Die nächste Stufe der Dezentralisierung

Wo hat sich IO-Link bisher durchgesetzt und wo ist noch Potenzial?

Sai Seidel-Sridhavan: Im Automobilbau, bei Zulieferern und im Maschinenbau ist IO-Link inzwischen weitgehend Standard. Auch in der Pharmaindustrie sehen wir international eine hohe Verbreitung. Anders sieht es in Teilen der Prozessindustrie aus, etwa bei Anwendungen mit Explosionsschutz. Auch in der Intralogistik sind die typischen Linientopologien mit langen Förderstrecken nicht unbedingt ideal für die sternförmige IO-Link-Struktur. Aber auch dort verändert sich der Markt. Bei neuen Maschinen ist IO-Link heute eigentlich keine grundsätzliche Technologieentscheidung mehr, sondern wird häufig vorausgesetzt. Im Brownfield hängt der Einsatz stärker von der bestehenden Infrastruktur ab.

Welche Konsequenzen hat das für die Entwicklung neuer Sensoren?

Dustin Küpper: Wir entwickeln kaum noch Sensoren ohne IO-Link. Natürlich gibt es weiterhin analoge Schnittstellen oder Speziallösungen. Durch die Parametrierung können wir aber viele bisher getrennte Varianten in einem Gerät zusammenfassen. Das vereinfacht Fertigung und Ersatzteilhaltung. Ein Sensor lässt sich so für unterschiedliche Aufgaben nutzen.

Zur SPS stellen Sie die neue Efficiency Line vor. Was unterscheidet sie von den bisherigen I/O-Blockmodulen?

Aurel Buda: Viele unserer Module sind vollständig vergossen und für hohe mechanische Belastungen ausgelegt. Diese Robustheit ist aber nicht überall erforderlich. Die Efficiency Line verzichtet auf den Vollverguss und ist auch elektronisch kostenoptimiert ausgelegt. Sie bleibt für industrielle Umgebungen geeignet, erreicht jedoch nicht die Schock- und Vibrationsfestigkeit der Performance Line. Unterschiede gibt es auch bei der Versorgung: Statt 2 oder 4A stehen je nach Ausführung beispielsweise 1A oder 500mA zur Verfügung. Für viele fest installierte Anwendungen, etwa in der Intralogistik, genügt das.

Mit der Cleanline adressieren Sie dagegen besonders anspruchsvolle Umgebungen?

Buda: Hier stehen andere Anforderungen im Vordergrund. In der Lebensmittel- und Pharmaindustrie müssen Gehäuse hygienegerecht gestaltet und gegenüber Reinigungsmitteln beständig sein. Deshalb setzen wir auf entsprechende Gehäuseformen mit Edelstahlkomponenten und geprüfter Reinigungsbeständigkeit, unter anderem gegenüber Ecolab-Mitteln. Die neue Clean Line umfasst IO-Link-Master, digitale I/O-Module und Ethernet-Switches. Damit lässt sich die dezentrale Installation auch in hygienisch sensiblen Bereichen ausbauen.

Ein weiteres neues Modul kombiniert dezentrale Energieverteilung mit elektronischer Absicherung. Was ist der technische Hintergrund?

Buda: Mit der eFuse TBIF bringt Turck die sichere Energieversorgung ins Feld. Über M12-Power mit L-Codierung lassen sich bis zu 16A übertragen. Viele angeschlossene Feldgeräte sind nur für 4A ausgelegt. Der Übergang auf kleinere Steckverbinder und Leitungsquerschnitte erfordert eine entsprechende Absicherung. Unser neues IP-geschütztes Power-Verteilungsmodul besitzt mehrere Abgänge, die je nach Variante mit elektronischen Sicherungen ausgestattet sind. Optional lässt sich das TBIF über IO-Link konfigurieren und überwachen. Dann können beispielsweise Sicherungen zurückgesetzt und Zustandsinformationen ausgelesen werden.

Entfällt also ein Teil der bislang notwendigen Schaltschranktechnik?

Buda: Genau. Bisher werden solche Aufgaben häufig mit separaten Sicherungskomponenten im Schaltschrank oder zusätzlichen Verteilern gelöst. Wir können die Energie jetzt dort verteilen und absichern, wo sie benötigt wird. Das ist beispielsweise für Kameras, dezentrale Antriebe oder elektropneumatische Komponenten interessant.

