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Technologie von Netzwerk- und Feldbuskomponenten

Netzwerk- und Feldbuskomponenten ermöglichen eine reibungslose Kommunikation zwischen Geräten und sichern einen effizienten Datenaustausch sowie die Steuerung im Netzwerk. Dazu zählen IO-Link-Master, Anschlussboxen, Switches und Gateways, die Daten über Industrial Ethernet oder IO-Link zuverlässig übertragen.

Das Wichtigste in Kürze

IO-Link ist ein standardisiertes Kommunikationsprotokoll für Sensoren und Aktoren.
Zu den Systemkomponenten gehören IO-Link-Devices, Standardkabel und IO-Link-Master.
IO-Link-Master von wenglor ermöglichen die Anbindung an Industrie 4.0- und IIoT-Systeme.
IO-Link 1.1 bietet erweiterte Funktionen, verbesserte Diagnosen und eine breitere Geräteunterstützung.
Industrial Ethernet gilt als Nachfolger der klassischen Feldbusse.
wenglor-Produkte, die der Schutzart IP67 entsprechen, sind für einen dezentralen Aufbau außerhalb des Schaltschrankes geeignet.

Was versteht man unter Industrial Communication?

In der Industrie ist es entscheidend, Informationen zuverlässig zu übertragen. Diese Datenübertragung ermöglicht, dass Maschinen miteinander kommunizieren, Prozesse gesteuert werden und Menschen effizient mit Maschinen zusammenarbeiten. Ein Sensor erfasst Daten wie Temperatur oder Druck in einer Anlage und leitet sie an eine Steuerung weiter. Die Steuerung verarbeitet diese Informationen und sendet Befehle an sogenannte Aktoren. Aktoren führen daraufhin Aktionen aus, beispielsweise das Starten eines Motors oder das Einschalten eines Lichts. Sie setzen elektrische Signale in mechanische Bewegungen oder andere physikalische Aktionen um. Die Kommunikationswege und Anschlüsse in der Datenübertragung können dabei unterschiedlich sein.

Was ist IO-Link?

IO-Link (Input-Output-Link) ist die erste standardisierte IO-Technologie, die eine bidirektionale Kommunikation mit Sensoren und Aktoren ermöglicht. Das System basiert auf einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen einem IO-Link-Master und einem Sensor, wobei jeder Port des Masters eine eindeutige Adresse besitzt.

Mit IO-Link können unterschiedliche Datentypen wie Prozess-, Diagnose- und Parameterdaten ausgelesen werden, was einen umfassenden Überblick über den Zustand und die Funktion der Sensoren bietet. Die Kommunikation zwischen IO-Link-Master und Sensor erfolgt bidirektional, was sowohl die Detektion von Daten als auch die Parametrierung der Sensoren erlaubt. IO-Link ist sowohl für den Neubau von Industrieanlagen (Greenfield) als auch für die Modernisierung und Instandhaltung bestehender Anlagen (Brownfield) geeignet. Selbst in vorhandenen Anlagen lässt sich IO-Link problemlos integrieren, um von den vielfältigen Vorteilen zu profitieren.

Kommunikationswege und Anschlüsse der Datenübertragung

Punkt-zu-Punkt-Verkabelung

Bei dieser traditionellen Verbindung erfolgt eine direkte Verkabelung der Sensoren mit der Steuerung.

Analogsignale sind anfällig für Rauschstörungen

Sensoren mit mehreren Messwerten benötigen für jeden Wert ein eigenes Ausgangskabel

Die Konvertierung von digitalen in analoge Signale mindert die Signalqualität und die Genauigkeit

IO-Link-Steuerungssystem

Der Sensor ist an einen IO-Link-Master angeschlossen und kommuniziert in einem übergeordneten Netzwerk mit der Steuerung. IO-Link selbst ist kein Feldbus.

