W nowoczesnej automatyce przemysłowej niezbędna jest niezawodna, szybka i wydajna komunikacja z czujnikami. Jako pionier w zastosowaniach Przemysłu 4.0, IO-Link zapewnia płynną komunikację aż do najniższego poziomu aplikacji, umożliwiając tym samym łatwą integrację czujników i siłowników z nowoczesnymi środowiskami automatyki. Poniżej wyjaśnimy najważniejsze aspekty IO-Link i związane z tym korzyści dla procesów przemysłowych.
IO-Link to pierwszy na świecie ustandaryzowany interfejs do niezależnej od magistrali komunikacyjnej komunikacji między czujnikami/siłownikami a poziomem sterowania systemu automatyki. Technologia ta umożliwia dwukierunkową transmisję danych oraz ułatwia diagnostykę i parametryzację podłączonych urządzeń.
Komunikacja IO-Link zawsze odbywa się między dwoma punktami końcowymi, a mianowicie urządzeniem nadrzędnym IO-Link i urządzeniem IO-Link (czujnikiem/elementem wykonawczym). Dane są przesyłane między urządzeniem nadrzędnym a urządzeniem za pośrednictwem standardowych i ekonomicznych kabli 3- lub 5-żyłowych. Cyfrowa transmisja danych eliminuje typowe problemy związane z transmisją analogową (utrata sygnału, zakłócenia elektromagnetyczne, niedokładność itp.) Master IO-Link jest łączem do nadrzędnego systemu automatyki lub jednostki sterującej (PLC). Komunikacja odbywa się zazwyczaj za pośrednictwem przemysłowej sieci Ethernet (PROFINET, EtherNet/IP, Modbus TCP itp.).
System IO-Link zawsze składa się z kilku komponentów. Należą do nich
Typowa architektura interfejsu IO-Link
Urządzenia IO-Link (znane również jako urządzenia IO) obejmują czujniki, siłowniki i czytniki RFID, które komunikują się bezpośrednio z urządzeniem nadrzędnym IO-Link za pośrednictwem protokołu IO-Link. Ich główną zaletą jest możliwość przesyłania danych procesowych, a także danych serwisowych i diagnostycznych, takich jak stany pracy lub komunikaty o błędach.
Master IO-Link jest centralnym komponentem w systemie IO-Link i służy jako łącze między urządzeniami IO-Link (poziom polowy) a jednostką sterującą (poziom sterowania). Zapewnia kilka portów IO-Link (zazwyczaj 4 lub 8) do podłączenia urządzeń, zbiera dane z podłączonych urządzeń i przesyła je w pakiecie do jednostki sterującej wyższego poziomu. Zapewnia zasilanie urządzeń, zarządza nimi oraz obsługuje konfigurację i diagnostykę urządzeń.
Oferuje również różne funkcje wykrywania błędów i ułatwia integrację z istniejącymi systemami IT, co znacznie zwiększa wydajność i elastyczność rozwiązań automatyzacji, zwłaszcza w kontekście Przemysłu 4.0. Zazwyczaj master posiada zintegrowany serwer WWW, dzięki czemu możliwy jest zdalny dostęp, a wszystkie funkcje mogą być używane bezpośrednio przez sieć.
Piramida automatyzacji z i bez IO-Link
IO-Link Safety to rozszerzenie technologii IO-Link, które zostało opracowane specjalnie dla aplikacji o krytycznym znaczeniu dla bezpieczeństwa w środowiskach przemysłowych. Umożliwia integrację funkcji bezpieczeństwa z architekturą IO-Link i rozszerza istniejący standard IO-Link o komunikację związaną z bezpieczeństwem między czujnikami lub siłownikami a sterownikiem bezpieczeństwa.
Podobnie jak IO-Link Safety, IO-Link Wireless jest rozszerzeniem konwencjonalnej komunikacji IO-Link, która umożliwia bezprzewodowe podłączanie czujników i siłowników do systemów sterowania. Oznacza to, że komunikacja IO-Link może odbywać się bezprzewodowo bez fizycznego okablowania, co poprawia instalację, elastyczność i skalowalność w środowiskach przemysłowych. IO-Link Wireless jest często używany do komponentów systemu, które są trudno dostępne lub ruchome, lub do drogich i skomplikowanych instalacji.
