Wie funktioniert der IO-Link? Wie die Sprachlosigkeit auf dem letzten Meter überwunden wird. Die Spezifikation ist abgeschlossen, die ersten Produkte werden zur Zeit implementiert: IO-Link schickt sich an, die untere Ebene, landläufig auch als „letzter Meter” bezeichnet, zu erschließen und damit für einen Durchbruch in Sachen Kommunikation bis zum Sensor/Aktor zu sorgen. Wie bei allen technischen Neuerungen ist auch hier Skepsis gegenüber dem Unbekannten zu spüren, vor allem, nachdem der Stand der Technik sich schon Jahrzehnte bewährt hat. Dass man bei IO-Link ebenfalls auf bewährte Standards gesetzt hat, soll nachfolgender Artikel verdeutlichen.

Es war einmal… so könnte man fast beginnen. Denn die Grundidee zu IO-Link stammt aus der Nutzbarmachung der in den Sensoren und Aktoren bereits vorhandenen Intelligenz. Oft werden zur -effektiven Nutzbarmachung der physikalischen Größen für die Steuerung Mikrokontroller eingesetzt, die an der Schnittstelle zur SPS die äußerst umfangreichen Informationen auf 1 Bit zusammendampfen: Schalten/nicht schalten. Bei analogen Sensoren wird immerhin versucht, das Prozessabbild linearisiert in Form eines Spannungs- oder Stromsignals an die Steuerung zu geben. Aber bereits einfache Funktionen wie zusätzliche Schaltausgänge oder Steuereingänge können nicht mehr ohne Zusatzaufwand abgebildet werden, obwohl der interne Mikrokontroller dazu ohne weiteres in der Lage wäre.

IO-Link nutzt die vorhandene Intelligenz aus und ersetzt die Standard-Schnittstelle durch eine Kommunikationsschnittstelle. Diese besitzt die selben Pegel wie die heutige Standard-Sensorik: 0 V und 24 V. Mit diesen Vorgaben erfolgt eine Pulsmodulation, wie sie ebenfalls schon viele Jahre in der Kommunikation über serielle Schnittstellen verwendet wird: der sog. UART-Frame (z.B. bei RS232 Kommunikation). Dieser Datenrahmen wird bspw. auch bei Profibus verwendet und ist gekennzeichnet durch ein Startbit, acht Datenbits, ein Paritätsbit und ein Stopp Bit.

Die Spezifikation nach IO-Link erlaubt unterschiedliche Übertragungsgeschwindigkeiten: 4,8 kbaud, 38,4 kbaud und 230 kbaud (kbaud = 1000 Bit/Sekunde). Welche Übertragungsgeschwindigkeit für den Slave (Sensor oder Aktor) die Richtige ist, hängt von seiner Funktion ab und wird festgelegt.

Für die Anschaltbaugruppe (Master) sind diese verschiedenen Übertragungsraten eine Herausforderung, da er entsprechend der Festlegung mit allen IO-Link Sensoren und Aktoren sprechen können muss. Einzig die hohe Übertragungsrate mit 230 kbaud ist als Option vorgesehen. Findet keine Kommunikation auf dem Kanal statt, so schaltet der Master den entsprechenden Kanal in einen weiteren Modus, den Standard-IO Modus (SIO), der kompatibel zu heutigen Standard- Sensoren und Aktoren ist.

Der SIO Mode

Abbildung 1 zeigt im linken Teil die Standard IO-Schnittstelle. Sie ist eine „Pflichtübung“ für alle Masterbaugruppen und ermöglicht es, auch Standard Sensoren/Aktoren anzuschließen. Die Projektierung, ob Ein- oder Ausgang, erfolgt dabei über die GSD Datei.

Der SIO Modus wird dann eingenommen, wenn keine Kommunikation zustande kommt. Dieser Kanal der Masterbaugruppe verhält sich dann am Netzwerk wie ein ganz normaler E/A-Kanal einer heutigen Feldbus Box.