Auch für die Intralogistik gibt es neue Module. Wie entwickeln Sie dort das Portfolio weiter?

Buda: Wir haben bereits dezentrale IP67-Steuermodule für vier Motorrollen im Programm. Zusätzlich konnten bislang vier konventionelle Sensoren oder Aktoren angeschlossen werden. Die neue Variante besitzt darüber hinaus zwei IO-Link-Masterports. Damit lassen sich etwa Barcodeleser oder zusätzliche Signale über IO-Link-Hubs direkt an der Förderstrecke einbinden. Das Modul bildet somit eine kleine dezentrale Automatisierungsinsel für Antriebstechnik, Sensorik und Kommunikation. Die zwei Ports entsprechen dem derzeitigen Bedarf, den wir mit Anwendern ermittelt haben.

Herr Küpper, welche Sensorneuheiten bringen Sie zur Messe mit?

Küpper: Ein Beispiel ist unser induktiver Doppelblechsensor für Presswerke und die Metallverarbeitung. Er erkennt, ob zwei Bleche übereinanderliegen. Die bisherige Lösung war auf Stahl in einem engen Dickenbereich beschränkt. Beim neuen Sensor lassen sich Material und Blechdicke über IO-Link einstellen. Das ist wichtig, wenn eine Presse viele verschiedene Teile und Materialstärken verarbeitet. Ein Sensor deckt damit Anwendungen ab, für die bislang unterschiedliche Varianten nötig waren.

Gibt es weitere Sensorneuheiten?

Küpper: Ja, bei unserem neuen induktiven Ringsensor können wir beispielsweise zwischen statischem und dynamischem Betrieb wählen. Im statischen Betrieb bleibt das Ausgangssignal aktiv, solange sich Metall im Erfassungsbereich befindet. Im dynamischen Betrieb erzeugt der Sensor einen definierten Impuls, etwa wenn Schrauben schnell durch den Ring fallen. Das Schaltverhalten und weitere Parameter lassen sich konfigurieren. Zusätzliche Einstellmöglichkeiten über Potenziometer oder Teach-Eingänge bleiben erhalten. Nicht jeder Anwender möchte einfache Einstellungen per IO-Link-Verbindung ändern.

Welche Rolle spielen Messdaten jenseits des reinen Schaltsignals?

Küpper: Die wird größer. Wir haben beispielsweise einen Vibrationssensor, der Rohdaten in einstellbaren Zeitfenstern per IO-Link-BLOB-Transfer bereit stellt. Das eröffnet Möglichkeiten für detailliertere Schwingungsanalysen. Entscheidend ist aber, die Daten verständlich aufzubereiten. Bei komplexen Sensoren reichen einzelne Zahlenwerte oft nicht aus, um das Verhalten in einer Anwendung zu beurteilen.

Dafür bietet die Turck Automation Suite (TAS) spezielle Monitore. Was können diese?

Küpper: Bei ausgewählten Sensoren visualisiert TAS die Messdaten direkt. Der Radarmonitor zeigt beispielsweise erkannte Objekte und ihre Positionen. Beim Magnetfeldsensor sehen wir die drei Achsen und den resultierenden Wert als zeitlichen Verlauf. Das erleichtert es, einen Sensor auszurichten, Schaltschwellen zu bestimmen und die Eignung für eine Anwendung zu prüfen. Man muss nicht erst Prozessdaten interpretieren oder eine eigene Visualisierung programmieren.

Buda: Das ist besonders während der Konstruktion und Inbetriebnahme hilfreich. Ein Entwickler kann mit Notebook, IO-Link-Master und Sensor am realen Aufbau ausprobieren, welcher Einbauort funktioniert. Früher musste dafür häufig ein SPS-Programmierer ein Testprogramm erstellen. TAS ersetzt keine physikalische Simulation, erleichtert aber diesen praktischen Proof of Concept erheblich. Vergleichbare Hilfen haben wir zunächst für RFID entwickelt, etwa zur Beurteilung von Empfangsstärke und Lesequalität.

Wie grenzen sich TAS Desktop und TAS Edge voneinander ab?

