Seit mehr als 50 Jahren ist die SPS zentraler Bestandteil jedes Automatisierungssystems. Hier laufen alle Eingangssignale des Prozesses zusammen und Ausgangssignale werden auf Basis der programmierten Logik gesetzt. Moderne ethernet-basierte Echtzeitprotokolle wie Profinet, Ethernet/IP oder Ethercat bilden heute die dazugehörige Grundlage für die Kommunikation mit Sensoren und Aktoren. Doch hat sich die Welt der Automatisierung in den letzten Jahren mit rasantem Tempo weiterentwickelt. Nicht mehr alleinig geht es darum einzelne Schaltsignale mit sehr hoher Taktgenauigkeit und sehr niedrigen Zykluszeiten auszuwerten. Oft geht es heutzutage darum, durch Auswertung von Diagnose- und Zustandsdaten (die pro Tag und Anlage leicht einige Gigabyte erreichen können) die Produktivität von Anlagen weiter zu steigern. Die deterministischen Echtzeitprotokolle sind durch Hersteller- und Plattformabhängigkeiten dafür nur begrenzt geeignet. Mit den neuen IO-Link Mastern der ICE2/3-Serie will Pepperl+Fuchs einen Ausweg aus dieser Situation schaffen, in dem die Module durch die MultiLink-Technik gleichzeitig und parallel über ein deterministisches Echtzeitprotokoll und die IIoT-Protokolle OPC UA, MQTT und Rest API kommunizieren können.
Türöffner für smarte Sensorik
Als standardisierte Sensorschnittstelle ermöglicht IO-Link bereits seit vielen Jahren den Zugriff auf detaillierte Diagnose-, Identifikations- und Parameterdaten von Sensoren und Aktoren. Durch die Geräteinformationen die IO-Link dabei bereitstellt, eröffnen sich ganz neue Wege für smarte Sensorik. Bereits heute verfügen einige optoelektronische Sensoren von Pepperl+Fuchs über eine Verschmutzungserkennung und können so bei einer Verschmutzung der Linse eine Diagnosemeldung erzeugen. Im Sinne vorausschauender Wartung kann der Sensor gereinigt werden, bevor es zu fehlerhaften Messergebnissen und so zu möglichen Ausfällen in der Produktion kommt. Bei Ultraschallsensoren mit IO-Link-Schnittstelle lassen sich zudem etwa Störelemente ausblenden oder die Schallkeulenbreite komfortabel über IO-Link parametrieren und das sogar im laufenden Betrieb. So kann auf sich wechselnde Produktionsanforderungen, z.B. durch einen Wechsel des zu produzierenden Produktes, im Handumdrehen reagiert werden. Während die detaillierten IO-Link-Sensordaten bisher nur in den abgeschlossenen Steuerungssystemen vorlagen, eröffnen die Schnittstellen OPC UA, MQTT und Rest API neue Wege, diese Daten umfangreich verfügbar zu machen. Auch sie basieren im Grunde auf dem Ethernet-Standard. Allerdings sind sie weniger auf deterministische Echtzeit mit spezieller Hardware ausgelegt, sondern viel mehr auf eine Offenheit für verschiedene IT-Systeme. Damit können sämtliche Daten der Sensorik und Aktorik in computer- oder cloudbasierte Systeme eingebunden werden, ohne dass dafür Spezialhardware und -software wie bei einer SPS notwendig wäre. Etwa bei OPC UA sind entsprechende Clients, die die Schnittstelle zum Server schaffen, sowohl für verschiedene Betriebssysteme verfügbar, als auch bei den großen Cloud-Anbietern bereits direkt integriert. So soll dem Anwender ein einfacher Einstieg in die IIoT-Welt ermöglicht werden.
Beide Welten vereint
Durch die Kombination von deterministischen Echtzeitprotokoll und den IIoT-Schnittstellen in den IO-Link Mastern will der Anbieter beide Welten vereinen. Mit MultiLink können die Master so parallel in Echtzeit mit einer Steuerung kommunizieren und völlig unabhängig davon die Daten parallel in übergelagerten Systemen bereitstellen. Während den IIoT-Protokollen dabei häufig nur lesende Rechte zugestanden werden, können bei den ICE2/3-Mastern individuell pro Port auch schreibende Rechte zugewiesen werden. So kann bei Bedarf direkt aus der Cloud in den Produktionsprozess eingegriffen werden. Da dies natürlich auch Fragen zur Cybersecurity nach sich zieht, unterstützen die Module verschiedene Sicherheitsmechanismen wie Authentifizierung und Zertifikate-Management. Um den Umgang mit den Modulen aus der IT-Welt weiter zu vereinfachen verfügen die Module über einen integrierten Webserver. Sämtliche Konfigurationen des IO-Link Masters als auch aller angeschlossenen IO-Link Devices können über einen Standard-Browser und ohne zusätzliche Softwaretools durchgeführt werden.
Hybride Systeme oder Cloudsteuerung
Die Konfigurationsmöglichkeiten welche die IO-Link Master der ICE2/3-Serie bieten, lassen sich verschiedene Stufen von Steuerungskonzepten flexibel realisieren. Im Auslieferungszustand sind alle IIoT-Schnittstellen deaktiviert und nur die deterministischen Echtzeitprotokolle aktiviert. Damit können die Module einfach in klassische Automatisierungssysteme mit zentraler Steuerung eingebunden werden. Kunden können über den Webserver jedoch bei Bedarf auch OPC UA, MQTT und die Rest PI unabhängig voneinander aktivieren. Damit eröffnet sich die Möglichkeit für hybride Systeme in der die SPS den Prozess weiterhin in Echtzeit kontrolliert und die Daten über einen rein lesenden Zugriff auch in IT-basierte Systeme übertragen werden. Als letzten Schritt können den IIoT-Protokollen aber auch individuell pro Port schreibende Rechte zugewiesen werden. So können entweder hybride Systeme realisiert werden in den beide Quellen (SPS und Cloud) gleichzeitig die Ausgangsdaten setzen können, oder vollkommene IIoT-Lösungen, die völlig ohne klassische SPS auskommen. Das eignet sich vor allem dann, wenn keine deterministische Steuerung im Millisekundentakt benötigt wird. Da die IIoT-Funktionen völlig flexibel aktivier- und deaktivierbar sind, können Kunden auch ohne konkreten Anwendungsfall bereits heute ihre Anlagen entsprechend ausstatten und zu einem beliebigen Zeitpunkt neue Steuerungssysteme realisieren.
