Nahtloser Zugriff auf alle IO-Link-Geräte im Netzwerk

Intelligentes Gerätemanagement

IO-Link-Topologie  Foto: Balluff
IO-Link-Topologie
Foto: Balluff

Gastbeitrag Industrie 4.0 umschreibt nicht nur die intelligente Vernetzung von Prozessgeräten, sondern auch die Verknüpfung der Fertigungs- mit der IT- und Unternehmensleitebene. Die nahtlose Kommunikation vom Sensor bis ins Internet ist eine wesentliche Voraussetzung dafür. Bereits seit einigen Jahren lassen sich mit IO-Link Prozessgeräte auf einfache Weise in ganzheitliche Anlagenkonzepte integrieren. Die feldbusunabhängige Punkt-zu-Punkt-Verbindung überträgt Signale und Daten jedweder Art über ein simples Dreidrahtkabel in beiden Richtungen. Der neue Device Manager von Balluff macht jetzt den direkten Zugriff auf die unterste Geräteebene möglich: Von nahezu jedem beliebigen Punkt und parallel zum Steuerungssystem lassen sich sämtliche Prozessgeräte zentral überwachen, parametrieren und testen. Ein konsequenter Schritt in Richtung flexibler Produktionsprozesse und eines integrierten Netzwerkmanagements.

In der Branche ist Industrie 4.0 derzeit in aller Munde: Vor allem bei jenen Maschinenbau- und Automatisierungsunternehmen, die mit dem Begriff ganz eng ihre eigene Innovations- und Zukunftsfähigkeit verknüpfen. Das „Internet der Dinge“ gewinnt überall dort an Bedeutung, wo es künftig darauf ankommt, bei Terminen und Mengen höchst flexibel zu sein, heißt es in einer aktuellen Studie der Porsche-Beratungstochter MHP. Unter Industrie 4.0 versteht man die intelligente Vernetzung von Sensoren, Aktoren und Geräten auf der Anlagenebene ebenso wie die nahtlose Integration der Komponenten über die Prozess-, Betriebs- und Unternehmensleitebene bis ins Internet. Industrie 4.0 ist somit ein Thema sowohl auf Komponenten-, Maschinen-, Fabrikebene als auch auf regionaler wie globaler Ebene. Der steigende Informationsbedarf und die vielfältigen Verflechtungen erfordern ein effizientes Zusammenspiel sämtlicher Ebenen.

Zunehmend hält die IT-Technologie auf Fertigungsebene Einzug: Werkstücke führen produktions- oder logistikrelevante Daten mit sich (sog. elektronischer Begleitschein), identifizieren sich an unterschiedlichen Stationen und steuern sich so selbständig durch den Herstellungsprozess. Ziel ist die Smart Factory: Effiziente, flexible, transparente und nachfrageorientierte Produktionsprozesse. Mit leistungsfähigen Netzwerkmanagementsystemen (NMS) sind in Zukunft Multi-Gerätekonfigurationen, Software-Updates, die Behandlung von Störungsmeldungen sowie statische wie dynamische Anlagendiagnosen bis auf Feldebene fast von jedem Punkt der Erde aus realisierbar.
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Screenshot: Gesamtübersicht  der im Netzwerk enthaltenen Master und deren  jeweilige Portbelegungen Foto: Balluff
Screenshot Gesamtübersicht: Gesamtübersicht
der im Netzwerk enthaltenen Master und deren
jeweilige Portbelegungen
Foto: Balluff

Der neue Device Manager von Balluff ist Werkzeug und Bestandteil der oben definierten Industrie 4.0. Das auf IO-Link basierende neu entwickelte Softwaretool stellt die gesamte Geräteperipherie übersichtlich dar und erlaubt den direkten Zugriff auf Parameter-, Konfigurations- und Diagnoseinformationen der Sensorik und Aktorik. Über dieses Tool lassen sich Konfigurationseinstellungen ändern, neu parametrieren oder produktionsrelevante Daten abrufen. Von zentraler Stelle kann damit beispielsweise das komplette Farbspektrum einer Balluff IO-Link-SmartLight für unterschiedliche Betriebs-, Temperatur- oder Füllzustände eingestellt werden. Komplexe Laserdistanzsensoren lassen sich mit allen zu setzenden Abständen und Schaltpunkten zentral parametrieren und testen.

Musste bislang zu jedem einzelnen Prozessgerät eine separate Hardwareverbindung via USB-Box aufgebaut werden, greift der Balluff Device Manager via UDP (User Datagram Protocol) auf die IO-Link-Devices zu. Der zentrale Zugriff auf die Geräteperipherie über eine einheitliche Software, die per Device Manager durchführbaren Funktionalitätstests (Sprechen alle Feldgeräte wie gewünscht an? Stecken die Sensoren im richtigen Slot? Kommen die Signale zuverlässig an?) führen zu einer beträchtlichen Steigerung der Anlagenproduktivität.
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Screenshot Geräteinformationen: Allgemeine  Informationen zu den IO-Link-Geräten. Das Bild zeigt  beispielhaft die Geräteinformationen der Balluff SmartLight Foto: Balluff
Screenshot Geräteinformationen: Allgemeine
Informationen zu den IO-Link-Geräten. Das Bild zeigt
beispielhaft die Geräteinformationen der Balluff SmartLight
Foto: Balluff

