Die Sensorik auf dem Weg zu Industrie 4.0

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TURCK GmbH

Novotechnik Messwertaufnehmer OHG

ipf electronic gmbh

Pepperl+Fuchs SE

Bedarf an Sensorik 4.0

Pepperl+Fuchs sieht besondere Herausforderungen bei der Entwicklung von neuen Sensorgenerationen sowie Übertragungstechnologien für Industrie 4.0 und bündelt diese unter dem Begriff Sensorik 4.0.

Wesentliche Aspekte von Industrie 4.0 sind horizontale und vertikale Vernetzung. Als einen evolutionären Schritt in diese Richtung sieht P+F die Smart Bridge-Technologie. Dabei wird unter Verwendung des IO-Link-Protokolls ein zusätzlicher drahtloser Kommunikationskanal zu Feldgeräten wie Sensoren und Aktoren geschaffen. Über diesen Kanal können Parameter und Daten übertragen werden, ohne dass aufwendige Verdrahtungen oder Eingriffe in der Steuerungs-Ebene nötig sind.

IO-Link wurde von einem Konsortium spezifiziert, dem inzwischen mehr als 100 Hersteller von Automatisierungs-Komponenten angehören. Die Schnittstelle wird von allen großen Herstellern bei Neuentwicklungen zum Standard erhoben.

In die Zuleitung geschaltet

Smart Bridge besteht aus einem Adapter, der in die Zuleitung von IO-Link-Geräten geschaltet wird und einer App für Mobilgeräte wie Smartphones und Tablet-Computer. Der Adapter interpretiert den IO-Link-Datenstrom und stellt Parameter und Messwerte drahtlos zur Verfügung.

Die App auf den Mobilgeräten baut eine Bluetooth-Verbindung zum Adapter auf und stellt Messwerte und Parameter graphisch dar. Damit ist auf Basis von handelsüblichen Smartphones und Tablets ein komfortables Bedien- und Anzeigesystem für Feldgeräte entstanden.

Anstelle eines Mobilgerätes kann auch ein Embedded Computer mit Bluetooth-Adapter eingesetzt werden, welcher die drahtlos empfangenen Sensordaten auf einer Ethernet-Schnittstelle bereitstellt. So kann auch von der HMI-, MES- oder ERP-Ebene direkt auf Daten von Feldgeräten zugegriffen werden und diese beispielsweise zur Erfassung von Produktions- und Maschinen-Zuständen, für vorausschauende Wartung u.v.m. genutzt werden.

Ergänzendes zum Thema

IO-Link auf einen Blick

Bei IO-Link handelt es sich um einen internationalen Standard zur Kommunikation mit Sensoren und Aktoren nach der Norm IEC 61131.9 als „Committee Draft“. Er ist feldbusunabhängig und lässt sich in alle Feldbusse weltweit integrieren. Dabei setzt er auf weitere Standards wie M12-, M8- oder M5-Stecker sowie dreiadrige Kabel.

IO-Link ist funktional und ermöglicht durch bidirektionale Kommunikation eine erweiterte Diagnose von Sensoren und Aktuatoren oder eine einfache und schnelle Parametrierung. Durch seine drei Kommunikationsgeschwindigkeiten von 4,8 kBaud, 38,4 kBaud und 230,4 kBaud werden Daten schnell und flexibel transportiert. Ein Beispiel: Standardmäßig stehen 2 Byte Prozessdaten pro Zyklus zur Verfügung; ihre Übertragung zwischen IO-Link Master und Device bei einer Geschwindigkeit von 230 kBaud benötigt 400 μs. Das IO-Link-Protokoll nimmt darüber hinaus wenig Platz in Anspruch und ermöglicht so die Miniaturisierung „intelligenter“ Sensoren und Aktuatoren.

Jedes IO-Link Device besitzt eine IODD (IO Device Description). In dieser Gerätebeschreibungsdatei sind Angaben zum Hersteller, Artikelnummer, Funktionalität, usw. gespeichert. Diese Informationen sind vom Anwender einfach auslesbar und weiter zu verarbeiten. Sowohl über die IODD wie auch über eine interne Device-ID ist jedes Device eindeutig zu identifizieren.

Ethernet als weitere Basis

Eine weitere Migrationstechnologie stellt Ethernet für die Prozessautomation dar. Hier wurde ein physikalischer Layer entwickelt, der aus einer energie- und kostensparenden Anschalt-Elektronik sowie einer robusten 2-Draht-Leitung besteht und für die Anforderungen der Prozessautomatisierung auch hinsichtlich Explosionsschutz geeignet ist.

Damit können sowohl Daten als auch Energie über große Entfernungen übertragen und Ethernet-basierende Kommunikation effizient genutzt werden. Auch einfache Geräte wie Temperatursensoren können kosteneffizient mit einer IP-fähigen Schnittstelle ausgerüstet werden.

Damit wird eine Infrastruktur geschaffen die es ermöglicht, neben Prozessdaten und Parametern auch Engineering-Daten wie z.B. Datenblätter in maschinen-lesbarer Form oder Software-Komponenten wie Treiber auf den Feldgeräten selbst zu halten und zur Übertragung bereit zu stellen.

Ein automatisierter Zugriff auf die komplette Automatisierungs-Infrastruktur wird dadurch möglich und der Industrie 4.0-Aspekt des durchgängigen Engineerings umgesetzt. Ein zeitaufwendig manuell durchzuführendes Aufsuchen von Informationen oder Treibern ist nicht mehr nötig und die Dokumentation erledigt sich von selbst. (jv)

SPS IPC Drives 2015: Halle 7A, Stand 330

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