IO-Link Unlimited

IO-Link had aanvankelijk acceptatieproblemen. Dit is veranderd. Waarom heeft Turck zo'n uitgebreid portfolio van apparaten met IO-Link ontwikkeld?

Buda: Het efficiënt netwerken van zelfs een eenvoudige schakelaar in een machine en daarmee bidirectionele communicatie naar het veldniveau is een belangrijke use case bij Turck. IO-Link is open en veldbusonafhankelijk. Wij ondersteunen dit ook met onze Ethernet-multiprotocolstrategie in de masters. Sensoren variëren van eenvoudige naderingsschakelaars tot complexe apparaten die aanvullende informatie geven over hun bedrijfsstatus en omgevingsomstandigheden. Onze radarsensoren ondersteunen bijvoorbeeld conditiebewaking met geïntegreerde analyses van vochtigheid, trillingen, temperatuur, enz. Met IO-Link opereert Turck in een ecosysteem waarin ook gestandaardiseerde actuatoroplossingen van andere fabrikanten beschikbaar zijn. Daarom hebben wij ons aan de IO-apparaatzijde voorbereid op de actuatortechniek. Wij verbinden IO's via IO-Link met de master om eenvoudige sensorsignalen te verzamelen, maar ook om kleppen met hogere stromen te schakelen.

Seidel-Sridhavan: De acceptatie is gegroeid met de toenemende beschikbaarheid van IO-Link capabele actuatoren en veel apparaatfabrikanten hebben deze interface voor zichzelf ontdekt. Aanvankelijk wekten conditiebewaking en IIoT interesse, maar het ecosysteem was niet compleet. Vandaag hebben we het over een brede ecologie van sensoren, ventielterminals of voedingseenheden. Het is duidelijk geworden dat IO-Link niet alleen relevant is voor sensoren, I/O's en controllers. Fabrikanten hoeven geen verschillende interfaces te integreren. Gebruikers profiteren van deze ene interface, met identieke kabels, connectoren en software. 

IO-Link kreeg acceptatie toen de eerste concepten voor IIoT verschenen. In het verleden gebruikten gebruikers IO-Link om sensoren te configureren.

Buda: IIoT, condition monitoring, predictief onderhoud, procesoptimalisatie en asset management hebben de acceptatie van IO-Link een boost gegeven. Onze boodschap is altijd geweest dat IO-Link ook een kosteneffectieve infrastructuur mogelijk maakt. IO-Link communiceert via een goedkope standaardkabel. Hoewel ventielterminals of hubs ook via Industrial Ethernet in een netwerk kunnen worden opgenomen, zijn de kosten in dat geval aanzienlijk hoger, terwijl de kosten van een sensor door de integratie van IO-Link niet zijn gestegen. En de overdracht van proces-, identificatie- en toegangsgegevens vormt uiteindelijk de basis voor digital twins en asset management.

Turck biedt oplossingen van de sensor tot aan de cloud. Welke IO-Link-softwarevarianten worden gebruikt om de configuratie en bediening te ondersteunen?

Seidel-Sridhavan: Tegenwoordig implementeren we de IO-Link configuratie direct in Profinet controllers door de gegevens van de IO-Link configuratie te integreren in het Profinet GSDML bestand van de master. Dit betekent dat gebruikers hun componenten ook kunnen configureren in hetzelfde engineeringsysteem dat ze gebruiken voor de controllerwereld. We hebben ook een tool geïntegreerd in de webservers van onze componenten die toegang geeft tot de IODD Finder, een wereldwijde database van bijna alle IO-Link apparaten op de markt. De IO-Link apparaatbeschrijving is dan beschikbaar in het engineeringsysteem of in een configuratiesysteem via geautomatiseerde interfaces.

Buda: Onze webgebaseerde configuratietool heeft dezelfde interface om de IODD's automatisch uit het netwerk te laden. De tool is geschikt voor de configuratie, maar ook voor de eerste inbedrijfstelling. Dit geldt bijvoorbeeld ook voor de RFID schrijf-/leesapparaten, waarvoor de configuratie via IO-Link zeer eenvoudig is. Wij kunnen bijvoorbeeld ook webapps programmeren die het kalibreren van sensoren vergemakkelijken. We hebben dit geïmplementeerd voor onze radarsensoren, maar ook voor onze vibratiesensoren, en we breiden het gamma voortdurend uit. IO-Link profielen definiëren ook het gestandaardiseerde gedrag van individuele apparaten of klassen. Er zijn al enkele profielen, bijvoorbeeld voor smart sensoren. Dit betekent dat apparaten van hetzelfde type qua software op dezelfde manier kunnen worden behandeld, ongeacht de fabrikant.

IO-Link+ of IO-Link over Single Pair Ethernet is momenteel een hot topic. Hoe beoordeelt u de nieuwste ontwikkelingen?

Buda: De oorsprong van Single Pair Ethernet komt uit de automobielindustrie om de CAN-bus te vervangen. SPE heeft verschillende normen voortgebracht die transmissielengtes en datasnelheden definiëren die ook geschikt zijn voor gebruik in de automatisering en de procesindustrie. In de IO-Link-gemeenschap hebben we de ontwikkelingen ook van nabij gevolgd en de technologie met 10 Mbit over langere afstanden gespecificeerd als IO-Link+. Hoewel dit een ander transmissiemedium is, willen we de voordelen van IO-Link behouden. Wij willen niet concurreren met Profinet, Ethernet IP of andere Ethernet-protocollen. IO-Link+ is eerder bedoeld voor apparaatklassen die wij vandaag niet kunnen bedienen. IO-Link is beperkt tot 20 m tussen master en apparaat. De datasnelheid is ook minder dan 1 Mbit. Met de komst van IIoT-concepten zullen vaak grotere datastromen nodig zijn. Bovendien kan IO-Link vandaag niet worden gebruikt in de procesautomatisering. IO-Link+ legt hier de basis om ook gegevens te kunnen verzenden tot in de zones 0 en 1. IO-Link zal echter altijd een point-to-point verbinding blijven.

