnittstellen etwa zu Profinet, Ethernet/IP oder AS-i. Dabei vereinfachen Funktionsblöcke der SPS die Programmierung. Auch Aktoren wie Ventilinseln lassen sich an IO- Link-Master anschließen. Dies führt zu flexibleren und reduzierten Infrastrukturen der Anlagen.

Zur exakten Prozesssteuerung von Anlagen in der Getränkeindustrie werden häufig mehrere Prozesswerte erfasst. Eine konventionelle Messstelle enthält deshalb mehrere Sensoren beispielsweise zur Erfassung der Durchflussmenge, der Gesamtmenge und der Temperatur. Hier spielen IO-Link-Sensoren, die mehr als nur einen Prozesswert ermitteln können, ihre Stärken aus. So ist beispielsweise ein Durchflusssensor mit IO-Link-Schnittstelle in der Lage, alle drei Werte in einem Gerät präzise zu erfassen und auf digitalem Weg über eine 3-adrige Standardleitung zu übermitteln.

Fernzugriff auf die Sensorparameter

Alle Parameter von IO-Link-Devices lassen sich über eine Parametriersoftware verändern. ifm bietet hierzu das Tool moneo configure an, das Teil der Digitalisierungsplattform des Unternehmens ist. Mit einer solchen Parametriersoftware lassen sich Anpassungen schnell vornehmen, und die Stillstandzeiten sind entsprechend kurz. Sowohl über die Bedientasten am Sensor als auch per Fernzugriff über die Software, lässt sich ein IO-Link- Sensor verriegeln. Diese Tastensperre kann am Sensor ohne die Software nicht mehr deaktiviert werden, wodurch eine bewusste oder unbewusste Veränderung der Parameter vor Ort nicht mehr möglich ist. Mit der Software moneo configure lassen sich Geräteeinstellungen abspeichern und Einstellprotokolle erzeugen.

Mit IO-Link hat die Digitalisierung in der Sensorik und Aktuatorik Einzug gehalten. Bei einfachen Geräten ist die Integration einer Ethernet-Schnittstelle kaum sinnvoll, da diese zu teuer und für den Automatisierer schwieriger zu handhaben ist. IO-Link stellt als einfaches digitale Plug-and-Play-System bei smarter Sensorik Diagnose- und Serviceinformationen über eine digitale Schnittstelle zur Verfügung. Mittels IO-Link-Master können diese smarten Sensorinformationen sowohl an den Feldbus bzw. die Maschinensteuerung wie auch an ein Edge-Gateway, einen lokalen Server oder in die Cloud übertragen werden. Der integrierte Y-Weg versorgt beide Schnittstellen simultan.

Sehen, was der Sensor misst

Bei IO-Link findet eine parallele Übertragung von Prozess- und Servicedaten statt. Über azyklisch abrufbare Diagnosedaten, etwa Minimal- und Maximalwerte oder Fehler wie Drahtbrüche oder Kurzschlüsse wird eine zustandsorientierte Wartung ermöglicht. Im Ergebnis verbessert sich dadurch die Anlagenverfügbarkeit erheblich. Ein Abruf der Diagnosedaten ist auch während des laufenden Betriebs möglich.

Viele smarte Sensoren können als rein binäre Sensoren eingesetzt werden, um etwa bei Füllstandgrenzen ein Schaltsignal auszugeben. Über die integrierte IO-Link-Schnittstelle übertragen die Sensoren zusätzlich auch den aktuellen Prozesswert. Dadurch kann in der Steuerung zwischen dem Produkt und der Reinigungsflüssigkeit unterschieden werden. Ebenfalls möglich ist die Erkennung von Schaum oder Restverschmutzung nach Reinigungsprozessen, um die Anlage und das Produkt zu schützen.

Einsatz in der Getränkeindustrie

Die Prozesse in Anlagen der Getränkeindustrie können mithilfe von Sensordaten und entsprechender Analysesoftware wie moneo RTM transparent abgebildet werden. Die durchgängige Lösung verbindet die Anlagenebene mit der IT-Ebene und macht verstecktes Optimierungspotenzial sichtbar. Bei einem Wechsel von Analogsensoren hin zu IO-Link-Sensoren sind ein überzeugender Zuwachs an Effizienz sowie Kosteneinsparungen zu erwarten. Anwendungsbeispiele zeigen diese Potenziale sehr deutlich auf.

ifm Electronic Gmbh, Essen