Aurel Buda a Sai Seidel-Sridhavan jsou přesvědčeni, že SPE si najde své místo jako doplněk dnes dostupných technologií.
IO-Link bez omezení
Jako specialista na inteligentní senzorovou techniku přináší společnost Turck do strojů inteligenci, a vytváří tak propojení s průmyslem 4.0 a IIoT. V rozhovoru s Andreasem Geesem z odborného časopisu elektroAutomation hovoří produktový marketingový manažer společnosti Turck Sai Seidel-Sridhavan a Aurel Buda, ředitel produktového managementu Factory Automation Systems, o roli IO-Link jako základní technologie v portfoliu a o tom, jaký další vývoj lze v této technologii očekávat.
IO-Link nabývá na významu zejména s ohledem na koncepty pro IIoT. Jakou roli hraje tato komunikační technologie pro společnost Turck?
Seidel-Sridhavan: Jako zakládající člen komunity IO-Link jsme vždy spolupracovali s našimi zákazníky na dosažení cíle digitální komunikace od úrovně řízení až po poslední měřidlo ve stroji. V té době jsme investovali do technologie, jejíž vývoj jsme zpočátku nemohli předvídat. Dnes je IO-Link důležitou součástí naší firemní strategie. Každý senzor a komunikační produkt, který vyvíjíme pro automatizaci výroby, je k dispozici alespoň v jedné verzi IO-Link. Volba IO-Link je často strategickým rozhodnutím a zařízení IO-Link jsou uváděna na trh jako první. Kromě využití pro RFID je IO-Link jednou ze dvou našich klíčových technologií pro digitální data ze stroje a jejich využití v automatizaci. IO-Link je především rozhraním mezi senzorem a řídicí jednotkou, ale poskytuje také základ pro implementaci konceptů IIoT.
Buda: Společnost Turck vyrábí nejen mnoho různých typů senzorů pro řídicí úlohy nebo monitorování procesů, ale také mnoho dalších pro rozsáhlá řešení IIoT. Naši zákazníci nakonec u společnosti Turck najdou kompletní portfolio IO-Link, od senzorů přes čtecí/zapisovací zařízení RFID, napájecí jednotky a světla až po rozbočovače a mastery pro I/O systémy a blokové moduly - prakticky od senzoru až po cloud. To vše doplňuje nabídka inteligentního softwaru, který uživatelům výrazně usnadňuje nasazení této technologie. IO-Link vnímáme jako rozhraní mezi světem řízení a IIoT, a proto se intenzivně věnujeme také monitorování stavu.
IO-Link měl zpočátku problémy s přijetím. To se změnilo. Proč společnost Turck vyvinula tak rozsáhlé portfolio zařízení s rozhraním IO-Link?
Buda: Efektivní propojení i jednoduchého spínače ve stroji, a tedy obousměrná komunikace na úrovni pole, je u společnosti Turck významným případem použití. IO-Link je otevřený a nezávislý na průmyslové sběrnici. Podporujeme ji také naší multiprotokolovou strategií Ethernetu v nadřazených systémech. Snímače sahají od jednoduchých bezkontaktních spínačů až po komplexní zařízení, která poskytují další informace o svém provozním stavu i o podmínkách prostředí. Naše radarové senzory například podporují sledování stavu pomocí integrovaných analýz vlhkosti, vibrací, teploty atd. S rozhraním IO-Link působí společnost Turck v ekosystému, v němž jsou k dispozici i standardizovaná řešení pohonů od jiných výrobců. Proto jsme se připravili na technologii pohonů na straně IO zařízení. Prostřednictvím IO-Link připojujeme IO k nadřazenému zařízení pro sběr jednoduchých signálů ze senzorů, ale také pro spínání ventilů s vyššími proudy.
