Automatisierung: Reduzierte Stillstandzeiten durch optimierte Sensor- und Aktorenanbindung
Bei der Planung und Auslegung von neuen Maschinen und Anlagen kommen vermehrt dezentrale schalt-schranklose Komponenten und Systeme zum Einsatz. Einen wichtigen Grundstein für den vereinfachten Aufbau und Anschluss solcher Systeme stellen die standardisierte und herstellerunabhängige Punkt-zu-Punkt-Verbindung IO-Link und die zugehörige Systemerweiterung IO-Link Safety dar. Diese Kombinationen ermöglicht einen ganzheitlichen Ansatz für die einfache Anbindung von Sensoren und Aktoren im Feld unter Berücksichtigung der Anforderung an die funktionale Sicherheit.
Seit 2016 stehen unterschiedliche Safety-over-IO-Link-Lösungen im Automatisierungsumfeld zur Verfügung. Dabei handelt es sich um herstellerspezifische Ansätze, die dem IO-Link zugrunde liegenden Konzept nicht gerecht werden. So lassen sich die Profisafe-over-IO-Link-Geräte lediglich mit dem passenden IO-Link Master sowie nur im Profisafe-System nutzen. Bei den Komponenten geht es grundsätzlich nicht um IO-Link Safety Devices, sondern um einen Teilnehmer im Profisafe-System. Dazu wird das Profisafe-Telegramm über IO-Link getunnelt, sodass IO-Link lediglich als Übertragungsstrecke fungiert. Der notwendige IO-Link Master leitet die getunnelte Information via Profinet an die erforderliche Sicherheitssteuerung weiter.
Im Gegensatz dazu bringt IO-Link Safety alle von den Anwendern geschätzten Vorteile von IO-Link mit, etwa die Netzwerkunabhängigkeit der Sensoren und Aktoren, eine standardisierte Anschlusstechnik, die Verwendung einer IODD (IO Device Description) zur Parametrierung oder den einfachen Gerätetausch.
Vorteilhafte Konfigurations- und Parametrierungssoftware
Bei der zunehmenden Digitalisierung und Vernetzung der Produktionsumgebungen nehmen IO-Link- und IO-Link-Safety-Geräte immer häufiger eine zentrale Rolle bei der Realisierung von Smart Factories ein. Die feldbusunabhängige Konfigurations- und Parametrierungssoftware IO-Link Engineer bietet den Anwendern zukünftig einen wesentlichen Mehrwert und ist demnach unverzichtbar, um die Potenziale von IO-Link- und IO-Link-Safety-Geräten voll auszuschöpfen.
Durch die zentrale Konfiguration und Diagnose von IO-Link-Geräten unmittelbar in der Software lassen sich Inbetriebnahmezeiten reduzieren und Stillstandzeiten minimieren. Darüber hinaus erlaubt die Konfigurationssoftware die einfache Anpassung von Geräteparametern an veränderte Anforderungen, was eine Feinabstimmung der Geräteleistung gestattet und dadurch die Flexibilität und Effizienz in der Fertigung erhöht. Abgesehen davon trägt die Software dazu bei, die Transparenz und Verfügbarkeit von Gerätedaten zu verbessern. Dies bildet wiederum die Grundlage für eine vorausschauende Wartung und optimierte Produktionsprozesse. Im Übrigen umfasst IO-Link Engineer die Option, Parameterprofile zu speichern und zu laden, weshalb sich die Wiederverwendbarkeit von Konfigurationen für ähnliche Anwendungen erleichtert. Die Konfigurations- und Parametrierungssoftware ist nicht nur als Stand-Alone-Lösung bedienbar. Sie kann unter anderem mithilfe von Schnittstellen – wie TCI (Tool Calling Interface) – über verschiedene übergeordnete Steuerungssoftware aufgerufen werden, um von den positiven Eigenschaften der einzelnen Elemente zu profitieren.
Bereitstellung spezifischer standardisierter Schnittstellen
Insbesondere für die Einbindung der IO-Link-Safety-Geräte sind softwareseitig zusätzliche Anforderungen an die funktionale Sicherheit (FS) zu berücksichtigen. Sämtliche sicheren Geräteparameter müssen grundsätzlich über eine parameterabhängige Prüfsumme berechnet und abgesichert werden, sodass sich mögliche Fehler oder Manipulationen bei der Übertragung über die Prozessschritte hinweg vermeiden lassen. Aus diesen Beweggründen erweist es sich unter dem Aspekt der Sicherheit als substanziell, dass die Konfigurationssoftware auch spezifizierte respektive standardisierte Schnittstellen – wie DTI (Device Tool Interface) – bereitstellt, damit die Erfordernisse hinsichtlich der funktionalen Sicherheit abgedeckt werden. Beim Dedicated Device Tool handelt es sich um ein hersteller- und gerätespezifisches Werkzeug, das über die DTI-Schnittstelle abgerufen wird und die sicheren Technologieparameter über einen Cyclic Redundancy Check (CRC) absichert. Das Tool sorgt folglich für eine reibungslose und normkonforme Integration von IO-Link-Safety-Geräten in die bestehende Systemarchitektur. Es ist demzufolge von großer Bedeutung, dass alle grundlegenden Bausteine interagieren, um das Konstrukt um IO-Link Safety zu gestalten.
