Vom Sensor bis in die Cloud mit IO-Link und OPC UA

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Vielschichtiger Mehrwert für Unternehmen

Vom Sensor bis in die Cloud mit IO-Link und OPC UA
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IO-Link Master mit OPC UA-Schnittstelle
Archiv | 30.09.2021 | • IO-Link Master mit OPC UA-Schnittstelle • Transparenter Datenfluss • Vorausschauende Wartungskonzepte

Die Kombination von IO-Link und OPC UA in einem Geräte eröffnet völlig neue Wege für eine durchgängige Kommunikation vom Sensor bis in die Cloud. Hierdurch eröffnen sich vielschichtige Vorteile für Unternehmen - Nicht nur die Anlagenverfügbarkeit kann durch vorausschauende Wartungskonzepte erhöht werden, auch die gesamte Supply-Chain kann durch die gewonnene Transparenz optimiert werden. So können Produkte selbst in der Losgrösse Eins effizient und termingetreu gefertigt werden. 

Obwohl es durch Standardtechnologien wie IO-Link und OPC UA längst möglich ist eine lückenlose Datenkommunikation vom Sensor in der untersten Feldebene zur global erreichbaren Cloud zu realisieren, sieht die Realität in der Industrie anders aus. Durch die bisher starren Hierarchieebenen der Automatisierungspyramide, die sich über die Zeit zunehmend verhärtet haben, wird gerade eine Integration der IIoT-Protokolle wie OPC UA, MQTT oder der REST API in der industriellen Praxis ausgebremst. Doch gerade die mit IIoT einhergehende Transparenz bis zum Sensor eröffnet Unternehmen eine Vielzahl von Möglichkeiten die eigenen Betriebsabläufe zu optimieren und so den eigenen Erfolg langfristig zu sichern.  

IO-Link standardisiert die Sensorkommunikation

Mit mittlerweile 15,9 Millionen installierten IO-Link Knoten zu Beginn des Jahres 2020, was nach 2019 erneut einer Steigerungsrate von rund 40% im Vergleich zum Vorjahr gleichkommt, etabliert sich IO-Link zunehmend als die Sensorschnittstelle im Feld. Auf der Hand liegen die Vorteile gegenüber klassisch digital schaltender Sensorik und Aktorik, die letztlich nur ein einzelnes Bit an Informationen bereitstellen. Im Gegensatz dazu ermöglicht die standardisierte Sensorschnittstelle IO-Link (IEC 61131-9) den Zugriff auf detaillierte Informations-, Diagnose- und Parameterdaten eines Sensors bzw. Aktors. Bereits heute verfügen einige optische Sensoren von Pepperl+Fuchs über eine Verschmutzungserkennung und können so bei einer Verschmutzung der Linse eine Diagnosemeldung erzeugen. Hierdurch kann eine vorausschauende Wartung realisiert werden, bei der der Sensor gereinigt wird, noch bevor es durch Verschmutzung zu fehlerhaften Messergebnissen und so zu möglichen Ausfällen in der Produktion kommt.

OPC UA ermöglicht durchgängige Kommunikation bis in die Cloud

Während die detaillierten IO-Link Sensordaten bisher nur in den abgeschlossenen Steuerungssystemen vorlagen, auf die ein externer Datenzugriff kaum möglich ist, eröffnet OPC UA neue Wege diese Daten umfangreich verfügbar zu machen. Bei OPC UA handelt es sich um einen ethernet-basierten Kommunikationsstandard, der vor allem durch seine Hersteller-, Programmiersprachen- und Plattformunabhängigkeit überzeugt, wodurch Kunden eine maximale Flexibilität bei der Gestaltung ihrer IoT-Systeme erhalten. Entsprechende OPC UA Clients, welche die Schnittstelle zum OPC UA Server schaffen sind sowohl für verschiedene Betriebssysteme verfügbar, als auch bei den grossen Cloud-Anbietern bereits direkt integriert. Durch die Unabhängigkeit von OPC UA sind Kunden allerdings auch völlig frei eigene Schnittstellen zu entwickeln. Entsprechende unterstützende Development-Kits sind hier bei der OPC Foundation verfügbar. So können die Daten eines OPC UA Servers ganz einfach an computer- oder cloudbasierte Systeme übertragen werden und damit Entscheidungsträgern global zur Verfügung gestellt werden.