Skrót IODD oznacza opis urządzenia IO. Jest to plik opisujący właściwości urządzenia IO-Link. Zawiera ważne informacje, takie jak typ urządzenia, identyfikator producenta, parametry komunikacji i szczegóły dotyczące funkcjonalności urządzenia. IODD umożliwiają urządzeniu nadrzędnemu IO-Link i systemom wyższego poziomu automatyczne rozpoznawanie podłączonych urządzeń i ich prawidłową konfigurację.
Norma IEC 61131-9 to międzynarodowy standard opracowany specjalnie na potrzeby komunikacji między sterownikami i urządzeniami w systemach automatyki przemysłowej. Definiuje on specyfikacje techniczne dla „cyfrowych interfejsów komunikacyjnych typu single-drop” (SDCI), które są ogólnie znane jako IO-Link.
Architektury IO-Link oferują liczne korzyści, od optymalizacji procesów produkcyjnych po redukcję kosztów konserwacji:
Elastyczność, wydajność produkcji i zdalna konserwacja to ważne parametry wydajności maszyn i systemów. Dzięki czujnikom IO-Link operator systemu ma teraz również dostęp do najniższego poziomu pola. Przy minimalnym wysiłku, informacje z czujników, parametry konfiguracyjne i dane diagnostyczne mogą być pobierane w celu optymalnej oceny stanu systemu.
Zastosowanie IO-Link może znacznie skrócić czas i wysiłek wymagany do montażu i uruchomienia. Jest to możliwe dzięki uproszczonemu okablowaniu i opcji automatyzacji uruchamiania poprzez utrzymywanie i powielanie parametrów.
Wstępnie zmontowane kable są używane podczas montażu, eliminując potrzebę samodzielnego montażu i unikając źródeł błędów. Uruchomienie można również zautomatyzować, ponieważ parametry można pobrać w ciągu kilku sekund i są one dostępne w urządzeniu.
Ze względu na niezależność od magistrali Fieldbus, różnorodność czujników w magazynie jest znacznie zmniejszona, a każdy czujnik zawsze ma przy sobie swoją „kartę identyfikacyjną”, że tak powiem, dzięki IODD.
Dzięki nowoczesnym systemom IO-Link nieoczekiwane wyłączenia instalacji z powodu awarii czujnika należą już do przeszłości. W końcu funkcje zintegrowane z czujnikami, takie jak liczniki godzin pracy, wskaźniki oporu oraz wykrywanie błędów i zwarć, pomagają zidentyfikować i naprawić krytyczne warunki czujnika w odpowiednim czasie, znacznie zwiększając wydajność zakładu.
IO-Link umożliwia wymianę zarówno cyklicznych, jak i acyklicznych danych z systemami wyższego poziomu. Oznacza to na przykład, że dane parametrów mogą być ładowane do czujnika podczas pracy lub dane diagnostyczne mogą być odczytywane. Dzięki szybkości transmisji COM 3 przy 230,4 kbaud i czasom cyklu poniżej 1 ms w niektórych przypadkach, dane są wymieniane szybko i dostępne w ciągu kilku sekund.
Device ID to unikalny identyfikator przypisany przez producenta do każdego urządzenia IO-Link. Umożliwia on urządzeniu nadrzędnemu jednoznaczną identyfikację podłączonego urządzenia i przypisanie odpowiedniego opisu urządzenia (IODD - IO Device Description). Gdy tylko IODD zostanie zaimportowany do mastera, master zna wszystkie właściwości urządzenia. W przypadku czujnika właściwościami tymi mogą być na przykład typ czujnika (czujnik temperatury, czujnik ciśnienia itp.), zakres pomiarowy lub klasa dokładności. IODD zawiera również różne informacje o producencie urządzenia, takie jak nazwa producenta, logo producenta lub adres URL producenta. Gdy czujnik jest podłączony do portu głównego, identyfikatory urządzeń są porównywane. Jeśli identyfikator urządzenia czujnika nie pasuje do IODD zapisanego dla tego portu, jest to natychmiast rozpoznawane i wyświetlany jest komunikat o błędzie. Oznacza to, że na przykład zamiana czujnika o różnych zakresach pomiarowych lub klasach dokładności może zostać natychmiast wykryta. W ten sposób „niewłaściwy” czujnik może zostać wymieniony bezpośrednio po instalacji, a nie dopiero po uruchomieniu systemu, co skraca czas przestojów.
