A gyárak minden gyártósora hatalmas mennyiségű érzékelőadatot generál, azonban ezeknek az információknak a nagy része eddig kiaknázatlan maradt. Ennek oka, hogy a hagyományos érzékelőcsatlakozások alapvető kapcsolási jeleken vagy analóg kimeneteken alapulnak, amelyek egyetlen folyamatértéket szolgáltatnak, a készülék állapotáról vagy működési feltételeiről további információk nélkül. Az IO-Link közvetlenül kezeli ezt a korlátozást, és szabványosított digitális kommunikációs réteget (IEC 61131-9) biztosít, amely az érzékelők és a működtetők számára közvetlen, kétirányú párbeszédet tesz lehetővé a szélesebb körű vezérlő architektúrával.
Az IO-Link nem helyettesíti a meglévő terepi busz- vagy ipari Ethernet-infrastruktúrát, hanem kiegészítő interfészként működik az automatizálási hierarchia legalacsonyabb szintjén, a gyártók által már raktáron lévő árnyékolatlan három- vagy ötvezetékes kábelezést és szabványos M5, M8 vagy M12 csatlakozókat használva, 20 méterig támogatott kábelvezetékekkel. Minden IO-Link eszköz egy IO-Link master dedikált portjához csatlakozik, amely összesíti a terepi szintű adatokat, és továbbítja azokat a programozható logikai vezérlőknek (PLC-k), Edge átjáróknak vagy felhőalapú platformoknak, megőrizve a meglévő beruházásokat és megnyitva egy nagy felbontású adatcsatornát az egyes érzékelőkig.
A reaktív karbantartás előrejelző stratégiává alakítása
A legtöbb létesítmény még mindig két karbantartási modell között ingadozik, amelyek közül egyik sem ideális. A reaktív karbantartás lényegében a meghibásodásra vár, ami gyakran nem tervezett leállásokhoz és sietős javításokhoz vezet, míg a naptár alapú megelőző karbantartási ütemtervek jóval azelőtt szükségessé tehetik az alkatrészek cseréjét, hogy az valóban szükséges lenne. Az IO-Link egy harmadik lehetőséget kínál azzal, hogy a karbantartó csapatokat folyamatos, érzékelő szintű diagnosztikával látja el, amely valós időben mutatja a berendezések tényleges teljesítményét.
Az IO-Link eszközök egyik jó felhasználási példája a pneumatikus szerelőállomáson található nyomásérzékelő. Szabványos analóg csatlakozással csak az aktuális nyomásértéket jelenti. Ugyanakkor ugyanazon érzékelő IO-Link-kompatibilis változata ugyanazon a háromvezetékes kábelen keresztül egyszerre képes közölni a belső hőmérsékletet, a kumulatív üzemórák számát, a jelerősséget és az esetleges hibakódokat. Hasonlóképpen, egy szállítószalagon lévő alkatrészeket figyelő fotoelektromos érzékelő már jóval azelőtt jelzi a lencse fokozatos szennyeződését, hogy annak mérési pontossága olyan mértékben romlana, hogy már nem lenne képes pontos méréseket végezni. Ezek a részletes diagnosztikai adatok lehetővé teszik a csapatok számára, hogy a feltételezések helyett a készülékek tényleges állapotán alapuló karbantartási intervallumokat határozzanak meg, elkerülve ezzel a korai cseréket és a váratlan meghibásodásokat.
Amikor egy érzékelő cserére szorul, az IO-Link beépített adattároló funkciója jelentősen felgyorsítja a folyamatot, mivel az IO-Link master megőrzi az előző eszköz teljes paraméterkészletét, és másodpercek alatt automatikusan átírja azt a cserekészülékre. Ennek eredményeként a technikusok a beállítások kézi újbóli megadása nélkül végezhetik el a cserét, ami csökkenti a javítás átlagos idejét, és minimálisra csökkenti a gyártósorok leállását.
A minőségbiztosítás javítása digitális átláthatóság révén
A megbízható minőségbiztosítás a mérések konzisztenciáján alapul, és pontosan ez az a terület, ahol az analóg érzékelőcsatlakozások kockázatot jelentenek. Az analóg jelek hosszú kábelek esetén romlanak, és érzékenyek az elektromágneses interferenciára, ami azt jelenti, hogy a PLC által kapott érték kissé eltérhet az érzékelő által ténylegesen mért értéktől. Bár ez kis kockázatnak tűnik, komplex gyártási környezetekben több száz mérési ponton ezek a kis pontatlanságok felhalmozódnak, és a folyamatokat az elfogadható tűréshatáron kívülre tolhatják. Az IO-Link ezt a változót is kiküszöböli azzal, hogy a mérési adatokat már az érzékelőnél digitális jellé alakítja, így biztosítva, hogy a vezérlőhöz érkező érték pontosan megegyezzen a forrásnál rögzített értékkel.
