IO-Link mint információs csatorna állapotmonitorozásra

Üzenetek a gépek környezetéből

A gépek és a rendszerek intelligens állapotmonitorozása az egyik leginkább tárgyalt téma az Ipar 4.0 berkeiben. A növekvő kereskedelmi igények kielégítéséhez hatékony megelőző karbantartásra van szükség, ehhez pedig elengedhetetlen az adatok összegyűjtése és kiértékelése.

Az IO-Link technológia egy tökéletes megoldás annak érdekében, hogy zökkenőmentesen kommunikáljunk egészen a szenzor/aktuátor szintig: az eszközinformációkhoz való teljes hozzáférés, folyamat- és diagnosztikai adatok felhasználása állapotmonitorozási célra járulékos interfészelemek és kábelezés igénye nélkül.

Karbantartási szintek

Az állapotmonitorozásnak két fő célja van: a rendszer folyamatos rendelkezésre állása és optimális karbantartási ciklusok. Az adatok folyamatos gyűjtése kiváló minőségű karbantartást eredményez.

1. ábra  Automatizálási struktúra felépítése IO-Link rendszerrel

Általánosságban három stratégia létezik:

• Reaktív: javítás vagy csere kizárólag a hiba megjelenését követően történik. Ez a legegyszerűbb szint semmi másról nem szól, csak a hibás eszközök és rendszerek javításáról. Nincs folyamatos karbantartási költség, ellenben a gépleállás komoly következményekkel járhat: bevételkiesés vagy egészségügyi veszélyek formájában.

• Megelőző: a technikai személyzet karbantartást végez, és részegységeket cserél előre megtervezett időszakokban, megbecsülve az eszközök várható hasznos élettartamát a korábbi tapasztalatok alapján. A költséghatékonyság nem ennek a stratégiának a főbb ismérve, hiszen sokszor felesleges gépleállás és eszközcsere történik, bevételkiesést eredményezve. Ez a stratégia szintén nem számol a váratlan meghibásodásokkal.

• Állapotalapú: ez a karbantartási stratégia a releváns állapotmonitorozási adatok kiértékelésére épül. Például a valósidejű diagnosztika jelezheti a személyzetnek, hogy egy meghatározott szenzornál fennáll a meghibásodás veszélye, illetve egyéb eszközüzenetek teljes részegységek várható meghibásodására utalhatnak. Ez a stratégia lehetővé teszi a gyors és szisztematikus karbantartást. Az intelligensen előrejelző opció egyre fontosabb eleme a költséghatékony karbantartási elvnek. A megelőző karbantartási funkció eszközspecifikus előrejelzéseket tartalmazhat, amelyeket igény esetén a karbantartási utasításban is szerepeltethetünk.

IO-Link mint információs csatorna

Az állapotmonitorozás legegyszerűbb formáját már akkor használták a cégek, amikor ipari léptékben építeni kezdték a gyártósorokat. Érzékelők helyett azonban alkalmazottak figyelték a helyszínen az eszközök állapotát. A manapság használatos „megelőző karbantartás” kifejezés a 21. században vált népszerűvé, amikor a „big data”-alapú analízisek kerültek előtérbe. Habár mindkét elv ismert volt szakmai berkekben, mára a járulékos igények jelentősen megváltoztak.
Egy „beszélő eszköz” és az információ folyamatos áramlása az alapelvárás annak érdekében, hogy intelligensen és költséghatékonyan használjuk fel a gépektől származó adatokat. Pontosan ezeket az elvárásokat teljesíti az Ipar 4.0 égisze alatt az IO-Link mint információs csatorna.

Mi is az az IO-Link?

Nemzetközileg standardizált I/O technológiaként (IEC 61131-9) az IO-Link pont-pont kommunikációt tesz lehetővé szenzorok/aktuátorok és vezérlők, ERP-, MES - vagy felhőrendszerek között. Az IO-Link soros, pont-pont kapcsolatban, kétirányú jeltovábbítást és tápellátást biztosít bármilyen hálózat, terepibusz vagy hátlapibusz számára. Egy IO-Link rendszer általában az alábbi egységekből áll:

• IO-Link master,

• IO-Link eszköz (pl.: szenzorok, RFID-olvasók, szelepek vagy I/O modulok),

• nem árnyékolt 3- vagy 5-vezetékes standard kábelek, M8 vagy M12 csatlakozókkal,

• eszközök vagy közvetlen integráció az IO-Link konfigurálása érdekében.

Az IO-Link master megteremti az összeköttetést az IO-Link eszköz és az automatizálási rendszer között. Egy periférikus rendszer elemeként az IO-link mastert elhelyezhetjük vezérlőszekrényben vagy közvetlenül a terepen mint egy IP65/IP67 védelemmmel ellátott Remote I/O egységet. Az IO-Link master többféle terepibusz rendszeren vagy termékspecifikus buszon keresztül kommunikálhat. Egy IO-Link master számos IO-Link porttal (csatornával) rendelkezhet. Egy IO-Link eszköz bármelyik porthoz köthető ( pont-pont kommunikáció). Ezért az IO-Link egy pont-pont kommunikációs módszer, és nem egy terepibusz.

Az interfészek hozzáadott értéke

Az IO-Link technológia legfőbb előnye a folyamatos hozzáférés minden folyamat- és diagnosztikai adathoz és eszközinformációhoz. Ezek az adatok lehetővé teszik a cégek számára, hogy intelligens karbantartási rendszereket létesítsenek, kockázatokat csökkentsenek, és lehetővé tegyék távoli, célzott diagnosztikai rendszerek futtatását felhőmegoldásokon keresztül. Többféle lehetőség létezik működő folyamatok állapotstátuszainak monitorozására.

