Planowanie z wyprzedzeniem

Sieć IO-Link w ciągu ostatnich lat zyskała popularność w aplikacjach przemysłowych. Liczba urządzeń IO-Link w 2014 roku wynosiła 2,19 miliona, natomiast w 2016 wzrosła już do 5,3 miliona. Jako standard komunikacji cyfrowej, IO-Link został zaprojektowany tak, by być ostatnim ogniwem w łańcuchu komponentów inteligentnej fabryki.

Wielu użytkowników kojarzy tę technologię jedynie jako rozwiązanie dla przyszłych aplikacji, w których wymagane będzie zastąpienie podstawowych czujników zbliżeniowych bardzo drogimi nowymi wariantami. W większości wypadków nie jest to prawdą.

Dodatkowo nie każdy element sieci IO-Link musi mieć ten interfejs. Należy pamiętać, że zastosowanie rozwiązań IO-Link przede wszystkim redukuje koszty aplikacji, a dopiero później może służyć jako podstawa dla innowacyjnej koncepcji Przemysłu 4.0.

ROZWIĄZANIE CYFROWE ZAMIAST ANALOGOWEGO

Fot. 1. Firma Turck wspiera swoich klientów na drodze do realizacji koncepcji Przemysłu 4.0, oferując rozbudowaną ofertę urządzeń IO-Link

Automatyka wykorzystuje parametry analogowe. Sygnały cyfrowe wymagają w znacznym stopniu mniejszej przepustowości niż sygnały analogowe, będąc przy tym bardziej niezawodnym rozwiązaniem.

IO-Link oferuje dwukierunkową komunikację od punktu do punktu z prędkością 230,4 kB, korzystając przy tym ze standardowych nieekranowanych przewodów sygnałowych i oferuje tańsze rozwiązania niż ich analogowe odpowiedniki. To przekłada się na oszczędności związane nie tylko z samym czujnikiem, ale także i okablowaniem.

Dodatkową korzyścią jest fakt, że kanały masterów IO-Link są w pełni kompatybilne z konwencjonalnymi rozwiązaniami binarnymi w przeciwieństwie do czujników analogowych.

Firma Turck wspiera ideę IO-Link od samego początku jej istnienia, dzięki czemu dziś posiada jedno z najbardziej wszechstronnych portfolio produktów z IO-Link, począwszy od licznych czujników i komponentów połączeniowych po systemy sieciowe, w tym systemy Ethernet I/O z masterami IO-Link w stopniu ochrony IP20 i IP67.

OD MODUŁÓW PASYWNYCH PO ETHERNET I IO-LINK

W większości aplikacji binarne sygnały I/O (na przykład z czujników indukcyjnych) są najczęściej wykorzystywanym typem sygnałów. Nawet dziś są one zbierane i przesyłane dalej za pomocą koncentratorów pasywnych (IP67) za pomocą wielożyłowego przewodu do szaf sterowniczych lub zdecentralizowanych modułów I/O (IP20).

Aby obniżyć koszty urządzeń oraz okablowania, nowoczesne rozwiązania korzystają z aktywnych zdecentralizowanych modułów I/O (IP67) znajdujących się na obiekcie. Mogą one zbierać sygnały z urządzenia tak blisko, jak to tylko możliwe oraz przesyłać je bezpośrednio do urządzeń nadrzędnych, przy pośrednictwie przemysłowej sieci Ethernet.

Eliminuje to konieczność korzystania z modułów znajdujących się w szafie sterowniczej, która dzięki temu może być mniejsza. IO-Link może także obniżyć koszty w aplikacjach o dużej liczbie I/O. Tak zwane koncentratory I/O umożliwiają przesłanie do 16 sygnałów przez IO-Link.

Mastery IO-Link z czterema lub ośmioma portami zbierają dane w strefie do 20 metrów i przesyłają je dalej do urządzenia nadrzędnego za pomocą przewodu Ethernet.

Przy takim rozwiązaniu użytkownik oszczędza 3 razy: koncentratory I/O są tańsze niż sieciowe, zamiast ekranowanych przewodów Ethernet stosuje się zwykle nieekranowane przewody sygnałowe, a jako że IO-Link wymaga jednego przewodu do transmisji danych i zasilania, nie ma potrzeby stosowania oddzielnych przewodów zasilających. Kolejną korzyścią jest fakt, że adresy IP są wymagane jedynie dla masterów IO-Link, a nie dla każdego modułu z osobna.

Z SIŁOWNIKAMI DO SYSTEMU IO-LINK

Przez długi czas uważano, że wszelkie inteligentne urządzenia wykonawcze lub czujniki będą oparte na technologii Ethernet. Jednakże obecne doświadczenie i praktyka inżynierska wskazują na ograniczenia tej sieci. Ethernet, przy prędkości transferu danych od 100 Mbit/s aż do 1 Gbit/s oraz z minimalnym rozmiarem ramki 64 bajty, jest po prostu za duży dla wielu urządzeń.

