IO-Link als Enabler für Industrie 4.0

IO-Link als Enabler für Industrie 4.0

„Eine Schnittstelle anstatt zehn verschiedene“

Das SPS-MAGAZIN hat die Experten der IO-Link-Community zum Roundtable eingeladen. Im Rahmen dieses Treffens sprach der vielseitige Teilnehmerkreis über die Historie des Punkt-zu-Punkt-Standards, über die Funktionalität und die vielseitigen Möglichkeiten in der Anwendung sowie über Vorteile der Sensor/Aktor-Kommunikationslösung auf dem Weg zu Industrie 4.0. Im dritten Teil der Artikelserie kommt das Potenzial von IO-Link für die Trends von Industrie 4.0 zur Sprache sowie die weitere Roadmap des Standards.

Bei all den 
     Möglichkeiten von IO-
 Link sind Forderungen nach mehr Funktionalität 
      Klagen auf 
             hohem Niveau.
Helmut Börjes, Wago (Bild: TeDo Verlag GmbH)

Bei all den
Möglichkeiten von IO-
Link sind Forderungen nach mehr Funktionalität
Klagen auf
hohem Niveau.
Helmut Börjes, Wago (Bild: TeDo Verlag GmbH)


Inwieweit hat IO-Link durch den Hype von Industrie 4.0 an Fahrt gewonnen?

Helmut Börjes: Industrie 4.0 wird ja durch Automatisierungsanforderungen definiert, die auf sich ändernde Kundenbedürfnisse zugeschnitten sind. Mit IO-Link können wir solchen neuen Ansprüchen jetzt auch auf der Sensor/Aktor-Ebene begegnen.

Sai Seidel-Sridhavan: Je tiefer man bei Industrie 4.0 ins Feld vordringt, umso notwendiger wird IO-Link. Die Kompetenzmatrix in unserem Arbeitskreis deckt mittlerweile eine unglaubliche Anzahl an Technologien ab. Es gibt kaum noch Feldgerätetypen ohne entsprechende Schnittstelle, und selbst die werden immer weniger.

Klaus-Peter Willems: Ein gutes Beispiel sind z.B. Drehgeber: Bei hochpräzisen Motion-Control-Anwendungen wird man auch in Zukunft nicht über eine hart echzeitfähige Schnittstelle herum kommen. Aber das sind in Summe nur wenige Prozent der Gesamtanzahl an Applikationen. Für den gesamten Rest kann man überall auf der Welt IO-Link einsetzen. Kein Anwender käme von sich auf die Idee hier Feldbusse zu nutzen.

Seidel-Sridhavan: Genau hier fängt die interne Diskussion bei vielen Herstellerfirmen an. Will man High-End machen und ein kleines Marktsegment adressieren, oder den Großteil des Marktes bedienen. Das mag vielleicht erstmal nach einem Paradigmenwechsel klingen, aber man muss den Kunden nur klar machen, dass die einfache Drehgeberversion für die allermeisten Anwendungen vollkommen ausreicht und die bisherige Schnittstellenausstattung im Zweifel gar nicht unbedingt notwendig war.

Dr. Elmar Büchler: Wenn man diesem Ansatz folgt, dann merkt man schnell, dass für viele Applikationen weniger eine sehr hohe Geschwindigkeit in der Kommunikation gebraucht wird, sondern vielmehr eine hohe Zuverlässigkeit. Eine Menge von Anwendungen muss zudem zwar hoch genau sein, dabei jedoch nicht sonderlich zeitkritisch.

Willems: Dabei schneidet IO-Link beim Thema Performance gar nicht schlecht ab und kommt locker auf unter 1ms, selbst wenn einiges an Daten zu transportieren ist. Übliche SPSen laufen heute nicht schneller, sondern meistens mit einer Zykluszeit von mehreren Millisekunden. IO-Link ist also für die meisten Applikationen schnell genug. Denn auch die Feldbusse und Ethernet-Standards laufen im Regelfall nicht mit der theoretisch erreichbaren Höchstgeschwindigkeit. Abseits von Ausnahmeanwendungen, die wirklich Zykluszeiten von 100µs fahren, ist IO-Link also mit Sicherheit nicht der Flaschenhals.