Seidel-Sridhavan: S rostoucí dostupností akčních členů podporujících IO-Link se rozšířila akceptace tohoto rozhraní a mnozí výrobci zařízení jej sami objevili. Zpočátku vyvolalo zájem monitorování stavu a IIoT, ale ekosystém nebyl úplný. Dnes hovoříme o široce pojaté ekologii snímačů, ventilových terminálů nebo napájecích jednotek. Ukázalo se, že IO-Link není relevantní pouze pro senzory, I/O a regulátory. Výrobci jsou ušetřeni nutnosti integrovat různá rozhraní. Uživatelé využívají výhod tohoto jediného rozhraní s identickými kabely, konektory a softwarem.
IO-Link se prosadil, když se objevily první koncepty IIoT. V minulosti uživatelé používali IO-Link ke konfiguraci senzorů.
Buda: IIoT, monitorování stavu, prediktivní údržba, optimalizace procesů a správa aktiv podpořily přijetí IO-Link. Naším poselstvím vždy bylo, že IO-Link umožňuje také nákladově efektivní infrastrukturu. IO-Link komunikuje prostřednictvím levného standardního kabelu. Přestože ventilové terminály nebo rozbočovače lze také propojit pomocí průmyslového Ethernetu, náklady jsou v tomto případě výrazně vyšší, zatímco náklady na senzor se díky integraci IO-Link nezvýšily. A přenos procesních, identifikačních a přístupových dat nakonec tvoří základ pro digitální dvojčata a správu majetku.
Společnost Turck nabízí řešení od senzoru až po cloud. Které varianty softwaru IO-Link se používají pro podporu konfigurace a provozu?
Seidel-Sridhavan: Dnes implementujeme konfiguraci IO-Link přímo v řídicích jednotkách Profinet tak, že integrujeme data konfigurace IO-Link do souboru GSDML Profinet masteru. To znamená, že uživatelé mohou své komponenty konfigurovat také ve stejném inženýrském systému, který používají pro svět řídicích jednotek. Do webových serverů našich komponent jsme také integrovali nástroj, který umožňuje přístup k vyhledávači IODD Finder, globální databázi téměř všech zařízení IO-Link na trhu. Popis zařízení IO-Link je pak k dispozici v inženýrském systému nebo v konfiguračním systému prostřednictvím automatizovaných rozhraní.
Buda: Náš webový konfigurační nástroj má stejné rozhraní pro automatické načítání IODD ze sítě. Nástroj je vhodný pro konfiguraci, ale také pro prvotní uvedení do provozu. To platí například i pro čtecí/zapisovací zařízení RFID, u nichž je konfigurace prostřednictvím IO-Link velmi jednoduchá. Můžeme také například naprogramovat webové aplikace, které usnadňují kalibraci senzorů. To jsme implementovali pro naše radarové senzory, ale také pro naše vibrační senzory a tuto nabídku neustále rozšiřujeme. Profily IO-Link také definují standardizované chování jednotlivých zařízení nebo tříd. Již existují některé profily, například pro chytré senzory. To znamená, že se zařízeními stejného typu lze z hlediska softwaru zacházet stejně, bez ohledu na výrobce.
Jaký význam má IO-Link pro obchodní modely, jako je monitorování stavu a prediktivní údržba?
Seidel-Sridhavan: Klasická automatizační struktura umožňuje připojení k PLC. Odtud jdou data například do systémů MES. Různé skupiny zákazníků však stále častěji požadují paralelní přístup přímo k datům z IO-Link masterů. To tak umožňuje systém monitorování stavu rozšiřovat nebo upravovat podle potřeby v průběhu životnosti zařízení. Tento druh paralelního rozhraní nabízíme v našich masterech již řadu let. Umožňuje realizovat monitorování stavu pomocí našich edge bran i vhodných cloudových služeb. Naše koncepce decentralizované automatizace zahrnuje nejen komponenty mimo rozváděč v krytí IP67, ale také předzpracování dat přímo u stroje. K tomuto účelu nabízíme také logické funkce pro naši řídicí jednotku edge. Jsme také otevřeni průmyslovým standardům, jako jsou OPC UA a MQTT, pro komunikaci s IT vrstvou.
