IO-Link: der offene Kommunikationsstandard für Sensoren und Aktoren

Die digitale Kommunikation intelligenter Feldgeräte und die Übertragung von Prozess-, Geräte- und Diagnose-Daten wird immer wichtiger in der Prozessautomatisierung.

Mit IO-Link, einem feldbusunabhängigen Kommunikationsprotokoll, wird mittels einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung die Anbindung von Feldgeräten (z.B. Sensoren, Aktoren) an die übergeordnete Steuerung ermöglicht. IO-Link lässt sich leicht und flexibel in alle marktüblichen Standard-Feldbus- und Automatisierungssysteme integrieren und zeichnet sich durch eine hohe Wirtschaftlichkeit und gute Diagnosefähigkeiten aus. Doch was genau ist eigentlich IO-Link? Welche Daten können übertragen werden? Und welche Vorteile bietet IO-Link?

Die Vorteile von IO-Link auf einen Blick:

Umfangreiche Funktionalität für Parametrierung und Diagnose
Einfache Integration von Feldgeräten in die Steuerungsebene
Einfache Inbetriebnahme und Verkabelung
Einfache Integration in bestehende Anlagen
Schneller Gerätetausch für Service und Instandhaltung

Die Grundlagen von IO-Link

Eine standardisierte Kommunikationstechnologie

IO-Link ist eine standardisierte IO-Technologie (Input/Output) (IEC 61131-9), die eine Kommunikation zwischen Sensoren und Aktoren ermöglicht. Mit IO-Link lassen sich die Feldgeräte über eine kostengünstige Punkt-zu-Punkt-Verbindung an die Steuerungsebene anbinden und steuern.

Somit ist IO-Link kein Feldbus, sondern ein Kommunikationsprotokoll, das auf die klassische Anschlusstechnik von Sensoren und Aktoren aufbaut und eine durchgängige Kommunikation bis zur Feldgerätebene bietet. Der Datenaustausch zwischen der übergeordneten Steuerung und den IO-Link-Geräten erfolgt dabei bidirektional, d.h. in beide Richtungen. So können sowohl zyklische (z.B. Prozesswerte), als auch azyklische (z.B. Diagnosemeldungen) Daten unabhängig voneinander übertragen werden.

Das IO-Link-Protokoll

Der IO-Link-Master

Der IO-Link-Master ist eine Schnittstelle zwischen der Steuerung und den Feldgeräten (z.B. Sensoren oder Aktoren). Je nach eingesetztem IO-Link-Master können bis zu acht IO-Link-Geräte Punkt-zu-Punkt an einen Master angeschlossen werden. Dadurch wird eine zuverlässige Übertragung und der Austausch von Geräte-, Prozess- sowie Diagnosedaten ermöglicht.

Master-Slave-Kommunikation: Konfiguration des IO-Link-Ports

Die IO-Link-Ports des Masters sind ein Kommunikationsmittel zu den IO-Link-Geräten. Dabei stehen für die Ports folgende Betriebsarten zur Verfügung:

"IO-Link": In diesem Modus befindet sich der Port in der IO-Link-Kommunikation.
"DI": Dieser Port dient als digitaler Input zur Dateneingabe.
"DQ": Dieser Port dient als digitaler Ausgang bzw. Datenausgang.
"Deaktiviert": Dieser Port ist deaktiviert. Verwendbar bei unbenutzten Ports, kann bei Bedarf wieder aktiviert werden.

IO-Link: Übertragung unterschiedlicher Datentypen

Es können verschiedener Datentypen, wie z. B. Prozessdaten, Wertstatus, Gerätestatus sowie Ereignisse über IO-Link übertragen werden.

Die Prozessdaten zeigen die aktuellen Prozesswerte eines Gerätes (zwischen 1 Bit und 32 Byte Information). Diese Daten werden bidirektional über den Master, zwischen der Steuerung und den Feldgeräten übertragen.

Jeder Port hat einen Wertstatus, der die Prozessdaten auf Gültigkeit überprüft. Dieser Wertstatus wird dabei mit den Prozessdaten zyklisch übertragen. Die Gerätedaten übermitteln dem IO-Link-Master detaillierte Informationen über die angeschlossenen Geräte. Diese können Parameter, Identifikationsdaten sowie Diagnoseinformationen sein und können nur auf Anfrage (azyklisch) ausgetauscht werden.