Die Ethernet-Kommunikation zwischen IO-Link-Master und SPS ermöglicht eine bidirektionale digitale Datenübertragung

Ein 3-adriges Industriekabel überträgt mehrere Prozesswerte über ein einziges Kabel

Keine EMV-Störungen oder Signalverluste

Bestandteile eines IO-Link-Systems

Ein IO-Link-System setzt sich aus drei wesentlichen Komponenten zusammen: dem Master, dem Sensor und einem ungeschirmten Kabel, das die Verbindung herstellt. Diese einfache, aber leistungsstarke Lösung ermöglicht eine flexible und effiziente Integration von Sensoren und Aktoren in industrielle Anwendungen. Durch die Schutzart IP67 sind wenglor-Produkte für den dezentralen Einsatz außerhalb des Schaltschrankes geeignet.

Vom herkömmlichen Sensor zum intelligenten Sensor

Sensoren mit analogem Ausgang liefern begrenzte Informationen, da sie meist auf einzelne Messwerte beschränkt sind. Die Übertragung zusätzlicher Daten erfordert mehr Eingänge, was sowohl den Verkabelungsaufwand als auch die Kosten steigert.

Die IO-Link-Technologie hingegen ermöglicht eine effiziente und nahtlose Integration von Sensoren in SPS-Systeme und IIoT-Anwendungen. Sie reduziert den Verkabelungsaufwand, erhöht die Datenvielfalt und gewährleistet eine durchgängige Kommunikation. Dadurch werden moderne Automatisierungssysteme flexibler und zukunftssicher.

Anhand des folgenden Beispiels wird der Unterschied zwischen analogen und digitalen Ausgängen sowie den bereitgestellten Daten von IO-Link-fähigen Sensoren deutlich.

Anschlussbild eines Sensors mit analogem Ausgang

Informationen an Prozessdaten, wie beispielsweise:

Schaltausgänge
Messwerte
Fehlermeldung
Verschmutzungsinformationen

Anschlussbild eines digitalen Sensors

Ausgang kann nur zwei Zustände annehmen: ein (an) oder aus
Keine zusätzlichen Werte oder Informationen, lediglich der Zustand „an“ oder „aus“

Anschlussbild eines IO-Link-Sensors

Zyklische Daten: Abstandswert, Intensität, Distanzwert
Azyklische Daten: Simulationsmodus, Konfigurationsparameter, Seriennummer, Identifikation
Events: Schaltpunkte, Teach-in-Werte

*
_{+ = Versorgungsspannung +
– = Versorgungsspannung 0 V
O = Analogausgang
nc = Nicht angeschlossen
Â = Schaltausgang öffner (NC)
A/ = IO-Link}

IO-Link-Vorteile

Schneller Sensortausch

Einfache Inbetriebnahme

Condition Monitoring

Mehrere Messwerte pro Gerät

Fernzugriff auf Sensorparameter

Hohe Anlagenverfügbarkeit

Der Unterschied zwischen IO-Link 1.0 und 1.1

IO-Link 1.1 wurde 2013 als Weiterentwicklung der ursprünglichen Version 1.0 veröffentlicht und brachte wesentliche Verbesserungen in Flexibilität und Effizienz, insbesondere bei Anwendungen mit komplexen Sensoren und Aktoren. Die neue Version ermöglichte zudem eine höhere Skalierbarkeit und ebnete den Weg für zukunftssichere Automatisierungslösungen.

Der Unterschied zwischen IO-Link 1.0 und IO-Link 1.1 zeigt sich insbesondere in der erweiterten Funktionalität, Flexibilität und Leistung der neueren Version. Die wichtigsten Neuerungen sind:

Einführung von COM3 (230,4 kBaud) für schnellere Datenübertragung
Erweiterung der maximalen Prozessdatenlänge auf 32 Byte
Implementierung der Data-Storage-Funktion zur Speicherung und automatischen Übertragung bestehender Parametrierungen auf Ersatzgeräte

Wie kommuniziert IO-Link?

IO-Link ermöglicht die zuverlässige Verbindung von Geräten mit der Steuerung und stellt eine stabile Kommunikation sicher. Die Wahl des Kommunikationsprotokolls hängt in der Regel von der Steuerung ab, da verschiedene Protokolle unterschiedliche Eigenschaften wie Übertragungsgeschwindigkeit und Datenübertragungsmenge bieten.

wenglor unterstützt IO-Link-Master, die mit gängigen Protokollen wie EtherNet/IP, PROFINET und EtherCAT kompatibel sind. Darüber hinaus umfasst das Portfolio von wenglor auch Sensoren mit direkter Industrial-Ethernet-Anbindung, wie etwa die PNBC-Serie.