Buda: Když se objevila témata IIoT a Průmysl 4.0, hodně se mluvilo o velkých datech, aby se později mohly spustit projekty strojového učení. Velké množství dat však generuje velký provoz a vyžaduje velkou šířku pásma a paměti. V dnešní době se běžně přenášejí pouze inteligentní data. Může se jednat o vyhodnocování dat nebo jejich změn, může jít také o agregaci dat nebo vyhodnocování korelací mezi hodnotami různých senzorů. Existuje také aspekt latence. Rychlá doba odezvy je zajištěna, pokud jsou rozhodnutí přijímána přímo na decentralizovaných edge kontrolérech.
Je tedy IO-Link ideálním základem pro digitální služby?
Buda: Naše edge kontroléry poskytují platformu pro předběžné zpracování dat pomocí logiky nebo pro jejich vizualizaci či odeslání do cloudu prostřednictvím protokolů, jako je OPC UA. K tomuto účelu nabízíme hotové funkční bloky a moduly. Naši globální aplikační inženýři a obchodní týmy projednají se zákazníkem zadání a vypracují zkušební koncept. Ten často sahá až k vizualizaci. Často však zahrnuje také připojení k systémům MES nebo cloudovým systémům. Spolupracujeme také se systémovými integrátory, kteří programují aplikace na klíč. Naše zařízení mohou komunikovat s jakýmkoli systémem, ale nabízíme také vlastní cloud v souladu s heslem "konfigurovat, nikoli programovat". Cílovou skupinou jsou ti výrobci strojů, kteří se ve světě digitálních služeb tolik neorientují. Začínají vzdáleným přístupem a mohou vizualizovat, ukládat a analyzovat všechna data pomocí naší cloudové služby. Konečným výsledkem je řešení na klíč, které lze přizpůsobit.
IO-Link+ neboli IO-Link přes jednopárový Ethernet je v současné době žhavým tématem. Jak hodnotíte nejnovější vývoj?
Buda: Původ jednopárového Ethernetu pochází z automobilového průmyslu, kde nahradil sběrnici CAN. SPE dal vzniknout různým standardům, které definují přenosové délky a přenosové rychlosti vhodné pro použití i v automatizaci a procesním průmyslu. V komunitě IO-Link jsme se také podrobně zabývali vývojem a specifikovali jsme technologii s 10 Mbit na delší vzdálenosti jako IO-Link+. Přestože se jedná o jiné přenosové médium, chceme zachovat výhody IO-Link. Nechceme konkurovat Profinetu, Ethernetu IP nebo jiným ethernetovým protokolům. IO-Link+ je spíše určen pro třídy zařízení, které dnes nemůžeme obsluhovat. IO Link je omezen na 20 m mezi masterem a zařízením. Rychlost přenosu dat je rovněž nižší než 1 Mbit. S nástupem konceptů IIoT budou často vyžadovány zvýšené datové toky. Navíc IO-Link dnes nelze použít v procesní automatizaci. IO-Link+ zde pokládá základ pro to, aby bylo možné přenášet data také do zón 0 a 1. IO-Link však vždy zůstane spojením bod-bod.
SPE a protokoly jako Profinet by se mohly stát alternativou k IO-Link. Jaké jsou rozdíly, kde jsou hranice a jakou roli hrají náklady?
Buda: Jedním z očekávání od SPE je, že by měl umožnit připojení senzorů za cenu srovnatelnou s IO-Link. To je však podle současných odhadů velmi nepravděpodobné. Stěží bude také možné připojit senzory na velké vzdálenosti a nestíněnými kabely. V komunitě Profinet jsou zejména nestíněné dvouvodičové kabely považovány za nákladově výhodné. SPE proto pravděpodobně nebude poskytovat tak robustní komunikaci jako IO-Link. Rozdíl je také na straně zařízení. Existují složité snímače, u nichž komunikační rozhraní nepředstavuje významnou část celkových nákladů. Zde by se měl SPE uplatnit rychleji. U jednoduchého snímače se IO-Link prosadí jako řešení nezávislé na průmyslové sběrnici.