Buda: TAS Desktop ist das Werkzeug für Engineering, Parametrierung, Diagnose und Inbetriebnahme. Dazu gehören auch Netzwerkadressen, Gerätenamen und die Konfiguration größerer Installationen. TAS Edge ist für den dauerhaften Betrieb gedacht. Dort lassen sich Daten langfristig erfassen, vorverarbeiten und an übergeordnete Systeme weitergeben. Wer einen Sensor lediglich testen oder einstellen will, benötigt nicht dieselbe Infrastruktur wie für ein kontinuierliches Monitoring.

Parallel dazu bringen Sie IO-Link-Master mit integrierter IoT-Kommunikation auf den Markt. Was unterscheidet diese von bisherigen Lösungen?

Seidel-Sridhavan: Die IO-Link-Master unterstützen MQTT und MQTTS unmittelbar im Gerät. Sensordaten können damit ohne zusätzliche zentrale Steuerung direkt an ein MES, eine lokale Anwendung oder eine Cloud übertragen werden. Wir bereiten die Werte strukturiert auf: Statt eines Rohwerts mit unbekannter Skalierung erhält das Zielsystem beispielsweise einen Temperaturwert mit Einheit. Das ist gerade für IT-Anwendungen deutlich einfacher weiterzuverarbeiten. Auch das Schreiben von Daten über MQTT ist möglich, sofern die Anwendung keine harte Echtzeit verlangt.

Wie berücksichtigen Sie dabei die Anforderungen an IT-Sicherheit und unterschiedliche Datenformate?

Seidel-Sridhavan: MQTTS unterstützt TLS-Verschlüsselung und Zertifikate; unsichere Kommunikationswege können abgeschaltet werden. Für einen Kunden haben wir zudem die Übertragung über WebSockets umgesetzt, damit nur ein Firewall-Port geöffnet werden muss. Bei den Nachrichtenformaten gibt es neben JSON auch Sparkplug und kundenspezifische Anforderungen. Deshalb laufen Funktionen wie Formatierung, Filterung und statistische Vorverarbeitung in einer isolierten Runtime auf dem Master. Unser Softwareteam kann sie unabhängig von der Kernfirmware weiterentwickeln.

Wird damit nicht auch die Konfiguration komplexer?

Seidel-Sridhavan: Der Anwender soll davon möglichst wenig merken. Er wählt in TAS die relevanten Datenpunkte und Funktionen aus, beispielsweise eine Grenzwertüberwachung oder stündliche Minimal-, Maximal- und Mittelwerte. Die Verarbeitung übernimmt der Master. Gleichartige Konfigurationen lassen sich zudem auf mehrere Geräte übertragen. So können wir neue Funktionen schneller bereitstellen, ohne dass der Automatisierer selbst programmieren muss.

Wie verändert das die Aufgabenteilung zwischen Steuerung und IT?

Seidel-Sridhavan: Wir beobachten, dass mehr Intelligenz in MES-Systeme wandert. Diese übernehmen beispielsweise Aufgaben der Ablauf- und Materialflusssteuerung, während an einzelnen Arbeitsplätzen nur noch eine überschaubare lokale Logik benötigt wird. Die Verbindung kann über MQTT erfolgen. Bisher haben wir solche Architekturen unter anderem mit Codesys-basierten Steuerungen realisiert. Jetzt bringen wir Kommunikations- und Auswertefunktionen zunehmend direkt auf die Feldebene. Entscheidend bleibt, welche Aufgabe lokal und welche übergeordnet sinnvoll gelöst wird.

Inwieweit spielen Cloud und KI bei der Auswertung dieser Daten bereits eine Rolle?

Seidel-Sridhavan: Die Voraussetzung ist zunächst, dass Daten nicht nur erfasst, sondern auch mit ihrem jeweiligen Kontext bereitgestellt werden. Genau hier bietet IO-Link Vorteile, weil Geräte neben Messwerten auch zusätzliche Informationen liefern können. Darauf lassen sich Dashboards, Analysen und weiterführende Modelle aufbauen. Wir beschäftigen uns mit solchen Anwendungen unter anderem bei der Zustandsüberwachung, aber auch in der Intralogistik und bei RFID. Allerdings ist nicht jede Anwendung automatisch ein KI-Anwendungsfall. Entscheidend ist, welche Informationen der Kunde benötigt und welchen Nutzen die Auswertung im konkreten Prozess bringt.