23.07.2019

Herstellerunabhängiges Prozessdatenformat dank Smart-Sensor-Profile

Identische Prozesswerte

Dank der Edition 2 der Smart-Sensor-Profile wird die Vielfalt von IO-Link-Geräten noch einfacher zu händeln. Die neuen Profile helfen die Geräte noch schneller zu implementieren und die Daten-Semantik des IO-Link-Informationsmodells herstellerübergreifend noch detaillierter und einheitlicher zu definieren.

Autor: Elmar Büchler


Bild: Balluff GmbH

Der elektrische und mechanische Anschluss eines IO-Link-Gerätes ist für Anlagenplaner und Konstrukteure heute schon eine Routineaufgabe, denn die Spezifikation sorgt für eine einfache Anbindung. Die Gerätebeschreibung IODD (Input Output Device Description) liefert neben den elektrischen und mechanischen Ausprägungen auch detaillierte Informationen zu Hersteller, Seriennummer, Artikelnummer, Betriebszuständen und vieles mehr. Die Integration in die Steuerung jedoch ist bislang mit einem erhöhten Progammierungsaufwand verbunden. Der Grund: Prozessdaten, Parameter und Funktionen bei Sensoren, die eigentlich gleich sein könnten, sind kaum vereinheitlicht. Selbst einfache Aufgaben wie das Teachen eines Sensors - also das Einstellen von Schaltpunkten - erfolgt in der Regel noch herstellerspezifisch. Noch größer ist die Herausforderung, betrachtet man z.B. Drucksensoren. Sie erzeugen je nach Hersteller oder Sensorausführung unterschiedliche Rohwerte für identische Drücke. Um festzustellen und zu prüfen wie die Rohwerte interpretiert bzw. umgewandelt werden müssen, um den Wert in der erforderlichen Einheit zu erhalten, ist bisher immer noch ein Blick in das Handbuch nötig. Abhilfe schaffen zukünftig Smart-Sensor-Profile. Sie schreiben die in der IOOD angefangene Standardisierung fort und erleichtern die Integration als auch das Handling der Sensoren erheblich.

Geräteunabhängige Smart-Sensor-Profile

Mit dem sogenannten Common Profile wurde schon vor vielen Jahren ein Anfang gemacht. Für die Parametrierung und Diagnose wurden verschiedene Parameter festgeschrieben. Diese Parameter waren aber nur optional und nicht bindend. Einen deutlichen Schritt weiter gehen jetzt die kürzlich verabschiedeten geräteunabhängigen Smart-Sensor-Profile (SSP) der Edition 2. Mit den Profilen wird die Daten-Semantik des IO-Link-Informationsmodells herstellerübergreifend noch detaillierter und einheitlicher definiert. Jetzt haben Einstellwerte für die Parametrierung die gleiche Bedeutung und Prozesswerte lassen sich einheitlich interpretieren, was wiederum die Verarbeitung von Daten vereinfacht und die Datenqualität erhöht. Diese Vereinheitlichung hilft den Integrationsaufwand spürbar zu minimieren. Es lassen sich Profil-Funktionsblöcke statt vieler einzelner Funktionsbausteine für die Integration nutzen, was den Aufwand deutlich minimiert. Dies vereinfacht auch die herstellerübergreifende Austauschbarkeit von Komponenten, was wiederum sowohl die Flexibilität, Verfügbarkeit und Effizienz von Anlagen und Maschinen erhöht.

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Herstellerunabhängiges Prozessdatenformat

Geholfen hat dabei, dass es trotz der großen Anzahl und Vielfalt an IO-Link-Sensoren dennoch zahlreiche Gemeinsamkeiten an Funktionalitäten gibt, etwa bei Identifikation, Diagnose, Teach-in, Prozessdatenvariablen und Schaltsignalkanal. Mit den neuen Sensor Profilen wird diese Diversität besser beherrschbar. Voraussetzungen dafür sind aus Steuerungssicht eine gleichbleibende Prozessdatenschnittstelle sowie eine standardisierte Nutzung weiterer Funktionen wie Diagnose oder Identifikation. Das Smart-Sensor Profil, das direkt auf die IO-Link-Kommunikation aufsetzt, erfüllt diese Anforderungen und liefert alle Informationen wie Prozessdatenschnittstelle und Funktionen zu implementieren sind. Die erste Version von 2012 legte mit Identifikation, Diagnostik und Prozessdaten die obligatorischen Funktionsklassen wie in einem Werkzugkasten fest, während die aktuelle Version von 2019 auch die Kombination von Werkzeugen und ihre Ausprägung definiert. Dabei hat sich sie IO-Link-Community auf folgende technologieübergreifende Klassifizierung von Geräteklassen geeinigt:

  • • Binäre Sensoren mit festem Schaltpunkt (Fixed Switching Sensors, FSS)
  • • Binäre Sensoren mit einstellbarem Schaltpunkt (Adjustable Switching Sensors, dSS)
  • • Messende Sensoren (Digital Measuring Sensors, DMS)

Zudem gibt es jetzt auch ein herstellerunabhängiges Prozessdatenformat sowohl für Schalt- als auch Messgeräte. Damit folgen alle Messgrößen eines Sensors der gleichen Struktur und können so durch standardisierte Funktionsbausteine angesprochen werden. Auch wenn unterschiedliche Sensoren mit unterschiedlicher Auflösung genutzt werden, resultiert daraus eine identische Darstellung aller Prozesswerte in der Steuerung.

Vereinfachter Sensortausch

Damit ist die Austauschbarkeit der Geräte ohne Engineering-Aufwand gewährleistet. Außerdem sind die verschiedenen Profilklassen auch durch einen festen Funktionsumfang gekennzeichnet, was einen Wechsel zu einem anderen Sensorprinzip innerhalb einer Applikation sehr einfach macht. Es verursacht keinen zusätzlichen Projektierungsaufwand. Das Smart-Sensor-Profil liefert alle Informationen, wie die Prozessdatenschnittstelle und Funktionen zu implementieren sind. So kann beispielsweise ohne Veränderungen am Steuerungsprogramm ein Näherungsschalter gegen einen Füllstandssensor oder ein optischer Distanzsensor gegen einen Ultraschallsensor getauscht werden. Das Magnetfeld-Positionsmesssystem BMP und das absolute magnetcodierte Wegmesssystem BML SL1 von Balluff wurden beide gemäß dem Smart Sensor Profil entwickelt. Sie weisen eine äußerst einheitliche Datenstruktur auf und lassen sich so problemlos in vorhandene Systeme integrieren. Darüber hinaus bieten sie verschiedene vordefinierte Funktionen zur Verbesserung der präventiven oder vorbeugenden Wartungsstrategien.

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Sonderfunktionen schnell nutzen

Auch Sonderfunktionen wie etwa eine ´Out of Range´ - Fehlermeldung lassen sich so mit wenig Aufwand realisieren. Dies gilt ebenso für andere Informationen wie Status, Überlauf und Unterlauf etc. Hat man etwas Zeit in die Programmierung eines Funktionsbausteins investiert, kann man diesen auch bei anderen Sensoren des gleichen Profils verwenden. Referenzimplementierungen bzw. standardisierte Funktionsbausteine helfen dem Anwendungsprogrammierer solche bislang selten genutzten Funktionen einfach umzusetzen und ihre Verbreitung voranzubringen. Die oben beschriebenen Profile sind erst ein Anfang. Derzeit sind bei der IO-Link-Community die Kombination von schaltenden und messenden Sensoren sowie Multiprozesswert-Sensoren in der Diskussion. Auch eine Standardisierung der Aktuatoren ist in Planung.

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