Industrie 4.0
26.08.2015

Expert Talk: IO-Link im Fokus

IO-Link hat sich mittlerweile als „letzter Meter“ bei den Maschinen- und Anlagenbauern etabliert. Wie sehen Experten nun die weitere Zukunft des Standards – auch vor dem Hintergrund des Fortschreitens von Industrie 4.0 – was sind ihre Produkt-Highlights und welches ihre Entwicklungsschwerpunkte? Vertreter von Balluff, Baumer Electric, Leuze Electronic und Sick geben Auskunft.

Beim induktiven Näherungssensor IMB von Sick kann der Anlagenbetreiber die Prozessdaten auslesen und über IO-Link die korrekte Funktion des Sensors dauerhaft überwachen (Bild: Sick)

In den letzten beiden Jahren hat sich nach Angaben von PI (Profibus & Profinet International) die Zahl der installierten IO-Link-Knoten auf 2,19 Mio. (Stand Ende 2014) mehr als verdreifacht. Verhalten sich die Absatzzahlen bei den vier Sensorherstellern ähnlich, und wie erklären sie sich diesen plötzlichen Anstieg?

„Die stark wachsende Nachfrage bestätigt unsere IO-Link-Strategie“, sagt Dr. Elmar Büchler (Bild links), Industriemanager bei der Balluff GmbH. Dies ist aus seiner Sicht kein Zufall, denn der Kommunikationsstandard IO-Link biete eine Vielzahl von einzigartigen Vorteilen. „Diese erstrecken sich über alle Phasen eines Anlagen- bzw. Maschinenlebenszyklus – vom Engineering und der Inbetriebnahme über den Betrieb bis hin zur Instandhaltung“, erklärt er. Dem fügt Dr. Al­brecht Pfeil, Head of Product Center Binary Switching Sensors bei Leuze Electronic, an: „Gerade bei Sensoren, die mehr Informationen bereitstellen als ein Schalt-Bit, zum Beispiel distanzmessende Sensoren, liegt die IO-Link-Schnittstelle auf der Hand. So bietet sie unseren Kunden sowohl in puncto Genauigkeit als auch wirtschaftlich Vorteile.“ Ebenfalls Vorteile biete IO-Link zudem bei Sensoren mit mehr Parametriermöglichkeiten, wie Kon­trasttastern, weil dadurch eine komfortable Bedienung aus der Steuerung heraus möglich sei. „Bei dieser Art von Sensoren ist die Nutzung von IO-Link besonders naheliegend“, sagt Dr. A. Pfeil. Ferner verweist er darauf, dass viele Maschinenbauer mittlerweile erste IO-Link-Installationen realisiert und diese standardisierte serielle Schnittstelle schätzen gelernt hätten. „Zur weiter steigenden Akzeptanz der Technologie trägt natürlich auch die zunehmende Anzahl an Referenzanlagen bei, allen voran in der Verpackungsindustrie, in der Holzverarbeitung sowie in der fertigungsnahen Prozessautomation“, bekräftigt Thomas Blümcke (Bild rechts), Divi­sionsleiter Presence Detection bei Sick. Dabei zeichnet sich aus seiner Sicht eine zunehmende Marktdurchdringung von IO-Link ab.  „Auch wir sehen, dass sich IO-Link als der herstellerübergreifende Standard etabliert hat, um individuell und einfach die Kommunikation mit den Feldgeräten in Anlagen zu implementieren. Schließlich resultiert daraus nicht zuletzt auch eine hohe Investitionssicherheit für die Anwender“, pflichtet ihm Dr. Volker Engels, Head of Product Management Sensor Solutions bei der Baumer Electric AG, bei. Dies führt er als einen Grund für den im letzten Jahr deutlich gestiegenen Absatzes der Produkte mit IO-Link-Funktion im eigenen Unternehmen an. Und auch für die kommenden Jahre geht er von einem weiteren Wachstum aus: „Nach unserer Markteinschätzung liegt der Anteil von IO-Link-fähigen Produkten aktuell noch unter 5 % am Gesamtmarkt. Deshalb rechnen wir mit einem weiter dynamischen Anstieg der IO-Link-Zahlen“, begründet Dr. V. Engels seine Aussage und fügt an: „Das Potenzial ist noch sehr groß, gerade weil auch Themen wie Industrie 4.0 mit flexibleren Automatisierungskonzepten und effizienteren Betriebs- und Wartungsprozessen nach den IO-Link-Funktionen verlangen“.

