DE102012014681A1 - Verwendung eines lO-Links zur Anbindung von Feldgeräten - Google Patents

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Abstract

Verwendung eines IO-Links zur Anbindung eines Feldgeräts an eine Masterbaugruppe.

Description

  • Stand der Technik
  • Im Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Automatisierungstechnik haben sich zahlreiche genormte Feldbussysteme als Alternative zur parallelen Einzelverkabelung bewährt. Dabei werden an eine zentrale Steuereinrichtung eine Mehrzahl von sogenannten Feldbusmodulen über den Feldbus angeschlossen. An die Feldbusmodule werden wiederum Endgeräte angeschlossen. Zur Verbindung der Endgeräte an die Feldbusmodule werden in jüngerer Zeit IO-Link-Verbindungen verwendet. In diesem Fall übernehmen die Feldbusmodule die Rolle des IO-Link-Masters. Endgeräte sind beispielsweise Sensoren, Aktoren, Anzeigegeräte, Bediengerät bis hin zu kleineren Antrieben an Maschinen. Bei vielen Montageanlagen überschreitet nun der Platzbedarf für eine Verkabelung und für Schaltkästen für die Elektroinstallation nicht selten den Bauraum der Handhabungsmechanik. Fast immer übersteigen die Kosten für die Arbeitszeit und den Materialaufwand der Installation der Hardware zur Signalübertragung an die Maschine die Beschaffungspreise der angeschlossenen binären Sensoren und Aktoren. Um eine aufwendige Verkabelung zu vermeiden wurde daher nicht selten aus Kostengründen auf Sensoren mit Analogsignalen oder seriellen Schnittstellen, mehrkanalige parametrierbare Sensoren oder Geräte mit Diagnosefunktionen verzichtet, selbst dann, wenn deren Einsatz sinnvoll wäre.
  • Um nun diesem Problem zu begegnen hat ein Konsortium betroffener Hersteller einen neuen Standard für eine intelligente Sensor-/Aktorschnittstelle mit der Bezeichnung „IO-Link” spezifiziert. IO-Link soll als internationaler offener Standard in der Norm IEC 61131-9 genormt werden. IO-Link-Geräte werden über Beschreibungsdateien IODD, IO-Link Device Description, beschrieben. Die IODD als Beschreibungssprache soll in der Norm ISO 15745 als offener Standard genormt werden. Ein IO-Link ist eine serielle Punkt-zu-Punkt-Verbindung für die Signalübertragung zwischen Sensoren und Aktoren und der IO-Ebene der Maschine. Grundsätzlich überträgt IO-Link Daten zwischen einem IO-Link-Master und einem angeschlossenen IO-Link-Gerät (Device) als Slave. Als IO-Link-Master stehen sowohl Feldbusmodule als auch SPS-Schnittstellenbaugruppen zur Verfügung. IO-Link ist abwärtskompatibel zu binären Standardsensoren und verwendet durchgängig ungeschirmte drei- oder fünfadrige Standardleitungen. Während Feldbusebene für die Verknüpfung einzelner Maschinen oder deren Bestandteile mit der Steuerung der Anlage verantwortlich ist, ist IO-Link der Maschinen- oder der Sensor-Aktor-Ebene zuzuordnen. Zur Feldbusebene zählen die meisten der standardisierten Feldbusse, wie sie im Maschinen- und Anlagenbau durchgängig zum Einsatz kommen. Gebräuchliche Feldbusse sind beispielsweise PROFIBUS-DP, Interbus, DeviceNet, CC-Link und CANopen. Darüber hinaus werden neuerdings auch auf Ethernet basierende Felsbusstandards wie PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT sowie Ethernet POWERLINK eingesetzt. Feldbusse sind besonders vorteilhaft bei der Überbrückung großer Entfernungen zwischen einzelnen Teilnehmern, die von mehreren 100 Metern bis zu teilweise über 10 km betragen können. Problematisch und nachteilig ist es jedoch, dass diese leistungsfähigen Bussysteme auf der Sensor-/Aktorebene praktisch wirtschaftlich nicht einsetzbar sind.
  • Neben rein funktionalen Signalen in einer Maschine sind dort auch immer Signale zu finden, die sicherheitsbezogen sind und die dem Schutz von Mensch und Maschine dienen. Gängige sichere Signale kommen von Sicherheitsgeräten und Sicherheitsschaltern, wie Türsicherheitsschaltern, Türverriegelungseinrichtungen, Lichtvorhängen, Not-Halt Schaltern usw. Im Folgenden werden unter „Sicherheitsgeräten” immer solche Sicherheitsgeräte und Sicherheitsschalter verstanden.
  • Aus der DE 10 2009 013 303 A1 ist die Verwendung IO-Links zur Anbindung von sogenannten IO-Link-Devices bekannt geworden. Diese sind an sich bekannte Sensoren und Aktoren. Die Anbindung weiterer Feldgeräte, insbesondere auch sicherheitsrelevanter Feldgeräte oder Feldgeräte, die eine Parametrisierung erfordern, geschieht im Stand der Technik nach wie vor auf konventionelle Art, d. h. durch direkte Anbindung an den Feldbus. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, auch die Anbindung und Automatisierung weiterer Feldgeräte und insbesondere auch sicherheitsrelevanter Feldgeräte weiter zu vereinfachen, insbesondere die Installationserfordernisse weiter zu vereinfachen. Darüber hinaus soll auch die Kommunikation zwischen der Masterbaugruppe und den Feldgeräten vereinfacht und verbessert werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein IO-Link verwendet wird zur Anbindung eines Feldgeräts an eine Masterbaugruppe.
  • Vorteilhafterweise wird der IO-Link verwendet, um eines oder mehrere folgender Feldgeräte an die Masterbaugruppe anzubinden:
    • – Antriebe und Frequenzumrichter;
    • – Anzeige- und Bediengeräte (HMI);
    • – bilderkennende Systeme;
    • – Netzgeräte;
    • – Türsicherheitsschalter;
    • – sicherheitsgerichtete Lichtvorhänge.
