Trendy technologie IO-Link
Technologii IO-Link vyvinuli špičkoví výrobci senzorů, akčních členů a řídicích systémů a stále se snaží ji zdokonalovat. Věnují se hlavním průmyslovým trendům, aby zajistili její udržitelnou praktickou využitelnost.
Obsah
Profil
Prostřednictvím profilových funkčních bloků má jednotka PLC stálý online přístup k procesním hodnotám zařízení IO-Link od různých výrobců. Data jsou totiž k dispozici ve standardizované podobě díky komunikační specifikaci a profilovým parametrům uloženým v senzorech. Stejným způsobem dostává jednotka PLC také různá rozlišení senzorů.
Díky těmto standardizovaným vlastnostem systému jsou procesní, identifikační a diagnostická data k dispozici v jednotné podobě bez ohledu na konkrétní zařízení. Tím se velmi usnadňuje a urychluje integrace do řídicího programu.
Pomocí technologie IO-Link lze diagnostická data, konfiguraci a funkce různých zařízení standardizovat a zpřístupnit stejným způsobem. Jednotky PLC používají při práci s těmito daty unifikované bloky. Pro uživatele se vše výrazně zjednodušuje – od nastavení parametrů až po vyhodnocení procesních hodnot.
V rámci modernizace je možné používat také diagnostiku, rozšíření a funkce od konkrétních výrobců. V případě tohoto nestandardního používání již ale zařízení od jiných výrobců nejsou srovnatelná a použitelná univerzálně.
IO-Link Safety
Během let se technologie IO-Link stala uznávaným systémem komunikace se senzory / akčními členy. Pro oblast zabezpečení byla pro technologii IO-Link vyvinuta verze IO-Link Safety, která přináší nesporné výhody jako menší kabeláž, méně konvenčních vstupních a výstupních karet a možnost využívat ke sledování technického stavu analogové naměřené hodnoty.
Požadavky
- Pětikolíkové konektory M12 a unifikované softwarové nástroje pro integraci zařízení od různých výrobců
- Centrální FS master pro zařízení s různými signálovými výstupy
- Kompatibilita se stávajícími standardy (např. OSSD)
- Automatická kontrola uložených parametrů, ověření a struktury vstupních/výstupních dat při spouštění portů
- Časování FS masterů a zařízení FS podle trvání samočinných testů
- Automatický přenos parametrů při výměně vadných zařízení FS
Zařízení jsou připojená k IO-Link Safety masteru (FS master). Zařízení od různých výrobců lze snadno integrovat pomocí jednotného rozhraní senzorů / akčních členů (M12, 5 kolíků). Do budoucna se bude k přípravě využívat univerzální softwarový nástroj, aby se při integraci zařízení snížil počet speciálních bran. Při použití kompaktního FS masteru již nepotřebujete spoustu vyhodnocovacích karet (vstupních a výstupních). Tím se ušetří kabeláž a usnadní zpracování analogových hodnot. Komunikace s jednotkou FS PLC probíhá přes příslušnou doménu FSCP.
V režimu kompatibility jsou k dispozici dva samostatné kanály OSSD jako dříve. Na výběr jsou dva režimy. Senzory lze pro usnadnění nakonfigurovat prostřednictvím IO-Link a pak používat v režimu OSSD ke spolehlivé signalizaci událostí ovlivňujících bezpečnost.
Aby byl provoz bezpečný hned po spuštění, zařízení FS automaticky dostanou z FS masteru při spouštění pokyn zkontrolovat uložené parametry, domény FSCP, čísla portů a strukturu vstupních/výstupních dat. Systém IO-Link po dobu těchto samočinných testů pozdrží připravenost FS masterů k provozu, aby se kompenzovala zpožděná připravenost zařízení FS.
Alternativní bezpečnostní výrobky ifm s technologií IO-Link
Modul AL200S je prvním bezpečnostním výrobkem ifm pro prostředí IO-Link. AL200S je zabezpečený vstupní/výstupní modul pro sběrnicové systémy PROFIsafe se zabezpečenými vstupy a výstupy. Je vhodný k připojování zabezpečených mechanických kontaktů a senzorů OSSD.
Integrace / Open Alliance 4.0
Aby bylo možné data IO-Link bez problémů integrovat prostřednictvím bran, např. do provozních sběrnic jako PROFINET nebo EtherNet/IP, byly definovány formáty pro výměnu mezi IO-Link a protokoly a systémy vyšší úrovně, které se dále standardizují. Patří k nim například důležité výměnné formáty OPC UA nebo JSON, které umožňují propojení s informačními systémy. Nejvýznamnější výrobci v tomto směru spolupracují v alianci Open Industry 4.0. Snaží se konkrétně usměrňovat vývoj ke snadné použitelnosti a kompatibilitě mezi výrobky různých značek.
