IO-Link Wireless: So gelingt industrielle Kommunikation

IO-Link Wireless, der Gamechanger? Die Nutzung des Kommunikationsstandards IO-Link ist für Maschinen- und Anlagenbauer schon durch die durchgängige Normung von großem Wert. Zusätzlich können sie durch geringere Komplexität Kosten reduzieren, die Zeiten der Inbetriebnahme verkürzen, bessere Wartungskonzepte anwenden und die Produktivität erhöhen.

Daten von Sensoren zuverlässig übermitteln

Der Auswahl von Sensoren sind dabei kaum Grenzen gesetzt, die möglichen Anwendungsfälle sind mannigfaltig. Und der Bedarf an solchen Sensoren ist groß, denn Daten und deren Analyse sind essenziell für den effi­zienten und zuverlässigen Betrieb von Fabriken weltweit. Außerdem sind sie Basis eines stetig wachsenden Geschäftsbereiches digitaler Dienstleistungen wie Predictive Maintenance, Manufacturing-as-a-Service oder Condition Monitoring.

Sensor-Anbindung bisher über Kabel

Die Anbindung der IO-Link-Sensoren war bisher nur über dedizierte Kabel möglich. Das hat den Nachteil, dass der Aufbau von Maschinen und Anlagen kompliziert war, sowohl bei einer Neukonzeption als auch bei einer Nachrüstung, Planung, Kabelmanagement und auch Materialkosten sind nicht zu unterschätzende Kostenfaktoren. Zudem stellen Kabel ein gewisses Risiko dar, da sie – je nach Beanspruchung – beschädigt oder gar brechen können. Das kann zu unvorhergesehenen Schäden, Unkosten, Ausfallzeiten oder zu einem erhöhten Wartungsbedarf führen. In besonders kritischen Bereichen der Lebensmittel- und Pharmaindustrie sind Kabel darüber hinaus auch ein potenzieller Faktor für Verunreinigungen, die nicht hinnehmbar sind.

Hilscher stellt einen der ersten IO-Link Wireless Master vor

Das Hattersheimer Unternehmen Hilscher weitet nun den Wirkungsbereich des etablierten IO-Link-Standards auf das drahtlose Spektrum aus und eröffnet dadurch Anlagenbetreibern und Maschinenbauern neue Möglichkeiten, ihre Produktion unkompliziert und zuverlässig mit industriellen Sensoren und Aktoren zu vernetzen. Der Spezialist für industrielle Kommunikationstechnik gehört zu den Pionieren der drahtlosen IO-Link-Technologie und hat mit dem netFIELD Device IO-Link Wireless Master eines der ersten Real-Time-Ethernet-zu-IO-Link-Wireless-Gateways entwickelt.

Der Master nutzt die IO-Link-Wireless-Techno­logie, welche auf dem herkömmlichen drahtgebundenen IO-Link-Standard nach IEC 61131-9 ­basiert. Anwender können dadurch auf bewährte und vor allem bereits bekannte Technologie vertrauen und diese ohne große Mühe in ihre Systeme integrieren oder darauf neue konzipieren. Mit seinen zwei Transmission-Tracks ist Hilschers IO-Link Wireless Master in der Lage, bis zu 16 Sensoren und Aktoren zu vernetzen.

Industrie erprobt bereits den Einsatz von IO-Link Wireless

„Generell macht die Anwendung von drahtlosen Technologien wie IO-Link Wireless vor allem in jenen Bereichen Sinn, in denen es schwer möglich ist, eine kabelgebundene Datenverbindung aufzubauen und auch zuverlässig aufrecht zu erhalten,“ sagt Dr. Maik Fiedler, Leiter Geschäftsfelder ­Vakuum-Automation und Handhabung bei der ­ J. Schmalz GmbH aus Glatten im Schwarzwald. Der Marktführer für Automatisierungslösungen mit Vakuum sowie für ergonomische Handhabungssysteme ist bei der Erprobung drahtloser Technologien zur Anbindung von Maschinen sowie der darin verbauten Sensoren und Aktoren im industriellen Umfeld ganz vorne mit dabei.