„Aller Voraussicht nach können wir dieses Jahr wieder mit einer Verdoppelung der installierten IO-Link-Knoten rechnen“, meint Dr. E. Büchler. Dabei geht auch er davon aus, dass dieser Trend durch die dynamischen Entwicklungen im Zusammenhang mit Industrie 4.0 unterstützt wird. „Zur Umsetzung dieser Herausforderungen benötigen unsere Kunden intelligente, kommunikationsfähige Sensoren und Aktoren, sprich IO-Link“, sagt er. „Die Industrie-4.0-Diskussion und der damit verbundene Wunsch der Einbindung der Sensoren aus der untersten Ebene fördern natürlich die IO-Link-Nachfrage“, ist die Überzeugung von T. Blümcke. „Wir beobachten insgesamt einen enormen Bedarf an kommunikationsfähigen Sensoren für Industrie-4.0-taugliche Fertigungs- und Logistikkonzepte. Das gilt für höherwertige Sensoren mit Industrial-Ethernet-Schnittstellen wie auch für einfache Sensoren mit IO-Link-Schnittstelle.“ Die Zahl der Anfragen und Projekte mit IO-Link-fähigen Sensoren gibt er dabei mit „weiter stark steigend“ an.

„Die Nachfrage nach IO-Link-Sensoren hat auch bei uns sehr deutlich zugenommen und auch wir gehen für die nächsten Jahre mit einem weiterhin signifikanten Wachstum aus“, berichtet Dr. A. Pfeil (Bild rechts). Als treibende Faktoren lenkt er den Blick auf Themen, wie Ferndiagnose und größere Transparenz der Sensorik. „Einen weiteren Anschub wird IO-Link durch die externe Datenhaltung bekommen, die ab Version 1.1 enthalten ist und die einen Sensortausch ohne erneuter Parametrierung ermöglicht“, ist er überzeugt. Parallel weist er darauf hin, dass Leuze Electronic dies in sehr vielen Sensoren bereits umgesetzt habe.

IO-Link für alle Sensortypen?

Das klingt nach einer rosigen Zukunft für den Kommunikationsstandard. Doch wie verbreitet ist die Schnittstelle mittlerweile innerhalb des eigenen Portfolios? So war es die anfängliche Strategie vieler Sensorhersteller, lediglich die höherwertigen Sensoren mit IO-Link-Schnittstelle auszustatten!?

„Auch wir hatten zunächst unsere komplexeren Sensoren mit der IO-Link-Schnittstelle ausgestattet“, sagt Dr. A. Pfeil und begründet: „Hier haben wir kurzfristig den größten Kundennutzen gesehen und hier verfügen wir aktuell auch über die meisten Installationen“. Parallel habe Leuze Electronic die IO-Link-Schnittstelle nun in ein Sensor-Asic integriert. „Somit können wir Schritt für Schritt unser gesamtes Standardportfolio mit IO-Link anbieten.“

„Balluff hat sich von Anfang an bewusst beim Einsatz von IO-Link nicht auf bestimmte, zum Beispiel höherwertige Sensoren, beschränkt. Deshalb sind Lösungen mit IO-Link-Schnittstelle seit Beginn in unserem gesamten Produkt- und Systemportfolio stark vertreten“, informiert Dr. E. Büchler. „Für viele sind es vor allem die zahlreichen Vorteile bei der Installation, die für den flächendeckenden Einsatz von IO-Link sprechen. Deshalb werden wir – wenn immer möglich – alle unsere Produkte und Systeme auch mit einer IO-Link-Schnittstelle anbieten“, ist Dr. E. Büchler überzeugt.