Az IO-Link javíthatja a létesítmények termékváltási folyamatainak kezelését is. A töltősorokban, csomagoló rendszerekben és többváltozatú szerelőcellákban a termékreceptek közötti váltáshoz általában a technikusoknak manuálisan kell beállítaniuk az érzékelő paramétereit, ami időigényes folyamat, és konfigurációs hibákhoz vezethet, amelyek minőségi eltéréseket okozhatnak a váltás utáni első tételekben. Az IO-Link segítségével a PLC egyszerre több csatlakoztatott érzékelőre is átviheti az új paraméterprofilokat, így a teljes receptváltás másodpercek alatt, nem pedig percek alatt megtörténik, és mivel ezek a profilok digitálisan vannak tárolva és igény szerint visszahívhatók, minden váltás mindig azonos az előzővel.
A termelékenység növelése az érzékelőtől az Edge-ig
Az IO-Link rendszerek kétirányú adatáramlása nem csupán javítja az érzékelők teljesítményét, hanem egy végpontok közötti információs csatornát is létrehoz, amely összeköti a gyártóüzemet a vállalati szintű elemzésekkel. Az IO-Link mesterek összevonhatják a terepi szintű adatokat, és azokat ipari Ethernet-protokollok, például PROFINET, EtherNet/IP és EtherCAT segítségével elérhetővé tehetik az Edge átjárók számára, amelyek helyi előfeldolgozást és alacsony késleltetésű döntési logikát futtatnak. Ugyanezek az adatok továbbíthatók MES, ERP vagy más felhőalapú platformokra is, hogy szélesebb körű működési intelligencia álljon rendelkezésre.
Ez az érzékelő-peremhálózat architektúra olyan felügyeleti forgatókönyveket tesz lehetővé, amelyek hagyományos vezetékes rendszerrel nem lennének kivitelezhetők. Például egy sűrített levegő rendszer IO-Link áramlásérzékelőkkel felszerelhető, amelyek digitálisan jelentik a fogyasztási adatokat, így a létesítmények külön felügyeleti hardver telepítése nélkül is pontosan meghatározhatják a szivárgások helyét, nyomon követhetik a gépek energiafogyasztását és optimalizálhatják a pneumatikus teljesítményt. Ugyanez a digitális gerinchálózat támogatja a hűtőkör felügyeletét, a szállítószalagok állapotának nyomon követését és a környezeti feltételek érzékelését az egész üzemben.
Az előnyök kiterjednek a telepítésre és az üzembe helyezésre is, mivel az IO-Link eszközöket az IO Device Description (IODD) fájlok segítségével automatikusan azonosítják és konfigurálják, így a kezdeti beállítás gyorsabbá válik és kevésbé függ a speciális ismeretekkel rendelkező felhasználóktól. Az analóg PLC bemeneti kártyák kiküszöbölésével a gyártók egyszerűsíthetik a rendszer tervezését, és az analóg telepítésekhez képest pontonkénti vezetékezési költségeket csökkenthetnek. A világszerte több mint 500 eszközgyártó közötti interoperabilitás biztosítja azt is, hogy a létesítmények méretezhetők legyenek anélkül, hogy egy gyártó ökoszisztémájához kötődnének.
A DigiKey IO-Link megoldásai: az érzékelőktől a rendszerekig
Az IO-Link rendszer telepítése azt jelenti, hogy a megfelelő érzékelők, masterek és csatlakozási alkatrészek kombinációját kell kiválasztani olyan beszállítóktól, akik valóban jártasak az ipari automatizálásban. A DigiKey IO-Link termék katalógusa öt vezető beszállító teljes ökoszisztémáját egyesíti, amelyek mindegyike egyedi erősségekkel rendelkezik.
A Festo több évtizedes pneumatikus és elektromos automatizálási szakértelmére támaszkodva kínálja kiterjedt IO-Link termékcsaládját, amely nyomásérzékelőket, áramlásérzékelőket, pozíciójeladókat és szelepterminálokat tartalmaz. A CPX-AP-I decentralizált I/O platformja tartalmaz egy 4 portos IO-Link master modult IP65/67 védelemmel a gépen történő telepítéshez, az IO-Link-kompatibilis érzékelők pedig szoftveresen kapcsolható PNP/NPN kimenetekkel és beépített adattárolóval rendelkeznek a gyors üzembe helyezés és a zökkenőmentes eszközcsere érdekében.