A terepi szintről háromféle üzenetet küldhetünk:

Eszközüzenetek
Az IO-Link eszközök folyamatosan küldik az adatokat állapotukról. Az eszköz belső hőmérséklete éppúgy, mint a közvetett környezeti hőmérséklet is monitorozható. Egy gyors növekedés ezekben az értékekben meghibásodásra figyelmeztet, ezért nagy hangsúlyt kell fektetni rájuk.
A diagnosztika a kommunikációs link állapotáról is tájékoztat. Ha az IO-Link eszközszintjén megszakad a kommunikáció, akkor ez a hibainformáció azonnal elküldésre kerül a vezérlőszintre, ami rögtön reagálhat rá, ezáltal a meglévő jelátviteli közegen keresztül segédinformációt is kap a felhasználó.

Alkalmazási üzenetek
Az alkalmazásfüggő üzenetek továbblépést jelentenek az egyszerű állapotlekérdezéshez képest. Az IO-Link eszközök által küldött információkat helyben hasznosíthatjuk vagy összegyűjthetjük, előzetesen feldolgozhatjuk, és elérhetővé tehetjük a teljes gép számára. Lehetőségünk van hőmérséklet- és nyomásértékcsúcsok tárolására és igény szerinti lekérdezésére. Rendszerkarbantartás alkalmával ezeket az értékeket kiolvashatjuk és a protokollnak megfelelően felhasználhatjuk. Ha nyilvánvalóvá válik, hogy a rendszer számos érzékelőjénél ugyanaz a hiba jelentkezik, ez akár széles körű karbantartásspecifikus következményekkel is járhat. Ha a hiba minden szenzort érint, az operátor lekapcsolhatja a rendszert.
Egy másik hasznos tulajdonság a folyamatok minőségi monitorozása. Az egyszerű folyamatérték generálásán túl, az IO-Link-es mérőeszközök pl.: fotoelektromos és ultrahangos érzékelők információt szolgáltatnak a jelerősségről. Ez a paraméter segítséget nyújt optikai mérőrendszerek esetén az elkoszolódott felületekre vagy a megváltozott mechanikai kondíciókra jelentkező figyelmeztetésekre. Ha a jelminőségben változás áll be, akkor a paraméterek finomítására van szükség a következő karbantartási ciklus alkalmával: például lencse tisztítása vagy tükörreflexiós szenzor újratanítása. Az összes információt továbbíthatjuk bármelyik pillanatban a MES vagy ERP rendszereinkhez.
Néhány speciális IO-Link eszköznek belső számlálója van, ami az eltelt üzemórákat vagy működési ciklusokat számolja. Például az IO-Link kompatibilis induktív szenzorok cserélhetőek egy bizonyos számú kapcsolási ciklus vagy várható hasznos élettartam elérése után.
Számos standardizált adathordozó elérhető az IO-Link eszközökhöz, ami lehetővé teszi az adatok kiolvasását a felhasználók és gépek számára. Az alkalmazásspecifikus adathordozón kívül már elérhetők a helyspecifikus és funkcióspecifikus adathordozók. Ezek a 32 byte-os egyszerű szöveges információk adatokat tartalmaznak az alkalmazásról, beépítési helyekről, valamint a gépek és rendszerek funkciójáról, megkönnyítve ezzel az eszközök azonosítását. Az adathordozók olvashatók és írhatók (ha támogatott), továbbá a többi IO-Link komponenssel együtt mindig ugyanott vannak elhelyezve, és megkönnyíthetik a gépek tesztelését.

2. ábra Az induktív szenzorok információt szolgáltatnak az üzemórák számáról, kapcsolási számokról és hőmérsékletről

Az adathordozók típusai:

• Alkalmazásspecifikus adathordozó: az alkalmazásspecifikus információk hasznosak, például amikor szerszámot cserélünk préseken vagy robotokon. Az eszköztől függően a felhasználó egyedivé teheti az adathordozót, aminek köszönhetően a vezérlő az ID számon keresztül azonosíthatja a szerszámot, méghozzá a rendszer működése közben.

• Helyspecifikus adathordozó: a helyspecifikus információk akkor hasznosak, amikor egy eszközt cserélnünk kell. Az eszköz gépi helyzete pontosan beazonosítható a vezérlő számára.

• Funkcióspecifikus adathordozó: ez az adathordozó konkrét, meghatározott funkcióval lesz ellátva, például: „Töltési szint monitorozása”.

Eseményvezérelt üzenetek
Az eseményvezérelt üzenetek további lehetőséget biztosítanak az IO-Link eszközök vagy gépállapotok kiértékelésére. Ebben az esetben üzenetküldés a vezérlőbe csak hiba esetén történik. Amikor ezek az IO-Link események elküldésre kerülnek a felhasználó pontos információt kap az esemény pontos helyéről (pl. IO-Link master port X), az üzenet típusáról (értesítés, figyelmeztetés vagy hiba) és arról, hogy milyen specifikus esemény lett lejelentve. Minden információ, ami a hiba analizálásához szükséges, azonnal rendelkezésre áll. (3. ábra)
Eszközspecifikus diagnosztika gyártó általi meghatározására van lehetőség, az eszköz jövőbeli funkciójának megfelelően.
A legáltalánosabb eseménylistát az IO-Link specifikáció tartalmazza. Minden további diagnosztikai üzenet meghatározandó adatstruktúrában kerül lekérdezésre.

3. ábra  Helyi rövidzárkijelzés IO-Hub-on

Szerző: Sai Seidel-Sridhavan – Product Marketing Manager

Turck Hungary Kft.
1023 Budapest, Árpád fejedelem útja 26-28.
Tel.: +36 1 770 80 20
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.turck.hu