  • Im Hinblick auf eine Installationsvereinfachung, eine erhöhte Funktionalität, eine automatisierbare Parametrierung der Geräte und erweiterte Identifikations- und Diagnosemöglichkeit, ohne gleichzeitig den Material- und Installationsaufwand zu erhöhen, sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung vor, über den IO-Link wenigstens einen Gerätezustand und/oder wenigstens ein Bit Prozessdaten zum oder vom Gerät und/oder wenigstens eine Diagnoseinformation und/oder wenigstens einen Parameter zu übermitteln. Insbesondere ist im Falle von über den IO-Link angeschlossenen Netzgeräten ein Abschalten der Ausgangsspannung, auch ein sicherheitsgerichtetes Abschalten einzelner oder mehrerer Ausgangsspannungen möglich.
  • Um auch Sicherheitsgeräte auf einfache Weise anzubinden ist dabei vorgesehen, die bidirektionale Übermittlung eines Sicherheitsprotokolls zwischen Feldgerät und Masterbaugruppe über den IO-Link vorzunehmen. Dabei wird vorteilhafterweise das Sicherheitsprotokoll über IO-Link-Datenbits übermittelt, sodass die IO-Link-Verbindung als Black Channel fungiert.
  • Bevorzugt wird auch die Energieübertragung über den IO-Link vorgenommen. Die Anbindung der Feldgeräte an die Masterbaugruppe erfolgt dabei über IO-Link-Schnittstellen oder IO-Link-Adapter. Der Vorteil der Verwendung eines IO-Links zur Anbindung an Feldgeräten kann insbesondere darin gesehen werden, dass ohne Mehraufwand für das Gerät selbst oder während der Installation eine automatisierbare Parametrierung erfolgen kann, Diagnosen vorgenommen werden können, Identifikationsdaten der Feldgeräte genutzt werden können und darüber hinaus auch auf technisch einfache und auch kostengünstige Weise Sicherheitsinstallationen ermöglicht werden können. Besonders vorteilhaft ist die Vereinfachung der Verdrahtung, da IO-Link-Devices über genormte Drei- bzw. Fünfdrahtleitungen verbunden werden.
  • Durch Verwendung von IO-Link-Adaptern können an sich bekannte Feldgeräte, wie Antrieb- und Frequenzumrichter, Anzeige- und Bediengeräte (HMI), bilderkennende Systeme, Netzgeräte, Türsicherheitsschalter mit oder ohne Zuhaltefunktion, sicherheitsgerichtete Lichtvorgänge in vorteilhafter Weise an die Masterbaugruppe angebunden werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • In der Figur ist schematisch die Anbindung von Feldgeräten an eine Masterbaugruppe durch IO-Link-Adapter dargestellt.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In der Figur ist schematisch eine Masterbaugruppe 100, an die die folgenden Feldgeräte angebunden sind, dargestellt. Ein Antrieb und/oder Frequenzumrichter 200 ist über einen außenliegenden IO-Link Adapter oder eine integrierte IO-Link Schnittstelle 210 und eine IO-Link-Verbindung 220 an die Masterbaugruppe angeschlossen. Ein Anzeige- und Bediengerät 300 ist über einen außenliegenden IO-Link Adapter oder eine integrierte IO-Link Schnittstelle 310 und eine IO-Link-Verbindung 320 an die Masterbaugruppe 100 angeschlossen. Ein bilderkennendes System 400 ist über einen außenliegenden IO-Link Adapter oder eine integrierte IO-Link Schnittstelle 410 und eine IO-Link-Verbindung 420 mit der Masterbaugruppe 100 verbunden. Ein Netzgerät 500 ist über einen außenliegenden IO-Link Adapter oder eine integrierte IO-Link Schnittstelle 510 und eine IO-Link-Vebindung 520 mit der Masterbaugruppe 100 verbunden. Darüber hinaus sind sicherheitsrelevante Feldgeräte, wie ein Türsicherheitsschalter mit oder ohne Zuhaltefunktion 600 über einen außenliegenden IO-Link Adapter oder eine integrierte IO-Link Schnittstelle 610 und eine IO-Link-Verbindung 620 mit der Masterbaugruppe 100 verbunden. Ein sicherheitsgerichteter Lichtvorhang 700 ist über einen außenliegenden IO-Link Adapter oder eine integrierte IO-Link Schnittstelle 710 und eine IO-Link-Verbindung 720 mit der Masterbaugruppe 100 verbunden. Zwischen den letztgenannten Geräten und der Masterbaugruppe 100 werden sicherheitsbezogene Signale bidirektional übertragen. Dies kann dadurch geschehen, dass die IO-Link-Datenbits, die über das an sich bekannte IO-Link-Protokoll übertragen werden als sogenannter Black Channel fungieren, über den Sicherheitsprotokolle mit einem für ein solches Sicherheitsprotokoll typischen Datenbit-Satz übertragen werden. Hierzu werden Datenbitbereiche der IO-Link-Datenbits für die Übertragung des Sicherheitsprotokolls verwendet. Auf diese Weise kann eine an sich bekannte IO-Link-Verbindung zur Übertragung eines Sicherheitsprotokolls verwendet werden, ohne dass die IO-Link-Verbindung in irgendeiner Weise geändert werden müsste oder diese etwas von der Übertragung des Sicherheitsprotokolls „merkt”. Sie wird gewissermaßen als transparenter Kanal verwendet, der auch als „Black Channel” bezeichnet wird.
  • Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es, an sich bekannte Feldgeräte auf sehr vorteilhafte Weise durch Verwendung von IO-Links und Masterbaugruppen anzubinden. Damit kann die volle Funktionalität der Feldgeräte ohne Mehraufwand für das Gerät selbst oder in Bezug auf die Installation genutzt werden. Es können auch über die IO-Link-Verbindung Parameter zur Parametrierung der Feldgeräte, Diagnosedaten zur Bestimmung des Gerätezustands oder von Diagnoseinformationen oder Abschaltsignale übermittelt werden. So können beispielsweise im Falle des Netzgeräts 500 über die IO-Linkschnittstelle 510 Signale zur Abschaltung der Ausgangsspannung, auch Signale zum sicherheitsgerichteten einzelner oder mehrerer Ausgangsspannungen übermittelt werden. Darüber hinaus können Identifikationsdaten der Geräte übermittelt werden und schließlich können auch auf einfache Weise Sicherheitsprotokolle übermittelt werden, sodass auf technisch einfache und damit auch preisgünstige Weise Safety-Installationen ermöglicht werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009013303 A1 [0004]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Norm IEC 61131-9 [0002]
    • Norm ISO 15745 [0002]

