IO-Link – Definition und Übertragungsverfahren

Sowohl bei einfachen binären als auch bei komplexen intelligenten Geräten erfüllt IO-Link alle Voraussetzungen, um sich als Standard-Schnittstelle für den Anschluss von Sensoren und Aktoren auf Maschinenebene zu etablieren. Doch was bedeutet IO-Link überhaupt und wie funktioniert das Übertragungsverfahren?

IO-Link – Definition und Systemaufbau

Der Markenname IO-Link ist ein Kommunikationssystem zur Anbindung intelligenter Sensoren und Aktoren an ein Automatisierungssystem. Es ist die erste weltweit standardisierte IO-Technologie in der Norm IEC 61131-9. Grundlage für die leistungsfähige Punkt-zu-Punkt-Kommunikation ist der schon länger bekannte 3-Leiter-Sensor und Aktor-Anschluss ohne weitere zusätzliche Anforderungen an das Kabelmaterial. Somit handelt es sich bei IO-Link um kein Feldbus, sondern um die evolutionäre Weiterentwicklung der bisherigen erprobten Anschlusstechnik für Sensoren und Aktoren.

Ein IO-Link-System besteht aus einem IO-Link-Master und einem oder mehreren IO-Link-Geräten, also Aktoren oder Sensoren. Der IO-Link-Master erzeugt die Schnittstelle zur überlagerten Steuerung (SPS) und lenkt die Kommunikation mit den angeschlossenen IO-Link-Geräten. Ein Master kann einen oder mehrere IO-Link-Ports haben, an dem jeweils nur ein Device angeschlossen werden kann. Ein IO-Link kann ein intelligenter Sensor, Hub, Aktor oder eine Mechatronik-Komponente wie beispielsweise ein Greifer oder ein Netzteil mit IO-Link-Anbindung sein. Intelligent bedeutet in diesem Zusammenhang, dass ein Gerät Identifikationsdaten wie beispielsweise eine Seriennummer oder Typbezeichnung besitzt, die über das Protokoll lesbar bzw. schreibbar sind. Änderungen können im laufenden Betrieb erfolgen.

Übertragungsverfahren und Erweiterungen beim IO-Link

Der Kommunikationsstandard nutzt die klassischen 24-V-Signale der IEC 61131-2. Traditionell zeigten die Signalpegel „0“ (0 V) bzw. „1“ (24 V) das Über- oder Unterschreiten eines Schwellenwertes an. Dies wird als „Schalt-Modus oder SIO bezeichnet. IO-Link ermöglicht das rasche Schalten (0/1) hintereinander und die Codierung, welche im Protokoll festgelegt ist. Das Umschalten vom Schalt-Modus in den Datenpaket-Modus erfolgt durch einen vom Master ausgelösten Vorgang. Bei Übertragungsfehler wird das Datenpaket zweimal wiederholt. Erst ein gescheiterter zweiter Wiederholungsversuch führt zu einem Kommunikationsabbruch.

Es gibt zwei Erweiterungen von IO-Link. Zum einen handelt es sich um „Safety“. Dies ist eine Erweiterung, indem es eine zusätzliche Sicherheitskommunikationsschicht auf den vorhanden Master- und Device-Schichten vorsieht. Dadurch werden sie zum FS-Master und FS-Device. Dies wird auch als Black Channel Prinzip bezeichnet. Die andere Erweiterung ist „Wireless“. Dies ist eine Erweiterung auf physikalischer Ebene. Hierbei sendet der Wireless Master zur Übertragung von Ausgangsdaten ein Multicast-W-Frame (Downlink) mit Daten für die Wireless Devices in zugewiesenen Slots. Anschließend geht der Wireless Master auf Empfang und sammelt im Uplink Daten von dem Wireless Device.

 

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IO-Link – Vorteile

• feldbusunabhängig und lässt sich in alle Feldbusse weltweit integrieren
• es handelt sich um einen internationalen Standard
• ermöglicht die Miniaturisierung intelligenter Sensoren und Aktoren
• funktional und ermöglicht durch bidirektionale Kommunikation eine erweiterte Diagnose von Sensoren und Aktoren
• Fernwartung von Geräten über die bidirektionale Kommunikation ist möglich