SPE en protocollen zoals Profinet zouden wel eens een alternatief voor IO-Link kunnen worden. Wat zijn de verschillen, waar liggen de grenzen en welke rol spelen de kosten?

Buda: Een van de verwachtingen van SPE is dat het sensorverbindingen mogelijk moet maken tegen vergelijkbare kosten als IO-Link. Volgens de huidige schattingen is dit echter zeer onwaarschijnlijk. Het zal ook nauwelijks mogelijk zijn om sensoren over lange afstanden en niet-afgeschermde kabels aan te sluiten. In de Profinet-gemeenschap worden met name de niet-afgeschermde tweedraadskabels als een kostenvoordeel beschouwd. SPE zal daarom waarschijnlijk niet zulke robuuste communicatie bieden als IO-Link. Er is ook een verschil aan de apparaatzijde. Er zijn complexe sensoren waarbij de communicatie-interface geen belangrijk deel van de totale kosten uitmaakt. Hier zou SPE sneller een rol moeten gaan spelen. Voor een eenvoudige sensor zal IO-Link zich doen gelden als een veldbusonafhankelijke oplossing. 

Een IO-Link-master heeft tegenwoordig vier of acht IO-Link poorten en verbindt dus tot acht apparaten via één enkele verbinding met de controller. Als ik daarentegen acht sensoren via SPE aansluit, moet ik acht afzonderlijke besturingsverbindingen beheren. Dit kost bandbreedte, ook vanwege de vereiste protocoloverhead. Aangezien elke communicatieverbinding in de controller moet worden opgezet en beheerd, vergt dit ook middelen in de vorm van geheugen en rekenkracht. 

SPE wordt geen vervanging maar een aanvulling op IO-Link. Het komt dus aan op een coëxistentie van alternatieven. Dit geldt ook voor de tegenwoordig veel gebruikte Profinet veldapparatuur en andere Ethernet-protocollen. Wij zijn ervan overtuigd dat SPE zijn plaats zal vinden als aanvulling op de momenteel beschikbare technologieën.

Seidel-Sridhavan: IO-Link biedt als technologie ook aanzienlijke mogelijkheden om nieuwe bedrijfsgebieden te ontsluiten, maar de prestaties zijn beperkt. Apparaten die een hogere datasnelheid vereisen zijn niet de focus van IO-Link. Daarom kijken we in de IO-Link-gemeenschap heel goed waar we deze technologie op een nuttige manier kunnen gebruiken, zodat de vloeistofsensor die gisteren nog perfecte gegevens leverde met IO-Link morgen niet opeens alleen met IO-Link+ wordt ontwikkeld. Ook in dit opzicht dringt de gemeenschap aan op coëxistentie. De boodschap is duidelijk, IO-Link+ is een uitbreiding en niet de opvolger van IO-Link.

Een ander onderwerp is IO-Link Safety. Welk belang hecht Turck als veiligheidsleverancier aan deze technologie?

Buda: We houden de markt nauwlettend in de gaten. Turck biedt verschillende veiligheidsproducten, vooral op het gebied van IP67 - Profisafe en hybride apparaten die veiligheidskanalen en IO-Link combineren, met een geïntegreerde uitschakelfunctie waarmee actuatoren veilig kunnen worden uitgeschakeld. Dit voldoet echter niet aan het IO-Link veiligheidsprotocol. De technologie op zich is interessant en zal IO-Link verder ontwikkelen. Wij kijken momenteel hoe het ecosysteem zich vormt. De eerste versie van de IO-Link Safety standaard werd al in 2017 afgerond. Alternatieve benaderingen zoals Profisafe over IO-Link hebben de neiging om onzekerheid te creëren. Nadat de specificatie gereed was, zijn testconcepten ontwikkeld als basis voor de ontwikkeling van het apparaat. Wij vinden IO-Link Safety ook een interessante aanpak omdat met name de veiligheidssector gekenmerkt wordt door propriëtaire sensor- en actuatorsystemen. IO-Link Safety is de eerste geharmoniseerde norm op het lagere niveau. Hierdoor krijgen we een gemengd veld van verschillende fabrikanten voor veiligheidsschakelaars en sensoren, die ook op masters van verschillende fabrikanten kunnen worden aangesloten.

Seidel-Sridhavan: In de afgelopen jaren hebben de meeste fabrikanten apparaten voor het veiligheidsgebied ontwikkeld die IO-Link koppelen aan Profisafe. Aangezien dit twee concepten zijn, heeft de IO-Link-gemeenschap dit niet ondersteund. IO-Link Safety daarentegen is onafhankelijk van Profinet, Ethercat of Ethernet IP. Bij de PNO zijn al specificaties opgesteld over hoe IO-Link Safety in Profinet kan worden geïntegreerd, en de andere organisaties zullen zeker volgen. Het is belangrijk dat fabrikanten van veiligheidssensoren en -actuatoren zich op één standaard concentreren. Een deurvergrendeling bijvoorbeeld vergde tot nu toe veel moeite op het gebied van bedrading. IO-Link Safety met zijn bidirectionele communicatie zou hier aanzienlijke voordelen opleveren.

Het interview werd afgenomen door Andreas Gees, redacteur van het vakblad elektroAutomation.