Istnieją trzy różne prędkości transmisji, które są oznaczone jako COM1, COM2 i COM3:
Każde urządzenie IO-Link może obsługiwać jedną z trzech prędkości transmisji, a tym samym definiuje prędkość komunikacji dla odpowiedniego portu. Urządzenie nadrzędne IO-Link może obsługiwać wszystkie trzy prędkości transmisji.
Profil IO-Link to znormalizowany zbiór funkcji i parametrów zdefiniowanych dla określonych typów urządzeń lub aplikacji. Profile te upraszczają integrację i wymianę urządzeń IO-Link, ponieważ wykorzystują te same funkcje i formaty danych niezależnie od producenta. Obecnie dostępne są następujące profile:
Common Profile stanowi podstawę do standaryzacji niektórych funkcji dla różnych typów urządzeń. Definiuje on podstawowe parametry i funkcje, które są istotne dla wielu urządzeń IO-Link, niezależnie od ich konkretnego zastosowania. Ułatwia to integrację i zarządzanie urządzeniami różnych producentów w ramach systemu IO-Link.
Profil Smart Sensor został zaprojektowany specjalnie dla inteligentnych czujników i zawiera zaawansowane funkcje, które wykraczają poza podstawowe funkcje prostego czujnika. Mogą one obejmować na przykład rozszerzone dane diagnostyczne, funkcje monitorowania stanu i możliwość samodzielnej konfiguracji. Profil ten umożliwia czujnikom nie tylko gromadzenie danych, ale także przetwarzanie i przekazywanie informacji o ich własnym stanie i wydajności, co może mieć kluczowe znaczenie dla konserwacji predykcyjnej.
Profil aktualizacji oprogramowania sprzętowego definiuje znormalizowany proces aktualizacji oprogramowania sprzętowego urządzeń IO-Link za pośrednictwem połączenia IO-Link. Profil ten jest szczególnie ważny, ponieważ umożliwia konserwację i aktualizację urządzeń w terenie bez konieczności fizycznego dostępu lub wymiany urządzeń. Oznacza to, że aktualizacje mogą być przeprowadzane szybciej i taniej.
Społeczność IO-Link już pracuje nad kolejnymi profilami, które jeszcze bardziej zwiększą zakres funkcji i korzyści dla użytkowników. Przykładami takich profili są Smart Actuator Profile, Lighting and Indication Profile oraz Smart Power Systems Profile.
IO-Link Community to organizacja zajmująca się dalszym rozwojem, standaryzacją i rozpowszechnianiem technologii IO-Link. Została założona jako część PROFIBUS User Organization (PNO), która z kolei jest jedną z największych społeczności komunikacji przemysłowej na świecie. Składa się z dużej liczby producentów, deweloperów, integratorów systemów i użytkowników, którzy pracują w dziedzinie technologii automatyzacji i produkcji przemysłowej.
W miarę rozwoju i doskonalenia technologii coraz więcej firm dostrzega zalety IO-Link. W rezultacie do 2023 roku zainstalowano już ponad 35 milionów urządzeń IO-Link, o 8,4 miliona więcej niż w roku poprzednim. Wynika to nie tylko z ciągłego rozwoju aplikacji Przemysłu 4.0 i Industrial Internet of Things (IIoT), do których IO-Link idealnie się nadaje.
Węzły IO-Link w skrócie
Chociaż IO-Link oferuje wiele korzyści, wdrożenie może stanowić wyzwanie, szczególnie w zakresie szkolenia personelu i integracji z istniejącymi systemami. Potrzeba szeroko zakrojonego planowania i ewentualnie dostosowania istniejącej infrastruktury może skutkować początkowymi kosztami, ale są one uzasadnione długoterminowymi oszczędnościami i wzrostem wydajności. Aby integracja z istniejącymi systemami przebiegła sprawnie i wydajnie, zdecydowanie warto skorzystać ze wsparcia eksperta.