Der COM1 Mode

Der Kommunikations-Modus COM1 arbeitet mit einer Übertragungsrate von 4,8 kbaud. Dies wird in erster Linie dazu verwendet, Parameterdaten in den Sensor oder Aktor zu schreiben oder von dort in die Steuerung hoch zu laden. Nach Abschluss der Parametrierung wird der Slave per Befehl in den SIO Mode geschaltet und arbeitet dann als ganz normaler binärer Sensor oder Aktor. Dies ermöglicht die schnelle Erfassung von Prozesszuständen, da das IO-Link Telegramm nicht mehr interpretiert werden muss. Typische Anwendungen sind Lichttaster mit Hintergrundausblendung oder parametrierbare Druckschalter.

Der COM2 Mode

Für die kontinuierliche Datenübertragung ist der Mode COM2 vorgesehen. Durch eine Übertragungsrate von 38,4 kbaud können 16 Bit Prozessdaten auf dem sog. Prozessdatenkanal alle 2 ms zur Steuerung übertragen werden. Balluff wird mit dieser Technologie vor allem Weg- und Distanzsensoren (induktiv, magnetostriktiv, optisch) und Farbsensoren anbieten. Neben der Übertragung des eigentlichen Prozesssignals können auch, ohne Mehraufwand, Schaltsignale und Diagnosemeldungen einfach ausgegeben werden.

Der COM2 Mode ist ebenfalls in der Lage, den Slave per Befehl in einen Schaltzustand zu versetzen. Die Mechanismen sind dabei die selben wie im COM1 Mode. Zur Anwendung kommt dies bspw. bei sehr umfangreichen Parametersätzen.

Der COM3 Mode

Der Mode COM3 ist optional. Durch die hohe Übertragungsrate mit 230 kbaud können auch schnelle Signale erfasst und sehr umfangreiche Datensätze, bis hin zu kleinen Programmen, übertragen werden. Dabei kann COM3 auf zwei unterschiedliche Verbindungsarten zum Sensor zurückgreifen:

• eine Standard 3-Draht Verbindung (Physik 2 genannt)
• und eine 2-Draht Verbindung (Physik 1).

Schnittstellen standardisieren, Installation vereinfachen

Die Grundfunktionen des IOLink Master (in Abb. 1 als „mandatory“ bezeichnet) beschränken sich auf das Standard 3--adrige Verbindungskabel. Dabei ist eine Länge von 15 m zulässig. Eine Schirmung ist nicht erforderlich, wodurch das Potential in der Vereinfachung der Schnittstellen schnell deutlich wird: keine mehradrigen Leitungen, keine Sonderkabel, keine Probleme mit beidseitiger oder einseitiger Erdung oder mit Ersatzteilhaltung. Die Installation wird grundsätzlich einfacher!

Entdecke die Möglichkeiten

Zur SPS/IPC/Drives wird Balluff zwei Masteranschaltbaugruppen für IO-Link vorstellen. Die erste Implementierung wird auf Basis Profibus derzeit durchgeführt und bietet so die Möglichkeit, IO-Link Produkte auch in bestehende Netzwerke einzubinden. Die Projektierung erfolgt wie bisher über die GSD Datei und einen Funktionsbaustein.

Die zweite Masterbaugruppe wird als Kommunikationsschnittstelle zur Steuerung ProfiNet IO aufweisen. Zur Beibehaltung der etablierten Linienstruktur wurde bei dieser Baugruppe der Ethernet Switch integriert, so dass bspw. ProfiNet IRT Netze nicht unterbrochen werden müssen (IRT = Isochrones Real Time). Der Balluff Master wird dabei vier IO-Link Ports zur Verfügung stellen, die allesamt unabhängig voneinander die oben genannten Funktionen wahrnehmen. Zusätzlich kann über den Pin 2 eines jeden IOLink Kanals eine weitere Schaltfunktion eingelesen werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der IOLink Kanal als Standard Kanal eingesetzt wird und entweder DESINA Sensoren oder antivalente Sensoren angeschaltet werden sollen.

Vier zusätzliche Ports bieten frei konfigurierbare Ein- bzw. Ausgänge. Damit stehen neben den IO-Link Kanälen noch acht weitere Ein- und acht weitere Ausgänge für Standardfunktionen zur Verfügung.

Neue Produkte wird es aber auch Slave-seitig geben – Wegund Distanzsensoren, ein RFID System sowie ein Farbsensor mit IO-Link Schnittstelle werden auf der SPS/IPC/Drives vorgestellt.

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