„Es ist auch die Strategie von Sick, IO-Link als Kommunikationskanal für eine große Breite an Sensoren – von messenden Systemen im Abstandsbereich bis hin zu einfachen Detektionsaufgaben in optischen oder induktiven Technologien – einzusetzen“, erklärt T. Blümcke und konkretisiert: „Seit mehr als einem Jahr führen wir alle neuen Sensoren, die klassischerweise Analog- und Digital-Ausgang hatten, auch als IO-Link-Gerät ein.“

Ferner verweist er darauf, dass die Sick-Sensoren große Datenmengen erfassen, diese „intelligent“ auswerten und für überlagerte Systeme oder andere Kommunikationspartner bereitstellen würden. „Das Zusammenspiel der Maschine mit intelligenter Sensorik und Nutzung der Kommunikation sowie Integration sorgt für mehr Transparenz und wird so den weiter steigenden Anforderungen von Kunden gerecht“, ist seine Überzeugung.

„Baumer hat schon vor geraumer Zeit begonnen, auch seine Volumenmarkt-Sensoren mit leistungsfähigen Prozessorplattformen auszustatten. Alle neuen Sensoren auf dieser Basis können wir bereits heute standardmäßig mit integrierter IO-Link-Funktion anbieten“, informiert Dr. V. Engels (Bild links). Er schränkt aber auch ein, dass IO-Link nicht für alle Anwender relevant sei. Deshalb meint er: „Wir richten unser Angebot klar am Bedarf aus und bieten auch Sensoren ohne IO-Link an. Entscheidend ist der Kunde!“

Nach einer konkreten Prozentzahl für Sensoren mit IO-Link-Schnittstelle gefragt, sagt Dr. V. Engels: „In der Zwischenzeit sind mehr als 20 % unserer Sensoren mit IO-Link-Schnittstelle ausgestattet“. Mit Blick auf die Zukunft merkt er ferner an: „Dieser Anteil steigt stetig, da wir mit innovativen Produkteinführungen auch in diesem Jahr wieder viele neue Produkte mit IO-Link auf den Markt bringen.“

Das bestätigt auch Dr. A. Pfeil  und benennt zugleich die nächste Innovation von Leuze Electronic: „In Kürze werden wir Refle­xions-Lichtschranken mit umfangreichen Diagnose- und Parametrierfunktionen per IO-Link auf den Markt bringen.“ Mit Blick auf das aktuelle Leuze-Electronic-Portfolio erklärt er: „Die einfacheren, parame­trierbaren Sensoren, wie Distanzmesser, Kon­trasttaster oder faseroptische Sensoren, bieten wir schon jetzt fast durchgängig mit IO-Link-Schnittstelle an. Bei Standardsensoren haben wir aktuell Taster im Programm, die über IO-Link eingestellt und dia­gnostiziert werden können.“

„Unsere jüngste Innovation ist ein induktiver IO-Link-Sensor mit einstellbarem Schaltabstand“, sagt Dr. E. Büchler. Für das bestehende Balluff-Portfolio erklärt er: „Wie bereits erwähnt, sind Lösungen mit IO-Link-Schnittstelle in unserem gesamten Produkt- und Systemportfolio breit vertreten“. Dies beträfe unter anderem alle Sensoren zur Objekterkennung (optisch, induktiv, magnetisch, kapazitiv, Ultraschall und mechanisch), zur Identifikation (RFID), Weg- und Abstandsmessung, Drucksensorik, Füllstandssensorik, Netzteile, E/A-Module und Netzwerktechnik.