Aufgabenteilung zwischen SPS und Cloud

Als erster Hersteller kombiniert Pepperl+Fuchs die Vorteile von IO-Link und OPC UA in einem Gerät. Durch die Kombination von OPC UA und IO-Link in einem Gerät, können die neuen IO-Link Master der ICE2- bzw. ICE3-Serie die IO-Link Sensordaten an übergelagerte PC-basierte Systeme oder einer Cloud kommunizieren. Da die IO-Link Master parallel und völlig unabhängig davon auch die deterministischen Feldbusprotokolle PROFINET und EtherNet/IP unterstützen können damit auch weiterhin klassische steuerungsgebundene Applikationen realisiert werden. So sind hybride Systeme möglich in denen die SPS die Applikation über PROFINET oder EtherNet/IP in Echtzeit steuert und der IO-Link Master parallel Zustandsdaten über OPC UA in die Cloud überträgt, die für die Steuerung zwar ohne Belang sind, für eine andere Maschine oder ein zentrales Leitsystem aber einen Mehrwert bedeuten. Ob die Cloud im Firmennetzwerk oder im Internet lokalisiert ist, unterliegt der Entscheidung des Anwenders, ebenso wie die Einstellung des Sicherheitsniveaus. Hierfür unterstützen die IO-Link Master sowohl Authentifizierungsmechanismen als auch ein Zertifikate-Management.

Vielschichtiger Mehrwert durch die Kombination von IO-Link und OPC UA

Doch wo liegt nun der Mehrwert eines durchgängigen Datenstroms aus der untersten Feldebene bis in globale Cloudsysteme? So wie hier die Daten verschiedene Kommunikationsebenen durchlaufen, ergibt sich auch ein Mehrwert auf verschiedenen Ebenen bzw. entlang der gesamten Angebotskette. Wie bereits im Absatz zu IO-Link erwähnt ergibt sich ein Mehrwert direkt in der Analgenverfügbarkeit. Wie beschrieben lassen sich durch die verbesserte Datenlage bzgl. der Diagnose vorausschauende Wartungskonzepte realisieren. Kommt es dennoch zu unerwarteten Ausfällen ermöglicht die Data-Storage-Funktionalität von IO-Link auch eine automatische Parametrierung des Austauschgerätes. Welches Gerät dabei vom Defekt betroffen ist, kann über die Identifikationsdaten einfach bestimmt werden, so kann auch ein automatischer Bestellvorgang beim entsprechenden Lieferanten realisiert werden. All das erhöht die Verfügbarkeit von Analgen und damit auch deren Kapazität, was eines der zentralen Ziele der Wartung bzw. Instandhaltung ist. Auch für die Produktionsplanung ergeben sich ganz neue Wege, indem eine effiziente Produktion selbst in der Losgrösse Eins realisiert werden kann. Durch den lesenden wie auch schreibenden Zugriff auf Parameterdaten der Sensorik und Aktorik können diese automatisch und von überall an sich ändernde Produktionsanforderungen angepasst werden, ohne das ein manueller Rüstvorgang notwendig ist. Was dabei in welcher Menge zu produzieren ist, kann über einen Webshop, über den der Endkunde seine Bestellung tätigt, direkt in die Produktion übertragen werden. Doch auch für die weitere Supply Chain ergeben sich Vorteile. So können die Daten aus der Produktion Entscheidungsträgern global zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise durch RFID-Reader mit IO-Link-Schnittstelle können Bauteile und Produkte eindeutig identifiziert werden. Logistikplaner erhalten so fundierte Daten und können Liefertermine verlässlich bestimmen.

Bereit für die digitale Zukunft

Die hierbei skizzierten Vorteile einer durchgängigen Datenverfügbarkeit vom Sensor bis in die Cloud und die damit einhergehende Transparenz für Unternehmen geben nur einen kleinen Einblick in die digitale Zukunft. Erst wenn die in vielen Unternehmen bereits laufenden Pilotprojekte Einzug in die industrielle Praxis finden, wird das enorme Potential von IIoT-Lösungen wirklich ersichtlich. Doch mit den neuen IO-Link Mastern mit integrierter OPC UA-Schnittstelle können Kunden sich bereits heute optimal auf die Digitalisierung ihrer Anlagen vorbereiten. Die OPC UA Funktionalität kann dabei völlig flexibel und zu jedem Zeitpunkt aktiviert und deaktiviert werden. So können Kunden bereits heute, ohne konkreten Anwendungsfall für OPC UA, ihre Anlagen entsprechend ausstatten und zu einem beliebigen Zeitpunkt in der Zukunft das volle Potential von IIoT freischalten.

Rubriken: IO-Link, Automation

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