Dr. Karsten Weiß: Die Integration von Feldbusschnittstellen ist zudem auch immer eine Kostenfrage. Bei einem Drehgeber mag das vielleicht nicht ganz so signifikant sein, aber in den Stückzahlen, in denen wir unsere Greifmodule verkaufen, sind die Mehrkosten durchaus nicht gering. Hier macht IO-Link schon einen Unterschied. Wenn man eine geforderte Funktionalität mit deutlich weniger Aufwand und weniger Kosten erreichen kann, wird daraus schnell ein Markttreiber.

Seidel-Sridhavan: Wenn der Anwender plötzlich keine aufwändige Konfiguration mehr erledigen muss, sondern diese automatisiert einbetten kann, dann ist das natürlich ebenfalls eine attraktive und vielversprechende Option.

Büchler: Wenn in Zeiten von Industrie 4.0 die Komplexität von Maschinen und Anlagen zunimmt, kann man den Anwender nicht alleine lassen. Bislang musste er alle möglichen Steuerungsparameter kennen und physikalisches Know-how über jede Komponente haben. Mit der Integration von IO-Link lässt sich dieses Know-how in die Komponenten verlagern und er wird entlastet. Ggf. kann der Anlagenbauer dem Anwender sogar auf Knopfdruck sagen, wo ein Problem liegt – weil die entsprechenden Messwerte und Daten bereitliegen.

Weiß: Wenn der Anwender heute eine mächtige, aber trotzdem mit überschaubarem Aufwand implementierbare Schnittstellenlösung sucht, für die es eine breite Gerätebasis gibt, landet er früher oder später bei IO-Link. Der Standard ist technologisch ausgereift und verfügbar. Warum also das Rad neu erfinden und etwas proprietäres einbauen? So kommt es, dass zunehmend auch Infrastrukturanlagen mit IO-Link ausgestattet werden.

Börjes: Angeblich gibt es heute sogar Sicherungen mit IO-Link Interface. Dass sich der Standard letzten Endes also sogar stark in Richtung Mechanik und Infrastruktur bewegt zeigt, dass er in der Branche angekommen ist.

Wenn es so viele grundlegende Vorteile gibt, sind Zweifel ja eigentlich kaum noch möglich, oder? Wie sehen Sie das, Herr Sura?

Christian Sura: Das Thema ist für uns noch relativ neu. Und provokativ formuliert: Es geht auch mit Alternativen wie CAN oder Modbus. Dennoch sind spezifische Vorteile von IO-Link wie Einfachheit, Standardisierung oder Internationalität heute sehr wichtig. Das merken wir, denn es kommen immer mal wieder Anfragen aus dem Markt. Aktuell haben wir aber noch zehn verschiedene Bussysteme im Angebot. Die jeweiligen Geräte sehen gleich aus und unterscheiden sich nur durch die elektrische Adaption.

Seidel-Sridhavan: Diesen Schritt ist das Unternehmen Weiss Robotics schon gegangen und hat heute statt zehn verschiedener Feldbusse nur noch IO-Link für bestimmte Geräte im Programm – mit einer sauberen Integration, die die IO-Link Community für Feldbusse bietet. Meiner Ansicht nach wird dieser Schritt zwangsläufig auch bei anderen Herstellern kommen.

Willems: Die Feldgeräteanbieter müssen auf funktionaler Seite immer mehr Varianten vorhalten. Damit ihr Portfolio überhaupt beherrschbar bleibt, werden sie nicht darum herum kommen, nur noch eine Schnittstelle pro Gerät anzubieten, anstatt zehn verschiedene.

Olaf Westrik: Trotzdem: So wie der Markt über 30 Jahre die Analogschnittstelle nicht abschaffen konnte, so ist bis dato auch noch kein einziger Feldbus verschwunden.

Börjes: Ganz im Gegenteil: Es kommen immer noch neue hinzu.

Willems: Ich glaube nicht daran, dass irgendein Feldbus verschwindet. Abgesehen davon brauchen wir diese Ebene ja auch. IO-Link bedient als Punkt-zu-Punkt-Konzept nur den letzten Meter im Feld. Die Feldbusse bleiben also der Backbone. Aber sie werden sich auch in den nächsten 20 Jahren nicht harmonisieren, weil die großen Systemhersteller das nicht wollen. Keine Kundenlobby kann so großen Druck ausüben, nicht mal die Automobilindustrie. Für Sensoren und Aktoren gibt es aber allein in Deutschland einige tausend Hersteller und dort ist der Wildwuchs der Feldbuswelt einfach nicht bezahlbar. Über IO-Link bekommt die Anbieterschaft Zugang zum kompletten industriellen Kommunikationsspektrum.