Maximale Auslastung der verfügbaren Geräteports
Abseits der vielfältigen Parametrierungsmöglichkeiten von IO-Link Devices und IO-Link Safety Devices ergeben sich aufgrund der Systemerweiterung und der dort aufgeführten Feature Level neue Wege, ein Maschinen- und Anlagenkonzept umzusetzen. Über die Betriebsarten IO-Link, IO-Link Safety und dem Mixmodus aus beiden Konzepten lassen sich außerdem sichere digitale Signale und nicht-sichere digitale Signale konfigurieren, was die Flexibilität der IO-Link Safety Master nochmals erhöht. Besonders in Bereichen, in denen der vorhandene Bauraum für Installationen begrenzt ist, können gemischte Funktionen von einem IO-Link Safety Master verarbeitet werden. Dies bewirkt nicht nur eine maximale Auslastung der zur Verfügung stehenden Ports von IP65/67-Feldgeräten, sondern erlaubt den Konstrukteuren und Planern der Maschinen und Anlagen ebenfalls die Miniaturisierung bestimmter Bereiche.
Ferner wird in der Systemerweiterung der Class-B-Port thematisiert. Dieser kann künftig IO-Link Devices und IO-Link Safety Devices mit einem höheren Strombedarf versorgen und vervollständigt somit die Anforderung an das System. Wegen der umfangreichen Funktionen ermöglicht der neue Standard eine einfache Migration der im Feld existierenden sicherheitstechnischen Lösung. Zudem erhält der Anwender ein zukunftssicheres Konzept zur Realisierung seiner Digitalisierungsstrategie.
Um bis zu 80 Prozent reduzierter Verdrahtungsaufwand
Aufgrund der zahlreichen Einsatzmöglichkeiten der acht Ports kann der Anwender des IO-Link Safety Masters unter gewissen Bedingungen auf zusätzliche Feldgeräte verzichten. Da sich neben IO-Link Devices und IO-Link Safety Devices auch konventionelle Sensoren und Aktoren flexibel anbinden lassen, ist der Anwender in der Lage, die volle Leistungsbreite des Moduls auszuschöpfen und erspart sich folglich weitere Feldgeräte mit ungenutzten Ports. In Ergänzung dazu kann der Zeitaufwand für die Verdrahtung von Sensoren und Aktoren mittels der neuen werkzeuglosen M12-Push-Pull-Anschlusstechnik um bis zu 80 Prozent reduziert werden.
Für den Maschinen- und Anlagenbau erweist sich IO-Link Safety als ein wichtiges Element zur Umsetzung einer durchgängigen Ankopplung von Sensoren und Aktoren an die Steuerungsebene. Es ist davon auszugehen, dass 2024 die ersten IO-Link Safety Master und IO-Link Safety Devices von unterschiedlichen Anbietern vorgestellt werden. Schlussendlich schafft der Standard für die Anwender einen herstellerübergreifenden Weg hinsichtlich der Digitalisierung von Maschinen und Anlagen unter Berücksichtigung der funktionalen Sicherheit.
Platzsparende I/O-Module für FSoE-Systeme
Hohe Verfügbarkeit und Flexibilität sind wesentliche Anforderungen an alle Automatisierungslösungen. Die FSoE-Module der I/O-Produktfamilie Axioline Smart Elements in Schutzart IP 20 von Phoenix Contact zeichnen sich neben einer einfachen Handhabung und hohen Flexibilität durch ihren geringen Platzbedarf aus. Zahlreiche FSoE-Sicherheitssteuerungen (Fail Safe over Ethercat) sind bereits am Markt erhältlich, die einen weiten Anwendungsbereich abdecken.
Doch eine Sicherheitssteuerung kann nur so gut sein wie das angeschlossene I/O-System. Deshalb hat Phoenix Contact den Automatisierungsbaukasten der Axioline Smart Elements um FSoE-Module ergänzt. Mit dem modular aufgebauten Axioline-F-System kann sich der Anwender die benötigten I/O-Stationen je nach Applikationsanforderungen gemischt aus Axioline F-Modulen und Axioline Smart Elements flexibel zusammenstellen. Dazu beinhaltet das Portfolio Standard-, Funktions- und Safety-Module. Die sicheren digitalen Ein- und Ausgangsmodule werden dabei einfach, also ohne zusätzliche Maßnahmen, an einer beliebigen Stelle in die I/O-Station eingefügt.
