Ekspansja sieci IO-Link

Rys. 1. Prosty w obsłudze master IO-Link firmy Turck: w środowisku TIA Portal wszystkie wybrane, zaawansowane parametry dotyczące danego urządzenia są wyszarzone

Urządzenia z IO-Link dostępne są na rynku od 2006 roku, jednak zainteresowanie tym interfejsem wzrasta wraz z coraz częściej poruszanym tematem koncepcji Przemysłu 4.0. Wielokrotnie poruszany spór na temat wad i zalet komunikacji IO-Link nie zmienił przekonania wielu użytkowników o korzyściach płynących z jego zastosowania. Do dziś zostało zainstalowanych około 2,2 miliona węzłów sieciowych tego interfejsu.

Tylko w latach 2013-2014 ich liczba wzrosła dwukrotnie. Użytkownicy implementujący IO-Link od razu spełniają podstawowe wymagania dla pełnej automatyzacji produkcji. Czujniki IO-Link są już przygotowane do przekazywania danych do systemu ERP wyższego poziomu. Przy wdrażaniu nowej technologii dostawca musi zadbać o wprowadzenie na rynek kompletnej oferty produktów dla każdego poziomu piramidy automatyzacji. Proces ten ma właśnie miejsce w przypadku IO-Link.

Od początku swojej historii technologia IO-Link odgrywała główną rolę w rozwoju produktów firmy Turck. Dzięki temu możemy się dzisiaj pochwalić jedną z najszerszych dostępnych na rynku ofert urządzeń wyposażonych w komunikację IO-Link: począwszy od prostych modułów sieciowych po inteligentne urządzenia obiektowe.

Ostatnim uzupełnieniem oferty są trzy typy czujników: indukcyjne czujniki uprox3, bezkontaktowy enkoder QR24 i laserowy czujnik odległości dostarczany przez firmę partnerską Banner Engineering. W przypadku wszystkich urządzeń wersja IO-Link to niesamowity zakres dodatkowych możliwości oraz znaczne uproszczenie obsługi. Technologia IO-Link zmienia prosty czujnik zbliżeniowy w urządzenie wielofunkcyjne, które ma również możliwość identyfikacji.

TRYB STANDARDOWYCH I/O: DWA USTAWIANE PROGI PRZEŁĄCZANIA

Czujniki uprox3-IOL firmy Turck mają dwa tryby pracy. W trybie IO-Link czujnik współpracuje z masterem IO-Link, natomiast w trybie standardowych I/O jest kompatybilny z tradycyjnymi wejściami dwustanowymi modułu I/O lub sterownika. W tym drugim wypadku IO-Link wykorzystywany jest tylko w celu konfiguracji. W trybie standardowych I/O czujnik może zostać ustawiony dla dwóch niezależnych punktów przełączania.

Mogą one być ustawiane w krokach co 10%, od 10 do 100 % zakresu przełączania. Przykładowo, jeżeli wcześniej był wybór tylko między wersją o zakresie 5 lub 8 milimetrów, to teraz pojedynczy czujnik BI8U może być precyzyjnie ustawiony na zakres 8 mm, 7,2 mm, 6,4 mm, aż do 0,8 mm. Funkcja ta może być szczególnie przydatna dla obiektów o dużej tolerancji w celu uniknięcia jednoczesnych uszkodzeń i błędów przełączania. Ułatwia również montaż. Użytkownik instaluje czujnik w najlepszy możliwy sposób, a dopiero później ustawia punkt przełączania.

Oba wyjścia mogą zostać ustawione niezależnie w tryb NZ lub NO oraz może zostać wybrana dla nich polaryzacja PNP lub NPN. Można też wybrać opóźnienie załączenia, jak również histerezę czujnika. Wyjścia wersji M12 czujnika uprox3-IOL są ustawione fabrycznie jako komplementarne wyjścia PNP przy zakresie przełączania 6 milimetrów. W wersji M18 dostępny jest zakres przełączania do 10 milimetrów.

Drugi punkt przełączania poza standardowymi funkcjami detekcji umożliwia użytkownikom kontrolę stanu czujnika. W tym celu punkt przełączania jest ustawiany w optymalnej odległości. Użytkownik ustawia drugi punkt przełączania w celu wykrycia zużycia się obiektu detekcji. Dzięki temu np. istnieje możliwość wymiany klocków hamulcowych przed ich całkowitym zużyciem, które może spowodować przestój maszyny.

Czujnik uprox3-IOL może pracować nie tylko w trybie IO-Link, ale również, w specjalnych przypadkach detekcji, w trybie standardowych I/O. Dzięki temu oraz wykorzystaniu funkcji opóźnienia wyłączenia można zrealizować np. kontrolę prędkości obrotowej. Czujnik jest włączony na czas pojedynczego obrotu.