Die letzte Art von Daten sind Ereignisse. Diese werden beim Auftreten an den Master übermittelt. Dabei kann es sich um Fehlermeldungen, Warnungen bzw. Wartungsdaten handeln.

Übertragungsraten der Daten

In der IO-Link-Spezifikation sind für die IO-Link-Betriebsart drei Datenübertragungsraten definiert worden:

4,8 kBaud (COM 1)
38,4 kBaud (COM 2)
230,4 kBaud (COM 3)

Ein IO-Link-Master kann jeweils eine der drei Einstellungen der Datenübertragungsraten unterstützen. Die Übertragungsrate wird, je nach angeschlossenem Gerät, automatisch durch den Master bei der ersten Kommunikation mit dem Gerät eingestellt.

Ihre Vorteile mit IO-Link

Das IO-Link-Protokoll ist mit jeder Art von Feldbussystem (PROFIBUS, DeviceNet, etc.) bzw. Industrial Ethernet kompatibel, die in der Automatisierungsindustrie eingesetzt werden.
Dies erlaubt eine leichte und flexible Integration von IO-Link in die marktüblichen Standard-Feldbus- und Automatisierungssysteme.

IO-Link stellt keine speziellen Anforderungen an die Verkabelung, sondern greift auf feldtaugliche Verdrahtungs- und Anschlusstechniken zurück. Für den Anschluss werden ungeschirmte 3- bzw. 5-adrige Standard-Anschlusskabel mit einer maximalen Länge von 20 m verwendet.
Die Nutzung derartiger Standardkabel ist in der Beschaffung günstiger und gestaltet die Verkabelung übersichtlicher. Die Verwendung von M12-Steckverbindern reduziert zudem das Risiko von Verdrahtungsfehlern, wodurch eine schnellere Inbetriebnahme ermöglicht wird.

Durch die Intelligenz eines IO-Link-Systems können Status- und Diagnosedaten unter Verwendung bestehender Feldbusinfrastrukturen direkt von der übergeordneten Leitebene gelesen werden. Somit können Parameter aus der Ferne gelesen, geändert und wieder ins Gerät zurückgeschrieben werden. Dies ermöglicht es, auftretende Fehlfunktionen eines Gerätes schnell und einfach zu erkennen.
Erweiterte Diagnosefunktionen werden ebenso unterstützt, was eine vorhersehbare Wartung der Geräte ermöglicht.
Zusätzlich erlaubt der IO-Link-Master eine konsistente Datenspeicherung der Geräteparameter, wodurch beim Austausch eines IO-Link-Gerätes die Geräteparameter automatisch an das neue Gerät übertragen werden können.

Die Wartung und Instandhaltung von Geräten mit IO-Link-Technologie ist durch die automatische Parametrierung einfach und schnell durchführbar. Dies spart Zeit und Ressourcen, da für einen einfachen Geräteaustausch kein geschultes Fachpersonal erforderlich ist. Dies wiederum reduziert die Stillstandzeit der Maschinen und optimiert die Anlagenauslastung.
Für jedes IO-Link-Gerät gibt es eine IODD-Datei (IO-Device-Description). Dies ist eine Gerätbeschreibungsdatei, die alle wichtige Informationen wie z.B. die Geräteparameter, Identifikations-, Prozess- und Diagnosedaten über das IO-Link-Gerät enthält. Somit stehen alle relevanten Daten über das Gerät zur Verfügung und können bei Bedarf jederzeit abgerufen werden.

Unsere Bürkert-Kompetenzen

Wir bei Bürkert, sind seit Jahren ein verlässlicher Partner der Industrie und bieten qualitativ hochwertige Produkte sowie Technologie-Lösungen an. Auch im Bereich der Automatisierungstechnik bieten wir zukunftsweisende Produkte sowie System-Lösungen.
Um Sie bei der Automatisierung Ihrer Produktionsanlagen bestmöglich unterstützen zu können, bieten wir die digitale Kommunikationsschnittstelle IO-Link bereits in vielen unserer Produkte und Systemlösungen an.

Anwendungsbeispiele mit IO-Link

IO-Link findet hauptsächlich in Maschinen- oder maschinennahen Anwendungen wie in Abfüllanlagen, in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, Anwendung. Durch Online-Parametrierung und Ferndiagnosefunktionen eignet sich IO-Link besonders für hygiene-kritische Einsatzbereiche und Lebensmittelverarbeitungsanlagen.