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Industrielle Automation 6/2018

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Industrielle Automation 6/2018

Smart Sensor Profil

Smart Sensor Profil GEMEINSAMKEITEN STANDARDISIEREN Für die vielfältige Welt der Sensoren hat IO-Link die Smart Sensor Profile definiert, die technologieübergreifend die gemeinsamen Funktionalitäten und Datenstrukturen dieser Geräte einheitlich abbilden. Dies schafft Vorteile bei der Integration in klassischen Automatisierungsanwendungen, aber auch im zukünftigen Industrie 4.0-Umfeld. Mit der Kommunikationsfähigkeit von Sensoren geht einher, dass ein großes Maß an Mehrfunktion oder Mehrinformation von den IO- Link Geräten zur Verfügung steht – neben der eigentlichen Messgröße oder dem Detektionsstatus. Ein Teil dieser Daten sind Prozessdaten, die direkt über ein Steuerungsprogramm verarbeitet werden. Ein großer Teil der Mehrfunktion jedoch bildet sich über sogenannte azyklische Daten oder Bedarfsdaten ab, z. B. Einstellparameter, zusätzliche Diagnoseinformationen oder Identifikationsdaten. Diese letzte Kategorie stand als Information bei Geräten ohne Kommunikationsschnittstelle nicht zur Verfügung, bzw. nur über Bedienelemente oder Anzeigen am Gerät, ggfs. auch über proprietäre Parametrierschnittstellen. SMART SENSOR PROFIL (SSP) Neben der eigentlichen Spezifikation der Kommunikation sind zusätzliche Regeln für die Übertragung und Abbildung von Daten notwendig. Gerade bei den Sensoren ist die Vielfalt an Technologien sehr groß, die Anzahl an Geräten ebenso. Allerdings gibt es viele Gemeinsamkeiten an Funktionalitäten. Was liegt also näher als diese Gemeinsamkeiten als Profil zu standardisieren und die Anwenderfreundlichkeit der Sensoren damit zu steigern? Folgende Datenkategorien und Funktionen haben die Potenziale zur Vereinheitlichung: • Identifikation • Diagnose • Prozessdatenvariablen • Schaltsignalkanal • Teach-In 16 PI-Magazin 2/2018 In diesen Funktionsklassen sind Datenobjekte fest definiert. So ist z. B. festgelegt, dass die binären Informationen für Schaltsignale immer von Bitposition 0 an aufsteigend im Prozessdatum angeordnet sind. Und die Identifikation umfasst immer Herstellername, Produktbezeichnung, Produkt ID (Artikelnummer) und Firmware-Version. KLASSIFIZIERUNG VON SENSORAUSPRÄGUNGEN Dieser Grundstock an Funktionsklassen wird als ‚Legacy Profile‘ (SSP-Typ 0) bezeichnet. Diese Definition war als erste Spezifikation vorhanden. Viele Sensoren folgen bereits den Definitionen des ‚Legacy Profile‘ und besitzen somit eine Basis an übereinstimmenden Geräteverhalten. Profile benötigen aber konkrete, fest umrissene Definitionen des Funktionsumfangs, der Datenstrukturen und -inhalte. Wichtig hierfür ist eine Klassifizierung von Sensorausprägungen, bevorzugt technologieübergreifend. So sollte z. B. ein distanzmessender Ultraschallsensor die gleiche Datenstruktur aufweisen wie ein messender Drucksensor. Folgende Ausprägungen stehen aufgrund des hohen Verbreitungsgrades im Fokus: • Binäre Sensoren mit festem Schaltpunkt (Fixed Switching Sensors – FSS) • Binäre Sensoren mit einstellbarem Schaltpunkt (Adjustable Switching Sensors – AdSS) • Messende Sensoren (Digital Measuring Sensors – DMS) Die Definitionen für diese Geräteklassen sind Inhalt des Smart Sensor Profils - Edition 2. Alle Profilgeräte folgen den Vorgaben der Profil-Basisspezifikation ‚Common Profile‘ und unterstützen grundsätzlich das dort definierte Profil ‚Identifikation & Diagnose‘. Dieses Profil enthält für Asset Management relevante Identifikationsdaten und allgemeingültige Diagnoseinformationen zum aktuellen Gerätezustand. Die Profile für schaltende Sensoren definieren im Wesentlichen die Einstellparameter und -funktionen. Das Einlernen eines Schaltpunktes (Teach-In) wird durch drei kombinierbare Standardmethoden unterstützt. Bei den messenden Sensoren (DMS) liegt der Fokus auf der Übertragung eines Messwertes und der Struktur im Prozessdatum. Die Definition umfasst Messwertebereich, aber auch Ersatzwerte für Messbereichsüber- / unterschreitung und nicht ermittelbarem Messwert. Der wesentliche Unterschied und Vorteil zu einer Übertragung von Messwerten über eine Strom- oder Spannungsschnittstelle ist, dass der Messwert direkt als physikalische Größe interpretierbar ist. Die Messwerte werden in SI-Einheiten – z. B. Meter, Pascal, usw. - mit einem Skalierungsfaktor übertragen. Daher entfällt die produktspezifische Umrechnung und Skalierung von z. B. einem Stromwert in einen Abstand oder Druck. Alle drei Profilklassen sind mit der Funktion ‚Transducer Disable‘ kombinierbar. Damit lässt sich die sensorische Funktion über Prozessdaten gesteuert abschalten, etwa zur Wartung. Die Smart Sensor Profile beschreiben die Gemeinsamkeiten der Sensorfunktionen