Po tym czasie czujnik jest reaktywowany i obiekt powinien się ponownie pojawić przed urządzeniem. Jeżeli tak się nie stanie, wyjście czujnika zostanie wyłączone i użytkownik zdobywa informację, że prędkość nie jest już odpowiednia. Ponadto, dzięki dzielnikowi impulsów czujnik może przekazać do sterownika jeden impuls na każde 128.

TRYB IO-LINK DO ZADAŃ IDENTYFIKACJI

W trybie IO-Link czujnik uprox3-IOL współpracuje z masterem IO-Link. Część przekazywanych przez czujnik bajtów można wykorzystać do zadań jego identyfikacji. W takim wypadku uprox3 wykorzystuje drugi bajt (zawierający dane charakterystyczne dla danej aplikacji) 16-bitowego sygnału IO-Link jako numer identyfikacyjny.

Dzięki temu możliwa jest automatyczna identyfikacja urządzenia, w którym został zabudowany czujnik zbliżeniowy. Cały proces nie wymaga dodatkowej operacji, tylko odbywa się w ramach standardowej cyklicznej wymiany danych IO-Link. W razie potrzeby komunikacja IO-Link może zostać wykorzystana do odczytu kompleksowych informacji na temat ID urządzenia i tym samym aplikacji.

ZINTEGROWANA KONTROLA TEMPERATURY

Czujniki uprox3 podczas cyklicznej wymiany danych udostępniają również informację, czy temperatura pracy znajduje się powyżej lub poniżej zakresu - również w odniesieniu do wymagań użytkownika. Dokładna wartość pochodząca ze zintegrowanego czujnika pomiarowego może być przekazywana do sterownika wraz z acyklicznymi informacjami. Dzięki zintegrowanej funkcji monitorowania temperatury możliwa staje się predykcyjna kontrola stanu zużycia, czyli wczesne wykrywanie nieprawidłowości w pracy, np. problemów z chłodzeniem.

ZYSKI UŻYTKOWNIKA

Rys. 2. Dzięki interfejsowi IO-Link każdy z czujników uprox3 może być indywidualnie identyfikowany

Różne konfiguracje dają możliwość zmniejszenia liczby zastosowanych w aplikacji typów czujników, co powoduje redukcję kosztów na etapie kompletacji i magazynowania. W przyszłości możliwe będzie zamówienie jednego uniwersalnego czujnika, który za pomocą IO-Link będzie mógł być zaprogramowany zgodnie z wymaganiami aplikacji. Wersja IO-Link jest tylko nieznacznie droższa od zwykłego czujnika uprox3.

Przy czym dla użytkownika zintegrowana funkcja identyfikacji może być w przyszłości tanią nie wymagającą praktycznie żadnych prac, alternatywą dla systemów opartych o RFID czy kody kreskowe. Seria uprox3-IOL jest aktualnie dostępna w obudowach M12 i M18 w dwóch wersjach: mosiężnej chromowanej oraz pokrytej PTFE do aplikacji spawalniczych.

PIERWSZY BEZKONTAKTOWY ENKODER Z IO-LINK

Dzięki interfejsowi IO-Link absolutny enkoder firmy Turck serii QR24-IOL oferuje podobne zalety. Nowa wersja czujnika QR24 jest pierwszym bezkontaktowym enkoderem z wyjściem IO-Link. Wcześniejsze wersje stosowały ten interfejs tylko do ustawiania parametrów pracy. Wykorzystanie IO-Link również do wymiany danych, jak ma to miejsce w przypadku enkodera QR24 i laserowego czujnika odległości Q4X przynosi użytkownikowi konkretne oszczędności.

Można nareszcie zrezygnować z drogich, ekranowanych przewodów z przeplotem wymaganych przy przesyłaniu sygnałów analogowych. Interfejs IO-Link wymaga zastosowania standardowych i niedrogich przewodów 3-żyłowych. Odnosi się to również do enkodera QR24-IOL firmy Turck. W wyniku tego czujnik w tym wykonaniu jest znacznie tańszy od wersji analogowej, SSI czy z innym interfejsem cyfrowym.

DOWOLNIE USTAWIANY PUNKT ZERO

Obok zalet ekonomicznych enkoder QR24-IOL ma również inne korzystne cechy. Użytkownik może np. zgodnie z wymaganiami, samodzielnie ustawić punkt zerowy. Bez tej funkcji często niezbędne są kompromisy na etapie montażu i uruchomienia.

W efekcie podłączenie mogłoby być utrudnione a diagnostyczne diody LED kompletnie niewidoczne. Ewentualnie enkoder mógłby być podłączony bez odpowiednio ustawionego punktu zerowego. Jednak w takim wypadku istnieje konieczność uwzględnienia w sterowniku odpowiedniego współczynnika korekcji.

