Smart-Sensor-Profile für IO-Link-Sensoren

Andreas Mühlbauer,

IO-Link-Geräte einfach integrieren

So schnell wie kaum eine andere Kommunikationstechnologie hat sich IO-Link im Markt etabliert. Dies belegt die Gesamtzahl der installierten IO-Link-Geräte von 11,4 Millionen Ende des Jahres 2018. Mit der Edition 2 der Smart-Sensor-Profile wird die große Vielfalt der Geräte noch einmal einfacher zu handhaben sein. Sie helfen, IO-Link-Sensorik noch schneller und flexibler in Automatisierungsanwendungen und im Industrie-4.0-Umfeld zu implementieren.

So schnell wie kaum eine andere Kommunikationstechnologie hat sich IO-Link im Markt etabliert. Dies belegt die Gesamtzahl der installierten IO-Link-Geräte von 11,4 Millionen Ende des Jahres 2018. © Balluff

Der elektrische und mechanische Anschluss eines IO-Link-Gerätes ist für Anlagenplaner und Konstrukteure heute schon eine einfache Routineaufgabe. Die Spezifikation sorgt für eine einfache Anbindung. Die Gerätebeschreibung IODD (IO Device Description) liefert neben den elektrischen und mechanischen Ausprägungen auch detaillierte Informationen zu Hersteller, Seriennummer Artikelnummer, Betriebszuständen und vieles mehr. Die Integration in die Steuerung jedoch ist bislang mit einem erhöhten Progammierungsaufwand verbunden. Der Grund: Prozessdaten, Parameter und Funktionen bei Sensoren, die eigentlich gleich sein könnten, sind kaum vereinheitlicht.

Selbst so einfache Aufgaben wie das Teachen eines Sensors – also das Einstellen von Schaltpunkten – erfolgt in der Regel noch herstellerspezifisch. Noch größer ist die Herausforderung, betrachtet man beispielsweise Drucksensoren. Sie erzeugen je nach Hersteller oder auch Sensorausführung unterschiedliche Rohwerte für identische Drücke. Um festzustellen und zu prüfen, wie die Rohwerte interpretiert und umgewandelt werden müssen, um den Wert in der erforderlichen Einheit zu erhalten, ist immer noch ein Blick in das Handbuch nötig. Abhilfe schaffen zukünftig Smart-Sensor-Profile. Sie schreiben die in der IODD angefangene Standardisierung fort und erleichtern die Integration sowie das Handling der Sensoren ganz erheblich.

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Herstellerübergreifende Standardisierung

Mit dem sogenannten Common Profile wurde schon vor vielen Jahren ein Anfang gemacht. Für die Parametrierung und Diagnose wurden verschiedene Parameter festgeschrieben. Diese Parameter waren aber nur optional und nicht bindend. Einen deutlichen Schritt weiter gehen jetzt die kürzlich verabschiedeten geräteunabhängigen Smart-Sensor-Profile (SSP) der Edition 2. Mit den Profilen wird die Daten-Semantik des IO-Link-Informationsmodells herstellerübergreifend noch detaillierter und einheitlicher definiert. Jetzt haben Einstellwerte für die Parametrierung die gleiche Bedeutung, und Prozesswerte lassen sich einheitlich interpretieren, was wiederum die Verarbeitung von Daten deutlich vereinfacht und die Datenqualität erhöht.

Diese Vereinheitlichung hilft, den Integrationsaufwand spürbar zu minimieren. Es lassen sich Profil-Funktionsblöcke statt vieler einzelner Funktionsbausteine für die Integration nutzen, was den Aufwand drastisch minimiert. Dies vereinfacht auch die herstellerübergreifende Austauschbarkeit von Komponenten, was wiederum die Flexibilität, Verfügbarkeit und Effizienz von Anlagen und Maschinen erhöht.

