Systemkonforme Integration von IO-Link-Geräten in PCS7
IO-Link für Prozessautomation
Intelligente Feldgeräte waren schon vor Industrie 4.0 in der Prozessautomatisierung Standard. Durch ihre flexible Parametrierung und umfangreiche Diagnosedaten bieten sie zahlreiche Einsatzmöglichkeiten. Somit tragen sie zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit und zur Senkung von Wartungskosten bei. Die stetige Suche nach Einsparpotenzialen lässt den aus der Fertigungstechnik stammenden IO-Link-Standard interessant erscheinen.
Über die IO-Link-Technologie können intelligente Sensoren und Aktoren unterhalb der Feldbusebene an das Automatisierungssystem angebunden werden. Sie bietet mit zahlreichen Möglichkeiten bei Datenübertragung, Parametrierung und Diagnose Vorteile bei der Installation, Inbetriebnahme sowie im laufenden Betrieb einer Anlage. Ein wesentlicher Vorteil gegenüber anderen Sensorbus-Systemen ist die Übertragung der Daten über ein ungeschirmtes 3-Leiter Kabel, das auch für Sensoren ohne Busanschluss verwendet wird. So können Geräte einer bestehenden Anlage durch IO-Link-Sensoren ersetzt werden ohne die Verkabelung zu ändern. Für die Montage in der Anlage abseits des Schaltschranks bieten viele Hersteller IO-Link-Mastermodule in der Ausführung IP65 an, um den Verkabelungsaufwand in die Peripherie noch weiter zu reduzieren. Die Normierung der Schnittstelle auf einen 3-Leiter Anschluss mit festem Pegel bietet zudem den Vorteil, dass an einen IO-Link-Port Sensoren beliebigen Typs angeschlossen werden können. Es sind keine auf den Sensor abgestimmten E/A-Baugruppen mehr notwendig. Selbst binäre Sensoren ohne IO-Link können an die Ports des IO-Link-Masters angeschlossen werden. Somit können die dezentralen Stationen standardisiert werden und eine einfache Erweiterbarkeit ist gewährleistet. Das Engineering der IO-Link-Geräte erfolgt über standardisierte Beschreibungsdateien (IO Device Description, IODD) und spezielle Tools, die meist von den Herstellern der IO-Link-Mastermodule beigestellt werden. Die Parametrierung wird vom Engineeringsystem über die SPS, den Feldbus und den IO-Link-Master an die Geräte übertragen. Zudem kann die Geräteparametrierung im Mastermodul gespeichert werden, um den Austausch eines defekten Sensors ohne Tool zu ermöglichen. Im Betrieb der Anlage werden zyklische Prozessdaten direkt ins Prozessabbild geschrieben, womit die Auswertung dieser im Anwenderprogramm der SPS denkbar einfach ist. Die Adressierung im Eingangsbereich der SPS wird im IO-Link-Mastermodul portweise konfiguriert. Die große Vielfalt an Parametrier- und Diagnosedaten wird über azyklische Telegramme mit den Geräten ausgetauscht. So können Parameteränderungen auch zur Laufzeit aus dem Anwenderprogramm der SPS vorgenommen werden. Diese Funktionalität ist z.B. bei Werkzeugwechslern sehr hilfreich und kostensparend. Auch die Gerätediagnosen können im laufenden Betrieb azyklisch über das Anwenderprogramm gelesen werden. So kann z.B. der Verschmutzungsgrad eines Sensors geprüft und falls notwendig automatisch eine Reinigung oder eine Nachjustierung angestoßen werden. Dank dieser Eigenschaften ist IO-Link in der Fertigungsautomatisierung mit mittlerweile über 3.Mio. installierten Geräten bereits ein etablierter Standard.
Durchgängiges Engineering
Die starke Marktdurchdringung und das schnelle Wachstum von IO-Link in der Fertigungsindustrie führt zu einem sehr breiten Angebot preiswerter und leistungsfähiger Sensoren. Viele Anforderungen und Anwendungsfälle in der Prozessautomatisierung werden von diesen Sensoren ebenfalls abgedeckt. Gerade in ‚hybriden‘ Branchen, in denen Fertigungs- sowie Prozesstechnik verschmelzen, wächst daher derzeit das Interesse an einem günstigen und universellen IO-System wie IO-Link. Diese Verbreitung einer neuen Technologie vom Durchbruch in der Fertigungstechnik hin zur Einführung in der eher konservativen und langlebigen Prozesstechnik war schon bei anderen Systemen zu beobachten. So wurde z.B. der Profinet-Standard als Nachfolger von Profibus zunächst einige Zeit ausschließlich in der Fertigungsautomatisierung genutzt, bevor er sich nach und nach auch in der Prozesswelt etabliert hat. Heute hat Profinet als Ethernet-basiertes Bussystem die RS-485 Technologie von Profibus in vielen Neuanlagen der Prozessindustrie bereits verdrängt. Um jedoch eine neue Technologie in Prozessleitsystemen zu etablieren, sind vor allem nahtlose Integration sowie ein effektives und durchgängiges Engineering unerlässlich. Ohne diese Eigenschaften lassen sich neue Geräte und Systeme in eine komplexe Prozessanlage nur mit hohem Aufwand integrieren. Automatische Generierung von Geräte- und Prozessmeldungen, Begleitwerte zur Signalauswertung und eine systemkonforme Weiterleitung der Werte sind im Bereich der Prozessautomatisierung wichtige Funktionalitäten. Am Beispiel des Prozessleitsystems Simatic PCS7 von Siemens gibt es ein durchgängiges Hard- und Software-Engineering, das die im Anwenderprogram verwendeten Signale automatisch der entsprechenden Baugruppe zuordnet und Diagnose- und Fehlerdaten in den Begleitwert des Signales integriert. Auch Grenzwerte und die dazugehörigen Meldungen können am mitgelieferten Standard-Kanalbaustein eines Eingangssignals parametriert werden. Um solch ein durchgängiges Engineering auch für Geräte mit IO-Link anzubieten, hat Codewerk eine Bibliothek zur systemkonformen Integration von IO-Link-Geräten in das Prozessleitsystem PCS7 entwickelt. Die darin enthaltenen Funktionsbausteine verfügen über eine automatische Generierung und Verschaltung der Diagnoseinformationen und helfen so bei der effektiven und fehlerfreien Integration der IO-Link-Geräte in das System. Somit können Signale von IO-Link-Sensoren gleichwertig zu Standard Ein- und Ausgängen im Anwenderprogramm weiterverwendet werden.