Die Top-2-IO-Link-Produkte

Nachdem nun offensichtlich jeder der Hersteller mittlerweile über ein breites IO-Link-Portfolio verfügt, wäre es interessant, die Highlights jedes einzelnen Herstellers aus eigener Sicht zu erfahren.

„Unsere neu eingeführte Induktivbaureihe IMB – so zu sagen ein ,Sensor für alles‘ – ist nicht nur härter im Nehmen, sondern durch die optionale Kommunikation über IO-Link auch intelligenter im Geben“, benennt T. Blümcke sein Sick-Highlight-Produkt. Bei diesem kann der Betreiber die Prozessdaten auslesen und über IO-Link die korrekte Funktion des Sensors dauerhaft überwachen. Außerdem bietet die Kommunikation per IO-Link die Möglichkeit, Parameter wie die Ausgangsfunktion zu ändern (Schließer/Öffner) oder eine Ein- oder Ausschaltverzögerung zu konfigurieren.

„Ein zweites tolles Produkt ist unser ,PowerProx‘, bei dem zum Beispiel über IO-Link bis zu acht Schaltpunkte definiert und der Distanzwert ausgelesen werden können. Dadurch ist die Überprüfung mehrerer Greifpunkte eines Roboters oder mehrfachtiefer Fächer in der Logistik einfach zu realisieren“, sagt T. Blümcke. Außerdem lassen sich mit dem Sensor Regelaufgaben wie die Durchgangskontrolle in der Druckindustrie effizient und einfach umsetzen. „Darüber hinaus unterstützt die Visualisierung der ,Sensorsicht‘ auf dem HMI die Feineinstellung und Überwachung des Systems sowie die Parametereinstellung im Live-Betrieb“, gibt er als weitere besondere Eigenschaft an.

Für Dr. E. Büchler stellt die IO-Link-Smart-Light ein sowohl optisches als auch funktionales Highlight innerhalb der Balluff-IO-Link-Welt dar. „Die Signalleuchte bietet fast unbegrenzte Möglichkeiten, um Maschinen- und Anlagenzustände intelligent und dynamisch zu visualisieren“, stellt er heraus. Damit sei sie auch ein anschauliches Beispiel für die zahlreichen Vorteile eines IO-Link-Systems und Motiva­tion für viele Kunden, sich für ein IO-Link-Gesamtsystem zu entscheiden.
Als Top-2-Produkt führt er die Netzgeräte Heartbeat an. Mit ihrer Monitoring-Funktion informieren sie den Nutzer permanent über den betriebsinternen Zustand.

Balluff bietet seit Neustem einen induktiven IO-Link-Sensor mit einstellbarem Schaltabstand an. Ideal eingesetzt ist der neue Sensor überall dort, wo Maschinenschäden vermieden und Abstandswerte fernüberwacht werden sollen

 

Sie unterstützen ganz im Sinne von Indus­trie 4.0 das Condition Monitoring, also die vorbeugende Instandhaltung, was sich in einer gesteigerten Anlagenverfügbarkeit und Gesamtanlageneffektivität niederschlägt. Notwendige Wartungsmaßnahmen oder ein Austausch des gesamten Netzgeräts lassen sich schon einplanen, bevor eine Störung eintritt“, verdeutlicht Dr. E. Büchler.

Von Baumer-Seite führt Dr. V. Engels die Next-Gen-Optosensoren O300 und O500 an. „Ausgestattet mit IO-Link-Schnittstelle nach neuester Spezifikation V.1.1 bringen sie Standardfunktionen, wie Sensor­identifikation, Diagnose, Teach-Funktionen und Parametrierung von Logik, Modus, Hysterese sowie Schaltpunkten, mit“, informiert der Experte. Darüber hinaus bietet Baumer zusätzlich die Konfiguration von individuellen Verriegelungszeiten für Teach-Prozeduren, Filterfunktionen und Pulsdauer. Dadurch lassen sich beispielsweise schwierig zu erkennende, transparente oder unförmige Objekte besonders zuverlässig und präzise detektieren. „Wichtig ist uns auch, IO-Link für verschiedenste Zielgruppen mit speziellen Umgebungsanforderungen verfügbar zu machen. Im Herbst wird es dazu noch weitere Informationen geben, welche zum Beispiel den Kunden mit hohen Hygiene- und Reinigungsanforderungen (IP69K) neue Anwendungsmöglichkeiten bieten“, gibt Dr. V. Engels einen Vorgeschmack.

