IO-Link: USB dla czujników

Nowoczesne czujniki zawierają mikrosterowniki i mają coraz bardziej złożone funkcje, tak więc wzrasta liczba regulowanych parametrów. Zadania parametryzacji nie mogą być rozwiązane w zadowalający sposób za pomocą standardowych elementów nastawczych lub wyświetlających, takich jak potencjometry, przełączniki membranowe lub wyświetlacze LCD. Po pierwsze, po zainstalowaniu elementy te są często trudno dostępne, a po drugie, wartości nastaw są zapisane tylko w czujniku. Jeśli element jest wymieniony, parametryzację należy przeprowadzić ponownie.

Alternatywą dla przewodowych elementów parametryzacji jest dodatkowy interfejs podłączony do komputera. Wygodny interfejs użytkownika może być stworzony za pomocą specjalnego oprogramowania. Wadą jest dodatkowy koszt i przestrzeń zajmowana przez interfejs parametryzacji przy czujniku oraz nieustandaryzowana transmisja danych do zewnętrznego komputera. Własne protokoły i specjalne programy są zazwyczaj stosowane na miejscu, nie ma więc rozwiązania uwzględniającego wszystkich producentów. Kolejnym wyzwaniem związanym z czujnikami jest różnorodność interfejsów wymaganych przez użytkowników, które są wymuszane przez różne typy czujników. Sygnały analogowe generują dodatkowe koszty, ponieważ na ogół do ich przesyłania konieczne są ekranowane kable.

Protokół IO-Link

IO-Link jest odpowiedzią na wspomniane wcześniej wyzwania. Protokół został zdefiniowany przez konsorcjum producentów automatyki przemysłowej, a obecnie (stan na początek 2016 r.) już ponad 100 firm jest członkami grupy IO-Link. Protokół transmisji jest znormalizowany (IEC 61131-9) i opisuje pełną cyfrową transmisję wszystkich danych cyklicznych i niecyklicznych do i z urządzeń. Właściwości urządzeń IO-Link są zdefiniowane w pliku XML jako IODD (IO Device Description). Dla każdego typu urządzenia istnieje jeden plik, który może zawierać wiele wersji językowych.

Szereg narzędzi inżynierskich ułatwia konfigurację. Narzędzia te są oparte na IODD i mogą być aktualizowane. Pełna kompatybilność jest osiągana przy użyciu standardowego okablowania określonego w DIN EN 60947-5-2
oraz trybu SIO, w których IO-Link zachowuje się jak zwykłe urządzenie. Istnieje zatem wiele zalet czujników IO-Link, np. możliwości konfiguracyjne, umożliwiające odwzorowanie różnych typów urządzeń za pomocą parametryzacji w trybie off-line, a tym samym znaczne zmniejszenie poziomu różnorodności.

W trybie IO-Link urządzenia mogą być programowane w całości po stronie sterowania. Ustawienia są przechowywane centralnie, co umożliwia systematyczne tworzenie zapasowych kopii danych, a także automatyczny import po wymianie elementu. W pełni cyfrowa transmisja danych pomiarów czujników oznacza, że do połączeń mogą być wykorzystywane również standardowe kable.

Rodzina czujników optycznych R10x

Podobnie jak wszyscy renomowani producenci czujników, firma Pepperl+Fuchs widzi tyle istotnych zalet w IO-Link, że wszystkie nowe rozwiązania są konsekwentnie wyposażane w ten interfejs. Rodzinę R10x – platformę standardowych czujników fotoelektrycznych – można przytoczyć jako przykład generacji Technologii Czujników 4.0. Skupiają one w różnych obudowach wszystkie funkcje fotoelektryczne z maksymalną wydajnością. Łączność IO-Link została zintegrowana we wszystkich czujnikach z rodziny produktów R100, R101 i R103.

SmartBridge

Opracowana przez Pepperl+Fuchs inteligentna technologia umożliwia stosowanie IO-Link w urządzeniach mobilnych, przekształcając je w wygodne mobilne jednostki. System składa się z interfejsu i aplikacji dla urządzeń mobilnych. Standardowe złącza M12 umożliwiają podłączenie kompaktowego interfejsu Bluetooth IO-Link bezpośrednio do zasilania czujników, tworząc dodatkowy kanał transmisji bezprzewodowej.

Interfejs IO-Link ma dwa tryby pracy. W trybie „Monitor” ruch danych pomiędzy masterem IO-Link i czujnikiem jest wykorzystany bez możliwości obróbki, a interfejs nie jest widoczny dla mastera w układzie sterowania maszyny. W trybie „Master” interfejs SmartBridge działa jako master IO-Link. W tym trybie pracy wszystkie parametry urządzenia IO-Link mogą być nie tylko wyświetlane, ale też modyfikowane.

W interfejs wbudowane są również gniazdo karty mikroSD i port USB. Ruch danych w IO-Link, wraz ze znacznikami czasu w rozdzielczości mikrosekund, mogą być przez dłuższy czas zapisywane na karcie pamięci w celu późniejszej weryfikacji, bez podłączenia do urządzenia mobilnego. Umożliwia to określanie i analizowanie przyczyny usterek.

Aplikacja SmartBridge, dostępna dla urządzeń z systemami operacyjnymi iOS i Android, tworzy wygodny interfejs, umożliwiając dostęp do wszystkich parametrów i danych. Przejrzysty tabelaryczny widok i graficzna prezentacja danych procesowych ułatwiają pracę.

IODD i plik graficznego opisu urządzenia IO-Link są wykorzystywane w strukturze interfejsu użytkownika. Te specyficzne pliki są automatycznie aktualizowane, dzięki czemu aplikacja SmartBridge pozostaje użyteczna również dla przyszłych urządzeń IO-Link.

Przemysł 4.0

Możliwości komunikacyjne wszystkich elementów są istotną cechą Przemysłu 4.0. W przypadku urządzeń takich jak czujniki komunikacja może następować bezpośrednio nie tylko z jednostki sterującej na wyższym poziomie, ale także z innych urządzeń należących do systemu, niezależnie od marki.

IO-Link spełnia wszystkie wymagania interfejsu dla inteligentnych urządzeń w odniesieniu do Przemysłu 4.0 i jest technologią sprawdzoną. Pełna dwukierunkowa wymiana danych jest możliwa pod warunkiem całkowitej kompatybilności wstecznej. Nie bez powodu IO-Link jest czasem określany także jako „USB dla automatyki”, gdyż może zastąpić całą gamę interfejsów na poziomie pola i dokonać podłączenia czujników oraz elementów wykonawczych do kontrolerów i bramek.

IO-Link umożliwia także przesył sygnałów diagnostycznych z urządzeń polowych bez dodatkowych nakładów. Monitorowanie stanu może być zatem realizowane w bardzo prosty sposób. Przyszłość już się rozpoczęła! 

PEPPERL+FUCHS Sp. z o.o.
ul. Owsiana 12, 03-825 Warszawa
tel. 22 256 97 70, fax 22 256 97 73
e-mail: info@pl.pepperl-fuchs.com
www.pepperl-fuchs.pl

źródło: Automatyka 11/2016