Seidel-Sridhavan: Das kommt auch den Feldbussen zugute, denn letztendlich ist es eine Frage der funktionellen Ausrichtung. Dadurch, dass IO-Link die in der Steuerung für Sensoren und Aktoren vorgehaltene Funktion reduziert, können sich die Feldbusprotokolle wieder komplett auf ihrer Funktion als Bus konzentrieren.

Izabel Abyanoglu: Es steht längst fest, dass mit Industrie 4.0 die Datenmengen rapide zunehmen – auch für Sensoren und Aktoren. Diese Datenmasse muss in Zukunft kostenoptimiert zu bewältigen sein. Das ist der ausschlaggebende Punkt, denn der heute schon vorhandene Preisdruck bei Sensoren und Aktoren wird steigen. IO-Link wird an dieser Stelle mithalten können, weil der Standard entsprechend ausgerichtet ist. Dennoch müssen wir dafür sorgen, dass auch das Zusammenspiel mit anderen Systemen reibungslos ist – beispielsweise mit AS-Interface.

Wenn IO-Link und die Vorteile des Standards nun mehr und mehr im Markt und beim Anwender ankommen: Welche Hausaufgaben sind denn für die Zukunft noch zu machen?

Abyanoglu: Wir werden weiterhin an unseren Konfiguratoren für AS-i und IO-Link arbeiten und damit unseren Kunden eine einfachere Parametrierung, Inbetriebnahme und Fehlerdiagnose ermöglichen.

Seidel-Sridhavan: Insgesamt sind wir einen Schritt weiter, wenn wir die Integration von IO-Link in andere Systeme hersteller- und geräteübergreifend umgesetzt haben. Die Energieversorgung wird auch ein größeres Thema. Dafür hat der IO-Link-Arbeitskreis schon eine Schnittstelle definiert. Allerdings ist noch die Frage zu klären, wie viel Energie darüber laufen kann. Ansonsten ist IO-Link mit der heutigen Spezifikation für die Zukunft schon sehr gut aufgestellt.

Jens Möllmann: Jetzt muss der Standard eben noch verstärkt ausgerollt werden. Dafür müssen wir aus meiner Sicht die Easy-to-Use-Trommel kräftig schlagen. Denn unterschiedliche Tools in der Sensor/Aktor-Ebene zu nutzen, wird zukünftig zu einem absoluten No-Go. Solange Mehrwertfunktionen von IO-Link, wie die Diagnose, aufwändig zu programmieren sind, nutzt sie keiner. Wenn sie sich hingegen intuitiv und einfach zusammenstellen lassen, werden sie gerne vom Anwender angenommen. Hier liegt eine große Chance für IO-Link.

Börjes: Aus meiner Sicht ist die Formulierung entscheidend, damit man IO-Link nicht schlecht redet. Denn bei all den Möglichkeiten, die IO-Link in der jetzigen Ausprägung zur Verfügung stellt, sind die Forderungen nach mehr Funktionalität schon ein Klagen auf hohem Niveau.

Weiß: Absolut. Aber es geht auch weiterhin um die durchgängige Integration des IO-Link-Gedankens. Spätestens auf SPS-Seite ist diese von manchem Hersteller noch nicht bestmöglich gelöst und es gibt noch den ein oder anderen Medienbruch. Das ist in der Praxis aber eher ein Luxusproblem.

Willems: Den Integrationsaspekt kann jedoch keiner hier am Tisch lösen. Dazu brauchen wir Druck von den Kunden. Solange diese die Integration nicht bei den SPS-Herstellern einfordern, haben wir Hersteller wenig Chancen. Wir können nur indirekt dazu beitragen, indem wir die Vorteile von IO-Link vermitteln, um die Verbreitung von IO-Link zu pushen.