Die Next-Gen-Optosensoren O300 und O500 von Baumer sind mit IO-Link-Schnittstelle nach Spezifikation V.1.1 ausgestattet

 

Was die Highlights im Leuze-Electronic-Portfolio angelangt, meint Dr. A. Pfeil: „Da fallen mir sofort zwei Extreme ein: In unserem messenden Lichtvorhang CML700 nutzen wir die maximale Bandbreite der IO-Link-Schnittstelle: Im Normalfall übertragen wir einen aggregierten Wert, wie den obersten abgedeckten oder die Summe der ­abgedeckten Strahlen. Für komplexere Applikationen können wir aber mit der integrierten IO-Link-Com3-Schnittstelle jeden einzelnen Strahl in Echtzeit übertragen.“ Als Vorteile nennt er zum einen sehr effiziente und wirtschaftliche Automatisierungslösungen und zum anderen eine signifikante Vereinfachung der Verkabelung. Diese Konstellation habe sich auch im eigenen hochdynamischen Volumen-Messsystem bewährt.

Nicht nur in faseroptischen Sensoren, wie hier im Bild, sondern auch in Distanzmessern, Kontrasttastern und Standardsensoren bietet Leuze Electronic IO-Link-Schnittstellen an

 

„Das untere Ende der IO-Link-Sensorik wird durch unser neues Sensor-Asic markiert“, sagt Dr. A. Pfeil. Er verdeutlicht, dass die immer kleineren Strukturen in der Halbleitertechnologie immer mehr Funktionalität auf den Chips ermöglichen – das Gleiche gelte auch für IO-Link. „Dadurch können wir unseren Kunden umfangreiche Funktionalitäten, wie Zeitfunktionen, Teach-in und Diagnosefunktionen, in Standardsensoren über die Schnittstelle verfügbar machen. Auch die Robustheit von Applikationen kann über die integrierte Signal-Level-Ausgabe deutlich besser beurteilt werden. Hier werden wir in der nächsten Zeit einige Innovationen präsentieren“, gibt auch er einen Ausblick.

IO-Link und Industrie 4.0?!

Eingangs hatten die Experten bereits auf die Bedeutung des aktuellen Industrie-4.0-Hypes für das weitere Wachstum von IO-Link hingewiesen. Inwieweit werden nun auch die Entwicklungsaktivitäten von dem Thema beeinflusst?

„Ebenso wie die meisten Mitglieder der IO-Link-Community, sieht auch Balluff IO-Link als Schlüsseltechnologie für Industrie 4.0“, sagt Dr. E. Büchler. So seien intelligente und kommunikationsfähige Sensoren und Aktoren unabdingbar, um in der Smart Factory der Zukunft höchst effizient, produktiv und flexibel bis zur Losgröße 1 produzieren zu können. IO-Link sei hier nicht nur aus technologischer, sondern auch aus wirtschaftlicher Sicht mit Abstand die erste Wahl. „Mit IO-Link als ,USB-Schnittstelle der Automatisierungstechnik‘ lassen sich die für Industrie 4.0 benötigten Funktionen, wie Condition Monitoring, Gerätemanagement, Format- bzw. Rezepturwechsel, Rückverfolgbarkeit, Prozessoptimierung etc., effizient realisieren“, sagt er und erklärt dann mit Blick auf die Entwicklungsarbeiten im eigenen Haus: „Das Thema Industrie 4.0 hat bei uns eine hohe Priorität, mehrere Teams arbeiten gleichzeitig an entsprechenden Lösungen.“