Bild: Pepperl+Fuchs Flexibilität: In der Planungsphase ergibt sich bei Verwendung von Profilgeräten Handlungsspielraum, da diese Geräte bezgl. ihrer Profilfunktionen leicht austauschbar sind. Das schafft Flexibilität bei überschaubaren Risiken. Zeitersparnis: Bei Inbetriebnahme lassen sich die Geräte nach einheitlichen Schema konfigurieren und parametrieren. Die einheitliche Namensgebung und Struktur der Parameter in der Darstellung im Engineering Tool unterstützen dies. nach Klassen und Typen mit eindeutig zugeordneten IDs. Neben diesen Funktionen können Profilgeräte grundsätzlich noch erweiterte, herstellerspezifische Funktionen bereitstellen, die kein Bestandteil der Profildefinition sind. Die Profil-IDs lassen sich direkt aus dem Sensor auslesen und sind in der Gerätebeschreibung IODD referenziert. Online oder Offline ist so die Profilfunktion eines Sensors bekannt. SPEZIFIKATION VON FUNKTIONSBAUSTEINEN So viele unterschiedliche Sensoren und doch viele Gemeinsamkeiten – das Smart Sensor Profil von IO-Link fasst diese zusammen. Doch wie unterstützt das Smart Sensor Profil nun die konkreten Anwendungen, bzw. die Anwender, die IO-Link Technologie in ihren Maschinen einsetzen wollen? Die Grundfunktionen der Sensoren sind identisch. Einstellungen erfolgen über gleiche Parameter, Einstellwerte haben die gleiche Bedeutung, Prozesswerte können einheitlich interpretiert werden. Doch das Smart Sensor Profil geht noch einen Schritt weiter: Für die einzelnen Profilklassen sind Funktionsbausteine spezifiziert. Die Namen der Parameter und Einstellgrößen, sowie die Darstellung in der Gerätebeschreibung IODD sind ebenfalls einheitlich definiert. Die Vorteile liegen auf der Hand. Die Gleichartigkeit von Funktionen und Schnittstellen erleichtern die Integration und die Handhabung. Reduzierter Aufwand: Für den Anwendungsprogrammierer ergibt sich die Vereinfachung durch die Verfügbarkeit von Referenzimplementierungen, bzw. standardisierten Funktionsbausteinen. ZUSAMMENFASSUNG Für die vielfältige Welt der Sensoren hat IO- Link die Smart Sensor Profile definiert, die technologieübergreifend die gemeinsamen Funktionalitäten und Datenstrukturen dieser Geräte einheitlich abbilden. Sensoren, die diese Profile unterstützen, sind verfügbar. Referenzimplementierungen für Funktionsbausteine stehen auch als Quellcode zum freien Download zur Verfügung: www.io-link.com Hartmut Lindenthal, Pepperl+Fuchs GmbH, Mitglied im IO-Link Steering Committee Smarte Sensoren Service Event Logging Druck Smart Service Predictive Maintenance Betrieb Diagnose Verfügbarkeit Temperatur Mehrwerte schaffen durch smarte Sensoren: Zusätzliche Messgrößen Überlasterkennung Event Betriebsstundenzähler Nutzungsprofile Bidirektionale Kommunikation Messwertspeicherung www.hydac.com sps ipc drives 2018 Halle 6 / Stand 248 PI-Magazin 2/2018 17

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