Die totale Vernetzung im Rahmen von Industrie 4.0 kann nur dann Wirklichkeit werden, wenn Betriebsdaten ungehindert über sämtliche Netzwerkebenen fließen können. Als allgemein verfügbare und kostengünstige Verbindungstechnik hat IO-Link dabei das Potenzial, zu einem Kernelement der intelligenten Sensorik zu werden.

Auf dem Weg zur Sensorik 4.0, welche uns die Informationsbasis für die Automation der Zukunft liefern soll, kommt den Datenschnittstellen an Sensoren und Aktoren eine entscheidende Rolle zu. Die ideale Schnittstelle ist möglichst einfach, universell und weit verbreitet. IO-Link erfüllt diese Anforderungen bereits.

Stark in der Kommunikation
Ein großer Vorteil von IO-Link ist die Tatsache, dass bei unveränderter Verdrahtung eine neue Dimension der Kommunikationsfähigkeit ermöglicht wird. Das gewöhnliche, drei-, vier- oder fünfpolige Kabel genügt, die Anlagenarchitektur bleibt unberührt. Die IO-Link-Schnittstelle ist bereits in den Sensor oder Aktor integriert und erlaubt die Kommunikation mit einem IO-Link-Master, der wiederum Bestandteil einer Steuerung oder eines Feldbus-Gateways ist. Der IO-Link-Master kontrolliert und steuert die IO-Link-Geräte, aber auch herkömmliche binäre Geräte können angeschlossen werden. Als Punkt-zu-Punkt-Kommunikation arbeitet IO-Link feldbusneutral und herstellerunabhängig. Es überträgt Prozessdaten,  Konfigurationsdaten sowie Identifikationsdaten oder bedarfsgesteuerte Diagnosedaten.
Einfache und kostengünstige Anlagenplanung
Mit dem Einsatz von IO-Link wird die Anlagenplanung vereinfacht. Analoge Schnittstellen können beispielsweise durch einen IO-Link ersetzt werden. Das gleiche gilt für Parametrierschnittstellen wie RS232, da mittels IO-Link Prozess- und Parameterdaten gleichzeitig übertragen werden können. So reduzieren sich mit der Zahl der Varianten auch der Planungsaufwand und das potenzielle Ersatzteillager – und entsprechend die Kosten.

Unkomplizierte Inbetriebnahme
IO-Link erspart dem Betreiber die aufwändige manuelle Einstellung von Geräten, denn eine einmal vorgenommene Einstellung kann geklont werden. Während des Einrichtens stehen umfangreiche Diagnosemöglichkeiten zur Verfügung. So können beispielsweise Messwerte, Stabilität oder Funktionsreserve eines Sensorsignals überprüft und optimiert werden. Grundsätzlich lässt sich aber auch die Vor-Ort-Parametrierung vollständig freigeben.

Sicherer Betrieb und vorausschauende Wartung
Während des laufenden Betriebes bietet IO-Link umfangreiche Diagnosemöglichkeiten. Man erhält Auskunft über den aktuellen Betriebszustand der Geräte, kann zum Beispiel Verschmutzung oder Verschleiß lange vor einem Ausfall erkennen und eine bedarfsorientierte Wartung veranlassen. Die automatisierte Parametrierung macht es möglich, einen Rezepturwechsel für eine Vielzahl von Geräten nahezu zeitgleich, ohne manuelle Nachjustierung einzelner Instrumente und ohne Anlagenstillstand durchzuführen.

Kostengünstige Vielseitigkeit
IO-Link kommt mit einer sehr einfachen und kostengünstigen Elektronik aus, es ist kein besonderer Stecker, wie beispielsweise bei Feldbussen, erforderlich. Wenn neue Sensoren oder Aktoren angeschafft werden, entstehen durch die Zusatzoption der IO-Link-Schnittstelle nur minimale Kosten, die gegenüber ihren Vorteilen nicht ins Gewicht fallen.