„Natürlich ist der Trend zur Smart Factory wie erwähnt ein starker Treiber für die IO-Link-Verbreitung. Auch wir sehen IO-Link als einen zentralen Baustein“, sagt Dr. V. Engels. Das Thema Industrie 4.0 will Baumer aber nicht auf die IO-Link-Technologie reduzieren. „Es gibt noch weitere Technologien an denen wir arbeiten, um umfangreiche Industrie-4.0-Implementierungen zu ermöglichen“, stellt er he­raus. Wichtig ist aus seiner Sicht dazu zunächst einmal die Datenqualität bzw. die funktionale Präzision und Verlässlichkeit der Sensoren. „Als die ,Sinne‘ der Smart Factory wird dies für Sensoren immer entscheidender. Als technisch kompetenter Sensorhersteller werden wir hier weiter Benchmarks setzen“, sagt Dr. V. Engels.

„Daten und Kommunikation sind die Schlüsselelemente von Indus­trie 4.0. Wir erzeugen in unseren Sensoren viel mehr Information als wir über ein Schalt-Bit oder eine Analogschnittstelle verfügbar machen können. Nur über standardisierte Kommunikations-Schnittstellen wird Industrie 4.0 Realität werden“, ist die Meinung von Dr. A.  Pfeil. Für ihn spielt deshalb IO-Link bei den einfachen Sensoren eine herausragende Rolle, Ethernet und ethernetbasierte Feldbusse bei den performanteren und größeren Sensoren. „Auf diese Themen werden wir auch weiterhin einen Fokus legen“, nennt er die Leuze-Electronic-Roadmap.

Als weitere Stoßrichtung nennt Dr. V. Engels die zunehmende Funktionsintegra­tion in die Sensoren, damit Applikationen für Anwender einfacher und schneller umsetzbar werden. „Sensorlösungen, wie unser Poscon 3D, die sehr einfach Kanten, Breiten und Lücken nicht nur erkennen, sondern auch vermessen und applikationsspezifische Entscheidungen treffen können, sind hier beispielhaft“, so der Experte. Auch hier dürfe man auf den Herbst gespannt sein, um weitere innovative Produkte von Baumer zu sehen.

Sick legt bei der Entwicklung seiner Sensoren die Priorität auf die robuste Erfassung und Extraktion von anwendungsrelevanten Informationen. „Durch die Fusion dieser unterschiedlichen physikalischen Größen können leistungsfähige Systeme zur Detektion einer Objektinformation gewonnen werden. Diese intelligenten Sensoren stellen eine neue Klasse von Sensoren dar, die in bestehenden Konzepten zu mehr Flexibilität und Produktivität beitragen oder auch zu neuen Maschinenkonzepten führen können“, ist T. Blümcke überzeugt. In diesem Zusammenhang stellt für ihn IO-Link die Standardtechnologie dar, um die „kleineren“ Sensoren in die Automatisierung einzubinden. „Somit wissen die Sensoren neben dem, was sie direkt per Prozessdaten zu ,sagen haben‘, viel über den Anlagezustand. Intelligente Sensoren erfüllen die Aufgaben, wie Sinnesorgane; sie sind die ,Augen und Ohren‘ in Produktionsmaschinen und Anlagen. Die Nutzung dieser Sinnesorgane, kann sich im Kontext von Industrie 4.0 weiter verändern und eröffnet der Industrie eine hohe Anzahl von neuen Möglichkeiten zu mehr Effizienz und Flexibilität. Der Kommunika­tionskanal dazu heißt IO-Link.

Autor: Inge Hübner

 

www.balluff.com

www.baumer.com

www.leuze.de

www.sick.com

 

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Copyright © VDE VERLAG GMBH, zuletzt aktualisiert am 18.03.2019