Aufrufe
vor 10 Monaten

Industrielle Automation 5/2015

  • Text
  • Industrielle
  • Automation
Industrielle Automation 5/2015

Lückenlose Transparenz

Lückenlose Transparenz Neue Technologie: Interface macht IO-Link fähige Sensoren bereit für Industrie 4.0 Benedikt Rauscher Industrie 4.0-fähige Sensoren müssen in der Lage sein, immer komplexe Funktionen abbilden zu können, bei gleichzeitig kleiner Baugröße. Damit bleibt wenig Platz für die Integration von Bedien- und Anzeigeelementen. Das System SmartBridge schließt die „digitale Lücke“ zwischen IO-Link-fähigen Sensoren und Aktoren und mobilen Endgeräten. Zum Einsatz kommt ein Adapter für IO-Link-Feldgeräte und eine App für Smartphones und Tablets. I ndustrie 4.0 ist in aller Munde und betrifft alle Ebenen und Aspekte der Automatisierung. Der Einzug von aus der IT bekannten Kommunikations-Technologien macht aus Komponenten und Maschinen Cyber-Physische Systeme (CPS), die veränderte Strukturen oder gar komplett neue ganzheitliche Ansätze ermöglichen. Die vertraute Automatisierungspyramide verliert dadurch an Bedeutung. Ob tatsächlich, wie angekündigt, eine 4.industrielle Revolution stattfindet wird man sicher erst rückblickend Benedikt Rauscher, Gruppenleiter Industrie 4.0/ Industrial Internet Solutions, Pepperl+Fuchs GmbH in Mannheim beurteilen können. Auf jeden Fall können mit bereits verfügbarer Industrie 4.0-Technologie interessante Anwendungsfälle umgesetzt werden, ohne die bestehenden und bewährten Strukturen komplett zu verlassen. IO-Link: Hersteller-übergreifende Schnittstelle Eine solche Technologie ist das IO-Link- Protokoll. Mit dessen Hilfe können Parameter und Prozessdaten von und zu Feldgeräten wie Sensoren oder Aktoren über die bekannte Standard-Verkabelung mit 3,4 oder 5 Adern übertragen werden – parallel zu Schalt- oder auch analogen Signalen, es sind keine zusätzlichen Steckverbinder oder Kabel erforderlich. Das Protokoll wurde von einem Konsortium spezifiziert, dem inzwischen über 100 Hersteller angehören, darunter alle namhaften Sensor-, Aktor-, Gateway- und Steuerungs-Produzenten. Zu jedem IO-Link-Feldgerät gehört eine Beschreibungsdatei (IODD = „IO-Device- Descriptor“), in welcher alle Informationen über Identifikation, Geräteparameter, Prozess- und Diagnosedaten sowie deren Darstellung in Engineering-Tools enthalten sind. Mit IO-Link kann ein für die vertikale Kommunikation in Industrie 4.0-Szenarien geeigneter zusätzlicher Kanal aufgebaut und Einstell-Parameter von Feldgeräten in der Steuerung zentral gehalten und verwaltet werden. An den Sensoren oder Aktoren selbst müssen keine Einstellungen mehr vorgenommen werden. Dies erleichtert insbesondere den Austausch von Feldgeräten und vereinfacht die Datensicherung der kompletten Anlage. Sensoren müssen immer komplexere Funktionen abbilden In Industrie 4.0-Szenarien sind Sensoren als Informations-Quellen ganz entscheidende Bauteile. Sie sind in der Lage immer komplexe Funktionen abzubilden und enthalten damit fast zwangsläufig mehr einzustellende Parameter und zu beobachtende Messwerte als Einheiten früherer Generationen. Um sie auch in beengten Situationen in Maschinen integrieren zu können, müssen sie äußerst kompakt konzipiert sein. Solche Miniaturbauformen bieten jedoch weniger Platz für die Integration von Bedien- und Anzeigeelementen in den Sensoren oder Aktoren selbst. Es bleiben nur kryptische Miniatur-Displays, Mehrfachbelegungen von Tastern oder LED-Blinkcodes um vergleichsweise viele Informationen zum Anwender oder umgekehrt zu übermitteln. Ein intuitiver Umgang mit den Feldgeräten wird dadurch erschwert bis unmöglich. Darüber hinaus sind gerätegebundene Bedien- und Einstellelemente häufig wegen der Einbausituation im Betrieb nicht ablesbar oder überhaupt nicht zugänglich. Smartphones und Tablets halten Einzug in die Automatisierung Zu vergleichsweise günstigen Preisen bieten handelsübliche mobile Endgeräte wie Smartphones und Tablets aus der Consumer-Welt High-End-Technik und reichhaltige Ausstattung mit Sensorik und drahtlosen Schnittstellen. Diese Mobilgeräte sind aus dem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken und werden zunehmend auch in professionellen Bereichen wie der Automatisierung eingesetzt. Hier handelt es sich 20 INDUSTRIELLE AUTOMATION 5/2015