Einsatz von IO-Link in der Objekterkennung
Ein typisches Anwendungsbeispiel für IO-Link-fähige Sensorik ist die Objekterkennung, etwa von Paketen in der Logistik oder von Bauteilen in einem Produktionsablauf. Dafür kann zum Beispiel ein messendes Lichtgitter eingesetzt werden. Das Lichtgitter der Baureihe LGM von Pepperl+Fuchs erkennt anhand der Unterbrechung seiner Infrarot-Lichtstrahlen zuverlässig jedes Objekt bis zu einer Feldhöhe von 3.200 mm. Als messender Sensor kann das LGM je nach Parametrierung detaillierte Information über die zu erkennenden Objekte liefern. So kann es neben der binären Erfassung (Objekt da/ nicht da) auch dessen Höhe und/ oder Breite millimetergenau vermessen, um anschließend bei der Einlagerung die Lagerflächen effizient und optimal auszunutzen. Durch die Kombination von Höhen- und Breitenmessung kann auch das Objektvolumen exakt bestimmt werden.
Zudem kann das LGM dank einer Einlernfunktion Objekte anhand von Form und Geometrie identifizieren, auch solche mit Durchbrüchen und Öffnungen. Mittels der Messung der Objektgröße oder spezifischer Konturmerkmale kann das Objekt anschließend einem bestimmten Distributionsweg zugeordnet werden, ohne dass aufwendige Identifikationssysteme den Weg weisen müssen.
Die IO-Link-Schnittstelle ermöglicht hierbei die einfache Inbetriebnahme, Parametrierung und Fernkonfiguration der Lichtgitter von der Steuerungsebene aus. Allgemeine Betriebsparameter, Modi für die Messwertausgabe sowie Betriebswerte für die Objektidentifikation können schnell und einfach eingestellt oder geändert werden – auch im laufenden Betrieb. Die Einstellungen können also zentral und an vielen Geräten gleichzeitig durchgeführt werden, während die Schnittstelle parallel dazu umfangreiche Diagnoseinformationen liefert. Dadurch lässt sich potenzieller Wartungsbedarf frühzeitig erkennen und Anlagenstillstand vermeiden.
Dank der vielfältigen Optionen, die IO-Link bietet, erreicht die Automation der Objekterkennung ein Niveau, mit dem sich Konzepte der Industrie 4.0 – dank Sensorik 4.0 – verwirklichen lassen. Die differenzierte Steuerung bis zur Stückzahl eins wird möglich. Dabei spielt zum einen der messende, intelligente Sensor eine entscheidende Rolle. Zum anderen ist es die IO-Link-Schnittstelle, welche diese Intelligenz bei geringem Aufwand für unterschiedliche Kommunikationsstrukturen verfügbar macht.

Steuerung und Wartung per Smartphone
Die IO-Link-Schnittstelle kann auch dann zur Datenübergabestation werden, wenn Verdrahtung und Anlagenarchitektur einen Datenaustausch bis in die unterste Feldebene gar nicht vorsehen oder der Sensor physisch unerreichbar ist. Für solche Fälle hat Pepperl+Fuchs das SmartBridge-System entwickelt. Es besteht aus einem Adapter für eine IO-Link-Schnittstelle und der SmartBridge-App, die auf mobilen Endgeräten, wie Smartphones oder Tablets, installiert wird. Der Adapter übernimmt Daten und Parameter aus dem Sensor, die App visualisiert diese und ermöglicht einen lokalen Zugriff auf das Feldgerät.
SmartBridge kann so als digitaler Schraubendreher bei der Inbetriebnahme und Wartung von Feldgeräten genutzt werden. Zugleich kann es als universell verwendbare Brückentechnologie Cyber-physischen Systemen die Interaktion mit der Feldebene ermöglichen sowie die Anbindung an IP-Strukturen herstellen und das Gerät damit umfassend kommunikationsfähig machen. Damit werden Sensordaten, die bisher auf Feldebene eingekapselt waren, für übergeordneten Ebenen, wie beispielsweise ein Management Execution System, verfügbar gemacht. Auch bei dieser Technologie hat sich IO-Link nach gründlicher Analyse als das optimale digitale Kommunikationsprotokoll erwiesen, das zudem von allen namhaften Sensorherstellern unterstützt wird.