Diese Form der integrierten Kommunikation stellt hohe Ansprüche an die Geräte- und Übertragungstechnologie: Einerseits müssen die eingesetzten Devices in der Lage sein, komplexe Daten zu generieren und in übertragungsfähiger Form zur Verfügung zu stellen. Andererseits muss die Übertragungsinfrastruktur leistungsfähig genug sein, selbst große Datenmengen über sämtliche Ebenen hinweg transportieren zu können. Die Vernetzung muss durchgängig, die Kommunikation nahtlos und Ebenen übergreifend sein. An dieser Stelle werden bereits vorhandene Mechanismen der auf Ethernet basierenden Feldbussysteme in Verbindung mit der intelligenten Schnittstelle IO-Link genutzt.

Den Zielsetzungen und Ansprüchen von Industrie 4.0 entsprechend erweist sich die bidirektionale Kommunikationsschnittstelle IO-Link als veritable Enabler-Technologie. IO-Link-fähige Feldgeräte stellen vielfältig nutzbare Daten in digitalisierter Form zur Verfügung. Handhabung und Übertragung selbst hoher Datenaufkommen stellen die kommunikative Schnittstelle vor keinerlei Probleme.
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Screenshot Parametrierung: Über die Software ist das IO-Link-Device einfach zu parametrieren Screenshot Prozessdaten: Visualisierung der  Prozessdaten am Beispiel der 3 Zonen SmartLight von Balluff Foto: Balluff
Screenshot Parametrierung: Über die Software ist das
IO-Link-Device einfach zu parametrieren
Screenshot Prozessdaten: Visualisierung der Prozessdaten
am Beispiel der 3 Zonen SmartLight von Balluff
Foto: Balluff

Als herstellerübergreifender, feldbusunabhängiger und nach IEC 61131-9 international zertifizierter Standard ist IO-Link eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung unterhalb der Bussysteme. Die serielle digitale I/O-Schnittstelle verbindet IO-Link-Sensoren und -Aktoren per Dreidrahtkabel und Steckverbinder und überträgt Analog- wie Binärsignale über einen IO-Link-Master. Vorteile: Mit IO-Link gelingen einfache, transparente und Zeit sparende Installationslösungen, die einen einfachen, ungehinderten und kostengünstigen Signal- und Datenaustausch ermöglichen. Das Besondere: Über entsprechende Sensorhubs lassen sich selbst einfach schaltende Sensoren in IO-Link-Konzepte integrieren. Zahlreiche Hersteller bieten inzwischen ein breites Angebot IO-Link-fähiger Prozessgeräte. Weil sich Stand heute bereits mehr als 80 Geräte-, System- und Chiphersteller im IO-Link-Konsortium zusammengeschlossenen haben, darf man mit Sicherheit von der Zukunftsfähigkeit der innovativen Schnittstelle ausgehen.

In naher Zukunft wird der Device Manager von Balluff integrierter Bestandteil ganzheitlicher Netzwerkmanagement-Systeme innerhalb der Automatisierungspyramide sein. Noch stellen Netzwerkmanagement-Systeme nur jene Anlagenbestandteile dar, die über eine eigene IP-Adresse verfügen. In der Regel also bis auf Master-Ebene, nicht jedoch die vielfältige Gerätelandschaft auf Prozessebene. Das soll sich bald ändern, denn künftig lassen sich auch nicht IP-fähige IO-Link-Geräte in Netzwerkmanagement-Systeme integrieren.

Neben IO-Link dient das Simple Network Management Protocol (SNMP) dem Informationstransport und der Datenhaltung (MIB) für das Netzwerkmanagement mit IP-fähigen Endgeräten. Link Layer Discovery Protocol (LLDP) steht für den Datenaustausch zwischen Endgeräten und Netzwerkknoten und kann als Proxy-Agent auch nicht-IP-fähige Endgeräte abbilden.
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Autor: Dennis Seng
Autor: Dennis Seng

Vielfach wird Industrie 4.0 als die vierte industrielle Revolution bezeichnet: Produkte einer Fertigungslinie führen Barcodes oder RFID-Chips mit sich, intelligente Sensoren lesen die Daten aus, Leitrechner teilen der Anlage mit, was sie wo und wann zu tun hat: Welche Montageschritte erfordert ein Bauteil, welche Produkte kommen in welche Kiste, welcher Karton verlangt welchen Aufkleber? Industrie 4.0 stellt somit ganz neue Anforderungen an Produktionssysteme und Anlagen. Die vernetzte Fabrik verändert nicht nur den eigentlichen Produktionsprozess, sondern gleichzeitig die Lager- und Vertriebslogistik, die Betriebsmittelwahl, das Marketing, den Service – kurzum die gesamte Wertschöpfungskette. In diesem Zusammenhang ist der Device Manager von Balluff ein ganz wesentlicher Baustein, um diesen Prozess einfach, transparent und effizient zu organisieren.

Dennis Seng, Produktmanager Industrial Networking bei Balluff
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