Die 24-Volt-Stromversorgung, welche für die IO-Link-Sensoren und -Aktoren nötig ist, stelle kein Problem dar, da diese sowieso an den Robotern vorhanden sei, führt Dr. Maik Fiedler weiter aus. Dass drahtlose Technolo­gien kabelgebundene Lösungen komplett verdrängen werden, glaubt der Experte allerdings nicht. Vielmehr würden IO-Link und IO-Link Wireless ergänzend zueinander koexistieren. „Mögliche Anwendungsbereiche für IO-Link Wireless sind unter anderem kollaborative Roboter, da diese in vielen Fällen keine einheitlichen Schnittstellen haben und ihre Anbindung in ein industrielles Kommunikationsnetzwerk sehr umständlich sein kann,“ fügt Dr. Maik Fiedler hinzu. IO-Link-Wireless-Schnittstellen könnten eine zuverlässige und preiswerte Alternative sein, solche Roboter zu integrieren.

Hilscher nutzt seine Erfahrung in industrieller Kommunikation

Hilschers IO-Link Wireless Master lässt sich sowohl in Profinet- als auch in EtherNet/IP-Netzwerke integrieren. Weitere Varianten wie EtherCAT sind bereits beim Hattersheimer Familienunternehmen in Planung. Anwender können auch den integrierten OPC-UA-Server zur Anbindung an ihr Netzwerk nutzen. Über diesen lassen sich Firmware-Updates durchführen und grundlegende ­Diagnosedaten und Geräteinformationen abrufen wie die installierte Firmware-Version, an die Slots angeschlossene Geräte oder deren Konfigurationsdateien. Ein MQTT-­Client steht ebenfalls zur Verfügung.

Die Inbetriebnahme erfolgt entweder durch den integrierten Webserver oder direkt über die jeweiligen Engineering-Tools der ­Automatisierungssysteme. Optional bietet Hilscher ein IO-Link-Konfigurations­tool für die Wireless-Geräte an, mit dem Anwender den IO-Link Wireless Master sowie die Wire­less-Geräte einfach und zuverlässig konfigurieren können.

Verlässliche Technologie durch starke Partner

Als Gegenpart dient die netFIELD ­Device ­IO-Link Wireless Bridge, die von ­Hilschers Technologiepartner CoreTigo entwickelt wurde. Die IO-Link Wireless Bridge des israelischen Spezialisten für hochverfüg­bare, drahtlose Industriekommunikationslösungen benötigt lediglich eine 24-Volt-Spannungsversorgung, um die Daten der verbundenen IO-Link-Sensoren oder ­-Aktoren, drahtlos und IO-Link-Wireless-konform, bidirektional übertragen zu können.

Mit dem Scan-Service des Wireless Masters werden in wenigen Schritten nicht gekoppelte Wireless-Geräte erkannt und mit dem Pairing-Dienst dem Master zugeordnet. Diese Funktionen entsprechen einer logischen Kabelverbindung und sind denkbar einfach umgesetzt.

Der IO-Link-Standard nutzt für die drahtlose Kommunikation das 2,4-GHz-ISM-Band mit einer Aufteilung der Frequenzkanäle im Abstand von einem MHz. Die daraus resultierende Koexistenz mit anderen Funksystemen, beispielsweise WLAN, lässt sich durch einen Blacklisting-Mechanismus erreichen. Dabei können die für die IO-Link-Wireless-Kommunikation ungenutzten Frequenz-­Kanäle ausgeschaltet werden. Durch das integrierte Frequenz-Hopping wirkt der Wire­less Master Interferenzen entgegen.

IO-Link Wireless: Nutzung neuer Technologien kann erfolgsentscheidend sein

Drahtlose Technologien bieten ohne Zweifel zahllose Vorteile für Anlagenbetreiber und Systemintegratoren. Bisher wurden die Wireless-Technologien vor allem durch ihre fehlende Zuverlässigkeit und den Mangel an zugänglicher Hard- und Software ausgebremst. Doch die Nachfrage steigt zunehmend: Roboterarme mit hohen Freiheitsgraden, intelligente Sensoren und Aktoren, unbemannte autonome Transportvehikel oder Bereiche, in denen sich Kabel schlichtweg nicht platzieren lassen, zum Beispiel aufgrund von Platzmangel oder regulatorischen Vorgaben. Die Anzahl der Sensoren, die zu übertragende Datenmenge sowie ihre Nutzung wird in modernen Fabriken stetig zunehmen und kann im Zweifel über Erfolg und Misserfolg von Unternehmen mitentscheiden.

Der Autor Gordon Göhrmann ist Produktmanager für netFIELD Device bei der Hilscher Gesellschaft für Systemauto­mation mbH aus Hattersheim.

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