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INDUSTRIELLE AUTOMATION 2/2020

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INDUSTRIELLE AUTOMATION 2/2020

01 IO-Link- Master mit

01 IO-Link- Master mit OPC UA-Schnittstelle Auf dem Weg zur Digital-Factory Lückenlos kommunizieren von der Feldebene bis in die Cloud Anlagen und Maschinen werden zunehmend vernetzt. Jedoch verhindern heterogene Schnittstellen meist den hierfür nötigten Datenzugriff. Durch die Kombination des Kommunikationsstandards OPC UA und der Sensorschnittstelle IO-Link wird die durchgängige Kommunikation von der Sensorebene bis in die Cloud möglich. In folgendem Beitrag erfahren Sie, wie Sie sich optimal auf die Anforderungen von morgen vorbereiten. Lukas Pogoda ist Produktmanager für Industrial Communication bei Pepperl+Fuchs in Mannheim Die Digitalisierung aller Lebensbereiche schreitet unaufhörlich voran. Gerade in der Industrie verspricht die Digitalisierung durch die Vernetzung von Anlagen und Personal die Effizienz von Produktionsprozessen erhöhen. Gleichzeitig soll die Flexibilität der Produktionsmittel weiter erhöht werden. Um dies zu erreichen, müssen jedoch die bisher starren Hierarchie-Ebenen der Automatisierungspyramide aufgebrochen und standardisierte Schnittstellen vom Sensor bis in die Cloud geschaffen werden. Durch die Kombination der standardisierten Sensorschnittstelle IO-Link und dem unabhängigen, herstellerübergreifenden Kommunikationsstandard OPC UA in einem einzigen Gerät, schafft Pepperl+Fuchs hier neue Wege Daten aus der untersten Feldebene durchgängig, transparent und lückenlos bis in die Cloud verfügbar zu machen. IO-Link standardisiert die Sensorkommunikation Betrachten wir die Entwicklungen in den letzten zwei Jahren, so hat sich IO-Link längst als Sensorschnittstelle im Feld etabliert. IO-Link ermöglicht einen standardisierten Datenzugriff (IEC 61131-9) auf Sensoren und Aktoren in der untersten Feldebene. Im Gegensatz zu klassischer digital schaltender oder analoger Sensorik, ermöglicht IO-Link allerdings nicht nur den Zugriff auf einfache Schaltsignale und Messwerte, sondern erlaubt zudem einen Zugriff auf detaillierte Informations-, Diagnose und Parameterdaten eines Sensors bzw. Aktors. Hierdurch werden smarte Sensoren ermöglicht, deren Parametereinstellungen automatisch an wechselnde Anforderungen in der Produktion, z. B. bei einem Los-Wechsel, angepasst werden können. Aber auch Anlagenstillstände lassen sich deutlich reduzieren. Ergibt sich in der Feldebene ein Problem, so ermöglichen die Diagnosedaten eine genaue Einschätzung der Schwere des Problems. Ist ein Austausch von Geräten notwendig, ist durch die Identifikationsdaten im Handum drehen bekannt, welches Gerät, bei welchem Hersteller, zu beschaffen ist. Wird das Ersatzgerät dann eingebaut, können alle bisherigen Parametrierungen automatisch in das Austauschgerät übertragen werden und die Anlage kann ohne manuellen Eingriff wieder in den Betrieb wechseln. OPC UA ermöglicht durchgängige Kommunikation bis in die Cloud Während die detaillierten IO-Link Sensordaten bisher nur in den abgeschlossenen Steuerungssystemen vorlagen, auf die ein externer Datenzugriff kaum möglich war, eröffnet OPC UA neue Wege diese Daten global verfügbar zu machen. Bei OPC UA handelt es sich um einen Ethernet-basierten Kommunikationsstandard, der vor allem durch seine Hersteller-, Programmiersprachen- und Plattformunabhängigkeit überzeugt. Anwender erhalten dadurch maximale Flexibilität bei der Gestaltung ihrer IoT-Systeme. Hierbei unterscheidet sich OPC UA maßgeblich von den deterministischen Feldbusprotokollen wie Profinet oder EtherNet/IP, die aus der Steuerungswelt bekannt sind. Während diese Proto kolle meist nur von spezialisierten Steuerungen der jeweiligen Hersteller unterstützt werden, eignet sich OPC UA hervorragend zur herstellerübergreifenden Kommunikation mit verschiedensten computer- oder cloudbasierten Systemen. Entsprechende OPC UA Clients, welche die Schnittstelle zum OPC UA Server schaffen, sind sowohl für verschiedene Betriebssysteme verfügbar, als auch bei den großen Cloud-Anbietern bereits direkt integriert. Durch die Unabhängigkeit von OPC UA 28 INDUSTRIELLE AUTOMATION 02/2020 www.industrielle-automation.net