IO-Link master má dnes čtyři nebo osm portů IO-Link, a proto připojuje k řídicí jednotce až osm zařízení prostřednictvím jediného připojení. Naproti tomu, pokud připojím osm snímačů přes SPE, musím spravovat osm jednotlivých řídicích připojení. To zabírá šířku pásma i kvůli nutné režii protokolu. Vzhledem k tomu, že každé komunikační spojení musí být nastaveno a spravováno v řídicí jednotce, vyžaduje to také zdroje v podobě paměti a výpočetního výkonu.
SPE nebude náhradou, ale doplňkem k IO-Link. Jde tedy o koexistenci alternativ. To platí i pro dnes široce používaná provozní zařízení Profinet a další ethernetové protokoly. Jsme přesvědčeni, že SPE si najde své místo jako doplněk k dnes dostupným technologiím.
Seidel-Sridhavan: IO-Link jako technologie nabízí značný potenciál pro otevření nových oblastí podnikání, ale výkonnost je omezená. Zařízení, která vyžadují vyšší rychlost přenosu dat, nejsou v centru pozornosti technologie IO-Link. V komunitě IO-Link proto velmi pečlivě sledujeme, kde můžeme tuto technologii užitečně využít, aby senzor kapalin, který ještě včera dodával perfektní data s IO-Link, nebyl zítra najednou vyvinut pouze s IO-Link+. I v tomto ohledu komunita prosazuje koexistenci. Poselství je jasné, IO-Link+ je rozšířením, nikoliv nástupcem IO-Linku.
Dalším tématem je bezpečnost IO-Link. Jaký význam přikládá společnost Turck jako dodavatel bezpečnostních systémů této technologii?
Buda: Trh pozorně sledujeme. Turck nabízí různé bezpečnostní produkty, zejména v oblasti IP67 - Profisafe a hybridní zařízení, která kombinují bezpečnostní kanály a IO-Link s integrovanou funkcí vypnutí, kterou lze použít k bezpečnému vypnutí pohonů. To však není v souladu s bezpečnostním protokolem IO-Link. Technologie jako taková je zajímavá a bude dále rozvíjet IO-Link. V současné době sledujeme, jak se ekosystém formuje. První verze bezpečnostního standardu IO-Link byla dokončena již v roce 2017. Alternativní přístupy, jako je Profisafe nad IO-Linkem, spíše vyvolávají nejistotu. Poté, co byla specifikace hotová, byly vypracovány koncepty testů jako základ pro vývoj zařízení. IO-Link Safety považujeme za zajímavý přístup také proto, že zejména oblast bezpečnosti se vyznačuje proprietárními systémy snímačů a akčních členů. IO-Link Safety je prvním harmonizovaným standardem na nižší úrovni. Tím získáme smíšené pole různých výrobců bezpečnostních spínačů a snímačů, které lze připojit i k nadřazeným zařízením od různých výrobců.
Seidel-Sridhavan: V posledních letech většina výrobců vyvinula zařízení pro oblast bezpečnosti, která propojují IO-Link s Profisafe. Protože se jedná o dva koncepty, komunita IO-Link to nepodporovala. IO-Link Safety je naproti tomu nezávislý na Profinetu, Ethercatu nebo Ethernetu IP. V PNO již byly vypracovány specifikace, jak lze IO-Link Safety integrovat do Profinetu, a ostatní organizace budou jistě následovat. Je důležité, aby se výrobci bezpečnostních snímačů a akčních členů zaměřili na jeden standard. Například blokování dveří dosud vyžadovalo velké úsilí, pokud jde o zapojení. IO-Link Safety se svou obousměrnou komunikací by zde přinesl značné výhody.
Autor | Rozhovor vedl Andreas Gees, redaktor odborného časopisu elektroAutomation
- Témata & Technologie
Select Country
Turck worldwide