DOWOLNIE USTAWIANY PUNKT ZEROWY W ENKODERZE

Fot. 1. Parametryzacja za pomocą IO-Link jest szczególnie przydatna, gdy czujnik Q4X znajduje się w trudno dostępnym miejscu

QR24-IOL eliminuje oba wyżej wymienione kłopotliwe rozwiązania. Orientacja enkodera może być także swobodnie wybrana - zgodnie z kierunkiem wskazówek zegara lub przeciwnie (CW lub CCW).

WSKAZANIA DIOD LED STANU

Enkoder serii QR24-IOL umożliwia również predykcyjną kontrolę stanu. Obok 16 bitów sygnałowych czujnik przesyła również 3 bajty stanu, które zwiększają pokrycie diagnostyczne i wskazują, czy element pozycjonujący jest poprawnie wykrywany, czy nie, lub znajduje się w strefie granicznej.

Informacje te można pozyskać za pośrednictwem sterownika wystarczająco wcześnie, aby zapobiec uszkodzeniu urządzenia i wystąpieniu błędu. Dane te są również przekazywane przez diody LED znajdujące się na enkoderze, co umożliwia zdiagnozowanie sytuacji na obiekcie i przeprowadzenie poprawnego montażu.

LASEROWY CZUJNIK ODLEGŁOŚCI SERII Q4X

Partner firmy Turck, producent komponentów fotoelektrycznych, firma Banner Engineering również wspiera rozwój produktów IO-Link. W wyniku tego w ofercie pojawił się laserowy czujnik odległości Q4X wyposażony w ten interfejs. Jest to również pierwsze urządzenie oferujące dwa tryby pracy, które dotychczas były dostępne w osobnych czujnikach: wykrywanie kontrastu oraz ustawiane odcięcie tła.

Za pomocą IO-Link użytkownik może wybrać tryb pracy (np. praca w oknie, odcięcie tła lub przedpola), jak również predyktywną kontrolę stanu za pośrednictwem wyświetlacza lub interfejsu IO-Link. Ponadto interfejs komunikacyjny znacznie ułatwia proces konfiguracji czujnika zamontowanego w trudno dostępnym miejscu.

NASTAWA PARAMETRÓW PODCZAS WYMIANY URZĄDZENIA

Fot. 2. Czujnik QR24 w wersji IO-Link pracuje niezawodnie wykorzystując tani, standardowy przewód 3-żyłowy

Zalety płynące z nastawy parametrów są w szczególności powiązane z interfejsem IO-Link w wersji 1.1. Jest on obsługiwany przez wszystkie nowe czujniki firmy Turck. W przypadku zaistnienia potrzeby wymiany master IO-Link kopiuje wszystkie parametry do nowego urządzenia.

Pracownicy nie potrzebują żadnego dodatkowego szkolenia w tym zakresie. Praca jest kontynuowana bez przestojów. Szczególnie w przypadku nieoczekiwanych awarii funkcja ta w efekcie przynosi redukcję kosztów wynikających ze skrócenia nieplanowanych przestojów.

EKSPERCKI SYSTEM IO-LINK

Użytkownicy wykorzystujący interfejs IO-Link do wymiany danych mogą korzystać z wieloletniego doświadczenia firmy Turck, która zintegrowała opcje nastaw urządzeń IO-Link w pliku GSDML dla mastera stacji TBEN-S. W ten sposób uzyskano znaczne uproszczenie procesu nastaw za pomocą PLC.

Po odczytaniu pliku GSDML z poziomu oprogramowania inżynierskiego (TIA Portal lub inne) za pośrednictwem odpowiednich portów można uzyskać dostęp do dowolnego urządzenia firmy Turck. W takiej sytuacji zbędne stało się zarówno indywidualne programowanie z PC, jak i ręczne wpisywanie danych z poziomu.

IO-LINK ZA POMOCĄ STEROWNIKA

Jest to przyjazne użytkownikowi rozwiązanie do integracji urządzeń IO-Link. Podczas wyświetlania zaawansowanych funkcji w programie TIA Portal, wszystkie wyspecyfikowane funkcje są wyszarzone. Inne parametry można wybrać poprzez rozwijane menu. Integracja za pomocą plików IODD również upraszcza tworzenie dokumentacji i uruchamianie maszyn.

Jeżeli urządzenie zostanie podłączone do niewłaściwego wejścia, jest to wykrywane przez sterownik - również gdy ma to miejsce później. Wszelkie błędy powstałe podczas uruchamiania czy serwisowania mogą zostać szybko wykryte. Od czasu zwiększenia dostępności czujników w trakcie pracy również diagnostyka stała się prostsza.

Turck
www.turck.pl