Büchler: Ein großer Vorteil in der IO-Link-Community ist die Vielfalt der beteiligten Firmen. Wir pflegen einen offenen Umgang miteinander. Alle Mitglieder sind gleichberechtigt. Mit mehreren Treffen im Monat ist die Arbeitsgruppe sehr aktiv und die vertretenen Firmen bringen hier wirklich ihr Herzblut rein. Wir arbeiten sehr konstruktiv miteinander, um die verschiedenen Themen und Lösungen voranzubringen. Ein gutes Miteinander eben.

Seidel-Sridhavan: Wir haben alle eine sehr ähnliche Vision was das Thema IO-Link betrifft. Das ist in der Zusammenarbeit schon extrem hilfreich.

Sehen Sie Möglichkeiten, um die großen Steuerungsanbieter in die Vision mit einzubeziehen?

Willems: Die Schwierigkeit hängt hier auch damit zusammen, dass die großen SPS-Hersteller einen Spagat machen wollen: Zwischen Offenheit für mehr Applikationen und Kundenbindung durch proprietäre Ansätze. Mittlerweile sind Hersteller wie Siemens, Rockwell, Beckhoff oder B&R Mitglieder in der Community. Die sieht man abseits von IO-Link nie in einem Boot. Auf der Engineering-Seite gibt es die nötige Offenheit für ein übergreifendes Tool aber noch nicht, denn hier liegt schließlich noch ein großer USP der Anbieter. An dieser Stelle hilft lediglich der Marktdruck von Kunden.

Bisher zielt IO-Link stark auf den Einsatz in der Fabrik ab. Die geschilderten Herausforderungen auf Sensor/Aktor-Ebene sind ja aber auch in der Prozessindustrie existent. Wie positioniert sich IO-Link hier?

Seidel-Sridhavan: Das ist Stand heute ein schwieriges Thema, denn es gibt viele unterschiedliche Meinungen. Grundsätzlich spricht von der Funktionalität her nichts dagegen. Aber bislang gibt es aus der Prozessindustrie noch nicht genug Anfragen, die uns dazu bewogen hätten, unsere Systeme bereits durchgängig mit IO-Link auszurüsten.

Börjes: Man muss hier aber unterscheiden, von welchem Teil der Prozessindustrie man spricht. Ich bin ziemlich sicher, dass IO-Link über die angrenzenden Bereiche und Subsysteme Einzug hält. Diesem Trend werden wir uns natürlich nicht verschließen.

Westrik: Das sehe ich auch so. Für die klassische Prozessindustrie mag die räumliche Beschränkung der IO-Link-Anbindung auf 20m in vielen Fällen ein K.O.-Kriterium sein. Nichtdestotrotz gibt es auch hier einige Anwendungsfälle.

Willems: Eine durchgängige Gerätebeschreibung und die Integration in die überlagerten Systeme stellen auch hier riesige Vorteile in Aussicht. Aber selbst wenn IO-Link in der Lage wäre, einen Kilometer zu überbrücken, wäre es heute kaum zu integrieren. Denn in der Prozessautomatisierung werden heute ganz andere Mittel verwendet: z.B. EDDL als Beschreibungssprache, oder FDT. Dort denkt man über andere Standards wie FDI nach. Man muss also abwarten, was zukünftig passiert. Aber selbst wenn es in absehbarer Zeit IO-Link-Wireless geben wird, bleiben die Hürden die andere Physik und andere Software.

Seidel-Sridhavan: Erschwerend kommt hinzu, dass die Firmen in der Prozessindustrie möglichst lange auf ihre schon bewährten Lösungen setzen. Der Wechsel auf eine komplett neue Technologie würde also dauern. Diese Transformation geschieht in der Fabrikautomation doch einen Tick schneller.

Wie verhält es sich bei der Sicherheitstechnik?

Willems: IO-Link-Safety ist aus meiner Sicht der nächste ganz große Schritt. Hier sind wir mittlerweile in Gesprächen mit BG und TÜV, um einen Proof of Concept zu machen. Ziel ist es, das die Spezifikation Ende des Jahres bzw. Anfang 2017 steht. Dann wollen wir mit der Probeimplementierung, Zertifizierung und ähnlichen Dingen starten. Eine Prognose, wann es die ersten Geräte auf dem Markt geben wird, ist aber heute noch nicht möglich.

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