Claims (13)

  1. Verwendung eines IO-Links zur Anbindung eines Feldgeräts an eine Masterbaugruppe.
  2. Verwendung eines IO-Links nach Anspruch 1, wobei eines oder mehrere der folgenden Feldgeräte an die Masterbaugruppe (100) angebunden werden: – Antriebe und Frequenzumrichter (200); – Anzeige- und Bediengeräte (HMI) (300); – bilderkennende Systeme (400); – Netzgeräte (500); – Türsicherheitsschalter (600); – sicherheitsgerichtete Lichtvorhänge (700).
  3. Verwendung eines IO-Links nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei über den IO-Link wenigstens ein Bit Prozessdaten zum oder vom Gerät, und/oder wenigstens eine Diagnoseinformation und/oder wenigstens ein Parameter übermittelt werden.
  4. Verwendung eines IO-Links nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Bit Prozessdaten zum oder vom Gerät ein Signal zum Abschalten der Ausgangsspannung, insbesondere zum sicherheitsgerichteten Abschalten einzelner oder mehrerer Ausgangsspannungen des Netzgerätes (500) bilden.
  5. Verwendung eines IO-Links nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei eine bidirektionale Vermittlung eines Sicherheitsprotokolls zwischen Feldgerät (200, 300, 400, 500, 600, 700) und Masterbaugruppe (100) erfolgt.
  6. Verwendung eines IO-Links nach Anspruch 5, wobei das Sicherheitsprotokoll über IO-Link-Datenbits übermittelt wird, sodass die IO-Link-Verbindung als Black-Channel fungiert.
  7. Verwendung eines IO-Links nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei eine Energieversorgung über den IO-Link erfolgt.
  8. Antrieb und Frequenzumrichter (200) mit einer IO-Link-Schnittstelle oder einem IO-Link-Adapter (210).
  9. Anzeige- und Bediengerät (300) mit einer IO-Link-Schnittstelle oder einem IO-Link-Adapter (310).
  10. Bilderkennendes System (400) mit einer IO-Link-Schnittstelle oder einem IO-Link-Adapter (410).
  11. Netzgerät (500) mit einer IO-Link-Schnittstelle oder einem IO-Link-Adapter (510).
  12. Türsicherheitsschalter (600) mit oder ohne Zuhaltung mit einer IO-Link-Schnittstelle oder einem IO-Link-Adapter (610).
  13. Sicherheitsgerichteter Lichtvorgang (700) mit einer IO-Link-Schnittstelle oder einem IO-Link-Adapter (710).
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