INDUSTRIELLE KOMMUNIKATION 02 Durchgängige und transparente Kommunikation vom Sensor bis in die Cloud sind Anwender allerdings auch völlig frei eigene Schnittstellen zu entwickeln. Entsprechende Development-Kits sind hier bei der OPC Foundation verfügbar. Ein weiterer Unterschied liegt allerdings auch in der Performance-Ausrichtung der Protokolle. Während die steuerungsbasierten Kommunikationsprotokolle vor allem auf real-time Applikationen mit Zykluszeiten im Millisekundenbereich ausgerichtet sind, dient OPC UA eher einem parallelen, nicht-zeitkritischen Informationsdatenkanal in die Cloud, welcher weniger harte Anforderungen an die Echtzeit stellt. Aufgabenteilung zwischen SPS und Cloud Als erster Hersteller vereint Pepperl+Fuchs die Vorteile von IO-Link und OPC UA in einem Gerät. Durch die Kombination von deterministischem Feldbusprotokoll wie EtherNet/IP oder Profinet und OPC UA in einem Gerät, können die neuen IO-Link Master der ICE2- bzw. ICE3-Serie parallel mit einer Steuerung und einem übergelagerten PC-basierten System oder einer Cloud kommunizieren. So sind hybride Systeme möglich in denen die SPS die Applikation über Profinet oder EtherNet/IP in Echtzeit steuert und der IO-Link Master parallel Zustandsdaten über OPC UA in die Cloud überträgt, die für die Steuerung zwar ohne Belang sind, für eine andere Maschine oder ein zentrales Leitsystem aber wichtig sind. Da Steuerungen speziell dafür designt sind, Eingangssignale der Sensorik schnellstmöglich zu verarbeiten und die aus der Steuerungslogik resultierenden Ausgangssignale wieder schnellstmöglich an die Aktorik zu übertragen, sind sie für die großen Mengen an Zustandsdaten nicht geeignet. Diese können deutlich preiswerter in computer-oder cloudbasierten Systemen verarbeitet werden, wodurch sich kostenintensive Rechenressourcen in der Steuerung einsparen lassen. Die Daten können dabei durch ausgelagerte Software in einem lokalen Auswertungstool verarbeitet werden oder ohne Interpretation in die Cloud übertragen werden. Ob die Cloud im Firmennetzwerk oder im Internet lokalisiert ist, unterliegt der Entscheidung des Anwenders, ebenso wie die Einstellung des Sicherheitsniveaus. Hierfür unterstützen die IO-Link Master sowohl Authentifizierungsmechanismen als auch ein Zertifikate-Management. Steuerung aus der Cloud Die Module der ICE2- und ICE3-Serie ermöglichen es über OPC UA nicht nur Daten aus den IO-Link Devices auszulesen, sondern bei Bedarf auch einen schreibenden Zugriff. Dabei kann individuell für jeden der acht Ports festgelegt werden, ob über OPC UA Daten nur ausgelesen, oder auch geschrieben werden sollen. So können Applikationen, die keine Steuerung im Millisekunden Takt benötigen, prinzipiell ohne klassische Steuerung realisiert werden. Da computer- und cloudbasierte Systeme gleichzeitig immer performanter werden, können Steuerungsaufgaben so wirtschaftlich übernommen werden. Bereit für die digitale Zukunft Unsere neue Generation IO-Link Master ermöglicht hybride Systeme, in denen eine SPS die Applikation über Profinet oder EtherNet/IP in Echtzeit steuert und parallel der IO-Link Master Zustandsdaten über OPC UA in die Cloud überträgt. Lukas Pogoda, Pepperl+Fuchs Mit den neuen IO-Link Mastern mit integrierter OPC UA-Schnittstelle können sich Anwender bereits heute optimal auf die Digitalisierung ihrer Anlagen vorbereiten. Die OPC UA Funktionalität kann dabei flexibel und zu jedem Zeitpunkt aktiviert und deaktiviert werden. So lassen sich bereits heute, ohne konkreten Anwendungsfall für OPC UA, Anlagen entsprechend ausstatten und zu einem beliebigen Zeitpunkt in der Zukunft das volle Potenzial der ICE2-/ICE3 IO-Link Master freischalten. Bilder: Pepperl+Fuchs www.pepperl-fuchs.com www.industrielle-automation.net INDUSTRIELLE AUTOMATION 02/2020 29

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