Az IO-Link közösség alapító tagjaként az ifm az egyik legszélesebb IO-Link eszközkatalógust hozta létre. Érzékelőportfóliója teljes mértékben digitális jelátvitellel működik, elkerülve ezzel a pontosságvesztést, amely általában a régi telepítésekben az analóg-digitális átalakítás során jelentkezik. Az érzékelőkön túl az ifm ökoszisztémája kiterjed az Edge gateway eszközökre is, amelyek biztonságosan továbbítják a terepi adatokat a Microsoft Azure IoT Hub és az AWS IoT Core felhőplatformokra, így egyszerűsítve az utat a gyártósori érzékelőktől a vállalati szintű elemzésekig.
A SICK továbbfejleszti az IO-Link technológiát az intelligens érzékelő megoldások és az érzékelőintegrációs átjáró (SIG) termékcsaládjaival, amelyek beágyazott intelligenciával látják el a terepi eszközöket. Az IO-Link érzékelők decentralizált intelligens feladatokat, például számlálást és hosszúságmérést végezhetnek közvetlenül az eszközön, csökkentve ezzel a PLC feldolgozási terhelését. A SICK FieldEcho szoftvere kiegészíti ezeket az érzékelőket azzal, hogy böngészőalapú hozzáférést biztosít az összes IO-Link eszköz adataihoz, automatikusan kezeli az IODD letöltéseket, és REST API-t biztosít az MES, ERP és felhőszolgáltatásokkal való integrációhoz.
A Pepperl+Fuchs mélyreható tapasztalatokkal rendelkezik mind a gyári, mind a folyamatok automatizálása terén, és széles érzékelőválasztékát – induktív, kapacitív, fotoelektromos és ultrahangos eszközöket – robusztus master infrastruktúrával párosítja. ICE11 IO-Link masterje többprotokollos rugalmasságával tűnik ki, egyetlen eszközről támogatja a PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT, CC-Link és MODBUS TCP protokollokat, míg IIoT starter kitje mastert, érzékelőket és az összes szükséges kábelezést tartalmazza a gyors prototípus-készítéshez, közvetlenül a dobozból kivéve.
Az Endress+Hauser a folyamatmérő műszerek terén szerzett tapasztalatát hozza be a DigiKey IO-Link kínálatába, amely különösen erős az élelmiszer- és italgyártás, a vízkezelés és a gyógyszeripari alkalmazások terén. Az IO-Link hőmérséklet-érzékelők és nyomásérzékelők kettős üzemmóddal rendelkeznek, egyszerű konfigurációs változtatással hagyományos analóg (4–20 mA) vagy digitális IO-Link üzemmódban is működnek, így a létesítmények fokozatosan vehetik át a digitális kommunikációt, miközben megőrzik a meglévő munkafolyamatokat.
Következtetés
Az IO-Link gyorsan fejlődött egy piaci rés csatlakozási lehetőségéből az adatközpontú gyártás kritikus előfeltételévé, gyorsan bővülő globális telepítési bázissal és széles körű gyártói támogatással több iparágban. A szabványos ipari kábeleken keresztül kétirányú digitális kommunikációt biztosítva ez a technológia a gyártók számára biztosítja a szenzorok szintjén szükséges láthatóságot a karbantartási problémák előrejelzéséhez, a mérési pontosság fenntartásához és a valós idejű terepi adatok továbbításához az Edge és Cloud platformokra, ahol azok folyamatos fejlesztést eredményezhetnek.
Eric J. Halvorson
Senior Marketing Technology Manager – Automation & Control
Eric J. Halvorson
A DigiKey automatizálási és vezérlési részlegének vezető marketingmenedzsere, ahol közel 20 éve dolgozik.
Az ipari automatizálási piacra összpontosítva az automatizálásra szakosodott beszállítókkal együttműködve komplex technológiákat alakít át stratégiai, bevételt generáló programokká.
Az amerikai haditengerészet veteránjaként, a Northland Community & Technical College elektronikai és automatizálási diplomájával a háta mögött ötvözi technikai szakértelmét marketinges érzékével, hogy olyan célzott kampányokat hozzon létre, amelyek felgyorsítják az ügyfélszerzést és a növekedést.
Az automatizálás minden területének lelkes támogatójaként tapasztalata kiterjed a stratégiai technológiai marketingre, a technikai tartalomkészítésre, a termékmenedzsmentre és a technikai támogatásra, a beszállítói menedzsmentre, valamint a digitális marketingre.