Diversität einfangen durch Gemeinsamkeiten

Durch die Smart-Sensor-Profile ist in der Planungsphase ein Wechsel des Sensorprinzips denkbar einfach. Bei Inbetriebnahme lassen sich die Geräte nach einheitlichem Schemata konfigurieren und parametrieren. © Balluff

Geholfen hat dabei, dass es trotz der großen Anzahl und Vielfalt an IO-Link-Sensoren dennoch zahlreiche Gemeinsamkeiten an Funktionalitäten, etwa bei Identifikation, Diagnose, Teach-in, Prozessdatenvariablen und Schaltsignalkanal gibt. Mit den Sensorprofilen wird diese Diversität besser beherrschbar. Voraussetzungen dafür sind aus Steuerungssicht eine gleichbleibende Prozessdatenschnittstelle sowie eine standardisierte Nutzung weiterer Funktionen wie Diagnose oder Identifikation. Das Smart-Sensor-Profil, das direkt auf die IO-Link-Kommunikation aufsetzt, erfüllt diese Anforderungen und liefert alle Informationen, wie die Prozessdatenschnittstelle und Funktionen zu implementieren sind.

Die erste Version von 2012 legte mit Identifikation, Diagnostik und Prozessdaten die obligatorischen Funktionsklassen wie in einem Werkzeugkasten fest, während die aktuelle Version von 2019 auch die Kombination von Werkzeugen und ihre Ausprägung definierte. Dabei hat sich die IO-Link-Community auf folgende technologieübergreifende Klassifizierung von Geräteklassen geeinigt:

Binäre Sensoren mit festem Schaltpunkt (Fixed Switching Sensors – FSS)

Binäre Sensoren mit einstellbarem Schaltpunkt (Adjustable Switching Sensors – AdSS)

Messende Sensoren (Digital Measuring Sensors – DMS)

Wichtigster Fortschritt: Es gibt jetzt ein herstellerunabhängiges Prozessdatenformat sowohl für Schalt- als auch Messgeräte. Damit folgen alle Messgrößen eines Sensors der gleichen Struktur und lassen sich so durch standardisierte Funktionsbausteine ansprechen. Auch wenn unterschiedliche Sensoren mit unterschiedlicher Auflösung genutzt werden, resultiert daraus eine identische Darstellung aller Prozesswerte in der Steuerung.

Sensortausch und -prinzipwechsel vereinfacht

Magnetfeld-Positionsmesssystem BMP. © Balluff

Damit ist die Austauschbarkeit der Geräte ohne Engineering-Aufwand gewährleistet. Außerdem sind die verschiedenen Profilklassen auch durch einen festen Funktionsumfang gekennzeichnet, was einen Wechsel zu einem anderen Sensorprinzip innerhalb einer Applikation sehr einfach macht. Es verursacht keinen zusätzlichen Projektierungsaufwand. Das Smart-Sensor-Profil liefert alle Informationen, wie die Prozessdatenschnittstelle und Funktionen zu implementieren sind. Dies führt zu mehr Flexibilität. So lässt sich beispielsweise ohne Veränderungen am Steuerungsprogramm ein Näherungsschalter gegen einen Füllstandssensor oder ein optischer Distanzsensor gegen einen Ultraschallsensor tauschen.

Das neue Magnetfeld-Positionsmesssystem BMP und das absolute magnetcodierte Wegmesssystem BML  SL1 von Balluff mit IO-Link-Schnittstelle wurden beispielsweise gemäß dem Smart-Sensor-Profil entwickelt. Sie haben eine äußerst einheitliche Datenstruktur und lassen sich so problemlos in vorhandene Systeme integrieren. Darüber hinaus bieten sie verschiedene vordefinierte Funktionen zur Verbesserung der präventiven oder vorbeugenden Wartungsstrategien.

Sonderfunktionen schnell nutzen

Auch Sonderfunktionen wie etwa eine „Out of Range“-Fehlermeldung lassen sich auf einfache Weise mit wenig Aufwand realisieren. Dies gilt ebenso für Informationen wie Status, Überlauf und Unterlauf etc., die ein Gerät generiert. Hat man erst einmal etwas Zeit in die Programmierung eines Funktionsbausteins investiert, kann man diesen auch bei anderen Sensoren des gleichen Profils verwenden. Referenzimplementierungen und standardisierte Funktionsbausteine helfen dem Anwendungsprogrammierer, solche bislang selten genutzten Funktionen einfach umzusetzen und ihre Verbreitung voranzubringen. Die oben beschriebenen Profile sind erst ein Anfang. Derzeit sind bei der IO-Link-Community die Kombination von schaltenden und messenden Sensoren sowie Multiprozesswert-Sensoren in der Diskussion. Auch eine Standardisierung der Aktuatoren ist in Planung.

Dr. Elmar Büchler, Industriemanager bei Balluff / am

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