IODD on Board und Data Storage zur Parameterübernahme

IO-Link ermöglicht mit der Data-Storage-Funktion die Übertragung der Sensorparametrierung auf ein baugleiches Austauschgerät beim Sensortausch. Diese Funktion muss im Master aktiviert und konfiguriert werden.

Der wenglor IO-Link-Master EP8P001 bietet für PROFINET-Netzwerke die zusätzliche Funktion IODD on Board zur Parametrierung von Sensoren. In der GSDML sind die relevanten wenglor-IODDs hinterlegt, die direkt im Konfigurationstool zur Sensorparametrierung verwendet werden können. So lassen sich die auf der SPS gespeicherten Parameterdaten schnell und einfach auf einen Austauschsensor übertragen.

Das ist Industrial Ethernet

Industrial Ethernet ist eine Weiterentwicklung des klassischen LAN-Ethernets (Local Area Network), das zur Verbindung mehrerer Geräte in einem lokalen Netzwerk genutzt wird. Mithilfe von IP-Adressen können zahlreiche Geräte eindeutig identifiziert werden, was eine schnelle Kommunikation und den Austausch großer Datenmengen ermöglicht. Im Gegensatz zum Standard-Ethernet wurde Industrial Ethernet speziell für den Einsatz in industriellen Umgebungen entwickelt. Es bietet unter anderem erhöhte Sicherheit und die Möglichkeit zur Echtzeitkommunikation, wodurch es den Anforderungen moderner Automatisierungstechnik gerecht wird.

Welche Industrial-Ethernet-Protokolle gibt es?

Für Industrial Ethernet existieren etwa 20 verschiedene Protokolle, die auf dem IEEE 802.3 Standard (Institute of Electrical and Electronics Engineers) basieren. Jedes Protokoll hat spezifische Merkmale und Vorteile, weshalb die Wahl des passenden Protokolls entscheidend ist. wenglor bietet IO-Link Master für die folgenden Protokolle an:


Steuerungshersteller exemplarisch	Siemens	Beckhoff	Rockwell Automation
Region	Europa, global	Europa, global	USA, global

Steuerungshersteller exemplarisch
Siemens	Beckhoff	Rockwell Automation
Region
Europa, global	Europa, global	USA, global

Industrial Ethernet vs. Feldbus

Industrial Ethernet ermöglicht eine Kommunikation über alle Ebenen hinweg, nicht nur in der Feldebene. Es zeichnet sich durch hohe Flexibilität aus und erlaubt die Übertragung großer Datenmengen. Im Gegensatz dazu sind Feldbusse speziell für Echtzeitanwendungen optimiert und überzeugen durch eine einfachere Installation.

IIoT-ready für Industrie 4.0

Das Industrial Internet of Things (IIoT) bildet die Grundlage für die intelligente Vernetzung und Digitalisierung industrieller Prozesse. Durch den Einsatz modernster Technologien wird eine effiziente und transparente Produktion realisiert. IIoT verbindet Geräte, Maschinen und Sensoren, wordurch Echtzeitdaten und Informationen, etwa aus der Fertigung, erfasst und gesammelt werden können.

IIoT-Protokolle für eine flexible Integration

Durch moderne Schnittstellen und Kommunikationsstandards lässt sich das IIoT flexibel an verschiedene Anforderungen anpassen. Zu den gängigen Protokollen gehören:

JSON

JSON ermöglicht einen flexiblen Zugriff auf Daten, unter anderem über REST-API, die den Zugriff über Webservices vereinfachen. MQTT ist ein leichtgewichtiges Protokoll, das eine effiziente Kommunikation zwischen Geräten und Anwendungen gewährleistet.

OPC UA

Ein standardisiertes, herstellerunabhängiges Protokoll für den sicheren Datenaustausch in der Industrieautomation.

Produktvergleich

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