Na základě specifikací stanovených komunitou IO-Link, které požadovaly jednotnost a důslednou standardizaci dat od nejnižší provozní úrovně zařízení IO-Link až po cloudové služby, vznikl výměnný formát využívající jazyk JSON. Slouží k definování rozhraní API i pro rozhraní REST a přenos dat pomocí protokolu MQTT. Zahrnuje mapování dat, chování systémů a sémantické definice.
V rámci konzistentního přenosu dat do informačních technologií se formát JSON (Java Script Object Notation) osvědčil jako velmi efektivní a vhodný k používání mezi různými systémy. Další sémantické specifikace umožnily také snadnou interpretaci dat. Díky tomu je možné využívat k plynulému propojení mezi úrovní IO-Link a systémy MES/ERP, cloudovými službami a obecně aplikacemi mimo běžnou automatizaci pomocí PLC tzv. rozdvojenou cestu.
V systémech 'Industrial Internet of Things' (IIoT – průmyslový internet věcí) se instalace a stroje dostávají do vzájemného kontaktu. V cloudu může být každý stroj reprezentován digitálním dvojčetem ve virtuální továrně. I když z důvodu vlastních řídicích systémů nepoužívají stejný jazyk, navazujeme spojení s virtuální továrnou. S cílem získat informace z jejich dat. K efektivnímu použití poskytují podrobnosti o stavu strojů, o požadované údržbě, o možnostech zvýšení produktivity, o možnostech úspory energie a mnohem více.
Bezdrátová verze IO-Link
Jedním z hlavních předpokladů prosazení technologie IO-Link je snadné propojení inteligentních senzorů a akčních členů pomocí standardizovaných kabelů. Do budoucna to ale půjde dokonce bez nich, což vyhovuje stále častějším požadavkům na rychlou a jednoduchou výměnu dat mezi stále více účastníky. V oblasti automatizace tvoří mobilní komunikační standardy jako IO-Link, 5G nebo WiFi 6 základní kameny komunikace M2M (machine-to-machine) v reálném čase. Technologie IO-Link, na jejímž vzniku se podílela i společnost ifm, umožňuje vzdálený přístup k různým procesním hodnotám pro diagnostiku a sledování technického stavu, a to bez ztrát při převádění a zcela nezávisle na konkrétních řadičích a provozních sběrnicích.
IO-Link již funguje i bezdrátově! Tím se minimalizuje pracnost instalace. Komunikace v reálném čase zaručuje krátkou dobu odezvy a okamžité zjištění výkyvů procesních hodnot. Vadné součásti je také možné vyměnit velmi rychle a bez složité kabeláže, takže nedochází k dlouhým prostojům výroby. Navíc jsou vyloučeny prostoje v prostředích s rychlým opotřebením kabelů, např. u automaticky řízených vozidel nebo robotů.
Aplikace
- Automatizace procesů, např. pomocí robotů, dronů nebo automaticky řízených vozidel (vysoká provozuschopnost při maximální rychlosti přenosu a menším dosahu)
- Monitorování bez časové priority, např. u hladin v nádržích pro inteligentní plánování tras svozu odpadů (malé objemy dat a odběr proudu při mnoha účastnících a dobrá energetická účinnost s velký dosahem)
- Diagnostika, nastavení parametrů a znázornění procesních dat, např. k přizpůsobení parametrů podle detekovaných materiálů (velký objem dat při několika účastnících a střední rychlosti přenosu se středním až malým dosahem)
Cílem je komunikace až pětkrát většího počtu zařízení IO-Link s masterem než při standardním kabelovém připojení – s dobou cyklu kratší než 5 ms. Prakticky to znamená, že bude moci s jedním masterem rádiově komunikovat až 40 zařízení. Například se třemi mastery v jednom radiofrekvenčním pásmu bude možné komunikovat až se 120 zařízeními zároveň. Je možné přenášet cyklická (procesní) data i necyklická (vyžádaná) data. Mezi zařízením a masterem může být vzdálenost až 20 m.
Alternativní bezdrátové technologie – IO-Link od ifm
Prvními výrobky ifm v této oblasti jsou jednotka io-key a adaptér Bluetooth. Díky nim je již možný bezdrátový přístup k procesním hodnotám aplikací prostřednictvím mobilní sítě GSM nebo Bluetooth. Bezdrátová řešení jsou důležitá hlavně u aplikací kritických z hlediska procesu a času, např. v automatizaci, kde spolu komunikuje mnoho účastníků téměř v reálném čase. ifm může v této oblasti automatizace provozů využívat své více než 50-leté zkušenosti.