Interfejs Ethernet jest również stosunkowo drogi i wytwarza sporo ciepła. IO-Link jest idealny do wypełnienia tej luki zachowując bardzo dobry stosunek korzyści do kosztów. Jednym z najbardziej znanych przykładów urządzeń obiektowych z interfejsem IO-Link są wyspy zaworowe.

Wszyscy ich producenci posiadają aktualnie w swojej ofercie wykonania z interfejsem IO-Link. Skomplikowane, wielopinowe złącza D-Sub zostały zastąpione niedrogimi standardowymi rozwiązaniami. Innymi przykładami urządzeń wykorzystującymi IO-Link mogą być: chwytaki, silniki, przetwornice częstotliwości oraz koncentratory I/O.

Master TBEN-L-8IOL firmy Turck został specjalnie zoptymalizowany pod kątem aplikacji wykorzystujących siłowniki. Najczęściej wykorzystywanymi przez użytkowników możliwościami IO-Link są wskaźniki stanu.

Połączenie klasycznych kolumn świetlnych z więcej niż dwoma segmentami za pomocą przewodów wielożyłowych było niewygodne i często skomplikowane.

Jednak kolumny LED z interfejsem IO-Link z konfigurowalnymi kolorami poszczególnych segmentów, sygnałem dźwiękowym oraz kilkoma dodatkowymi funkcjami mogą zostać w bardzo prosty sposób podłączone za pomocą standardowego przewodu. Przykładem może tutaj być kolumna świetlna serii TL50 dostępna w wersji IO-Link.

INTEGRACJA W SYSTEMACH NADRZĘDNYCH

Fot. 2. Seria TL50 to kolumny świetlne programowalne za pomocą IO-Link - zapewniają szybkie i proste ustawienie parametrów pracy dla wersji wielosegmentowych

Dostępne są różne opcje konfiguracji i integracji w systemach nadrzędnych. Za pomocą narzędzi konfiguracyjnych urządzenia można sparametryzować za pośrednictwem masterów IO-Link, masterów USB lub adapterów USB.

Jako alternatywę możemy wykorzystać bloki funkcyjne w sterowniku. To daje nam możliwość zmiany działania urządzenia za pomocą zmiany profilu przy użyciu mastera. Właściwości sieci nadrzędnych takich, jak Profinet lub EtherNet/IP, nie pozwalają producentom na niezależną konfigurację urządzeń IO-Link bezpośrednio z systemu.

Jednakże od czerwca 2017 roku widać poprawę tej sytuacji. Mastery IO-Link serii TBEN-L i TBEN-S z prostą funkcją integracji urządzeń IO-Link już dziś oferują możliwość integracji urządzeń firmy Turck i Banner w trybie Plug & Play. Firma Turck oferuje pliki GSDML dla wszystkich swoich urządzeń z IO-Link. Pozwala to na pracę z nimi w środowisku TIA Portal.

KORZYŚCI FINANSOWE PŁYNĄCE Z KOMPLETNEGO SYSTEMU

Jeśli przejście na IO-Link jest konieczne ze względu na pojedynczy komponent, mastery IO-Link mogą być postrzegane jako zbyt drogie. Jeżeli jednak weźmiemy pod uwagę system jako integralną całość oraz rozpatrzymy korzyści płynące z użycia urządzeń IO-Link, zwrócimy uwagę, że dzięki temu możemy sporo zaoszczędzić.

Korzyści te nie są widoczne od razu, będą one widoczne dopiero, gdy uwzględnimy czas montażu oraz koszty związane z okablowaniem. Istotną zaletą jest również możliwość przesłania pełnej konfiguracji ze sterownika np. w przypadku uszkodzenia czujnika.

Możliwości masterów IO-Link to podstawa inteligentnych rozwiązań przyszłości. Unikalną cechą masterów I/O Link jest funkcja Multiprotocol. Dzięki niej moduły sieci Ethernet firmy Turck mają możliwość komunikacji za pomocą dowolnego protokołu: Modbus TCP, EtherNet/IP oraz PROFINET.

Daje to możliwość elastycznej komunikacji z nadrzędnymi systemami zgodnymi z koncepcją Przemysłu 4.0 takich, jak SAP PCo, Microsoft Azure lub IBM Bluemix.

PERSPEKTYWY

Obecne portfolio produktów IO-Link firmy Turck oferuje użytkownikowi możliwość implementacji ekonomicznych i kompletnych systemów. Najnowsze działania użytkowników sieci IO-Link wskazują także, że istnieje możliwość wdrożenia tej sieci w przyszłych systemach bezpieczeństwa, a także połączenie z nadrzędnymi systemami Przemysłu 4.0.

Turck