SENSORIK UND MESSTECHNIK aber fast ausschließlich um Visualisierungen oder mobile Bedienstationen von Steuerungen beziehungsweise Rechnern. Um jedoch Bedien- und Anzeige-Elemente an Sensor oder Aktor mit mobilen Endgeräten substituieren zu können, ist eine direkte Verbindung vom Tablet oder Smartphone zum Feldgerät erforderlich, wofür aber keine gemeinsame Schnittstelle auf beiden Seiten vorhanden ist. Die drahtlosen Schnittstellen der Mobilgeräte können dafür nicht direkt verwendet werden. SmartBridge-Adapter und -App schaffen die Verbindung Mit dem System SmartBridge möchte Pepperl+Fuchs die „digitale Lücke“ zwischen Sensoren bzw. Aktoren und handelsüblichen mobilen Endgeräten schließen. Das System besteht aus einem Adapter für IO-Link-Feldgeräte und einer App für Smartphones und Tablets. Der Adapter ist in IP65 ausgeführt und wird in die 3-, 4- oder 5-adrige Zuleitung des Sensors oder Aktors geschaltet und so auch mit Energie versorgt. Vom Adapter wird das IO-Link- Protokoll analysiert, sämtliche Parameter sowie Identifikations- und Prozess-Daten aus dem Datenstrom extrahiert und per Bluetooth zu den Mobilgeräten drahtlos übertragen. Zusätzlich kann in den Adapter eine µSD- Karte eingesetzt werden, auf welcher die übertragenen Daten mit Zeitstempeln versehen über längere Zeiträume aufgezeichnet werden können. Zum Auslesen der Speicherkarte ist ein USB-Anschluss im Adapter vorhanden. In Anwendungsfällen, bei denen der -Sensor oder Aktor ohne IO-Link-Master betrieben wird kommt der im Adapter integrierte IO-Link-Master zum Einsatz. Die App für Smartphones oder Tablets mit Android- oder iOS-Betriebssystem bietet zunächst in einer Liste (der sog. „Connect- View“) alle im Empfangsbereich befindlichen Adapter zur Auswahl an. Nachdem der Benutzer einen davon ausgewählt hat, wird eine drahtlose Verbindung zu diesem aufgebaut. Darüber empfängt das Mobilgerät dann Daten vom Sensor und kann umgekehrt auch Einstellwerte dorthin senden. Gesicherte Verbindung Zur Verhinderung von unbefugten Zugriffen auf Sensoren oder Aktoren findet während des Verbindungsaufbaus eine Authentifizierung statt, bei welcher ein im Adapter gespeichertes Passwort mit einer entsprechenden Eingabe auf dem Mobilgerät verglichen wird. Durch Anwendung eines Challenge-Response-Verfahrens mit SHA2- Verschlüsselung wird das Passwort mit wechselnden Schlüsseln sicher übertragen. Das Adapter-Passwort wird bei Auslieferung für jeden Adapter auf einen anderen Wert initialisiert und kann dann vom Benut - zer geändert werden. Mitwachsende App für alle IO-Link-Sensoren und -Aktoren Nach Auswahl eines Sensors in der Connect-View werden für den angeschlossenen Sensor- oder Aktortyp spezifische Darstellungen auf dem Mobilgerät angezeigt, deren Aufbau und Inhalt durch die IO-Link- Beschreibungsdatei IODD bestimmt wird. Neben einer mit grafischen Elementen wie Skalen, Schieberegler, Graphen u.v.m. unterstützten Darstellung ausgewählter Daten, kann eine rein tabellarische Auflistung aller Parameter und Prozessdaten – die 01 Mit SmartBridge erfolgt die Anzeige von Sensordaten und das Ändern von Einsatzparametern erstmals drahtlos per Smartphone oder Tablet sog. „Expert-View“ gewählt werden. Der Aufbau der graphischen Darstellung wird in einer zusätzlichen typspezifischen Datei festgelegt, dem GUI-Descriptor (GUIDD). Zum Nachladen von IODDs und GUIDDs dient die Update-Funktion der App. Damit werden die sensorspezifischen Dateien aus dem Internet auf das Mobilgerät geladen und dort dauerhaft gespeichert, so dass während der weiteren Benutzung der App mit einem Sensor oder Aktor kein Internet- Zugang mehr erforderlich ist. Der Einsatzbereich der App „wächst mit“ durch das Nachladen von sensorspezifischen Dateien, ohne dass die App selbst verändert oder erweitert werden muss. Da auf die Standard IODDs aufgesetzt wird, gibt es keine Beschränkung auf einen Hersteller. Foto: Aufmacher Fotolia www.pepperl-fuchs.com 02 SmartBridge setzt auf das IO-Link-Protokoll auf, womit neben den reinen Prozessdaten auch wertvolle Diagnose- und Zustandsdaten übertragen werden können Präzision genial einfach! TAUPUNKT • RELATIVE FEUCHTE • SAUERSTOFF Max-Planck-Str. 14 ∙ 61381 Friedrichsdorf ∙ Tel. 06172 5917-0 ∙ www.michell.de