IO-Link

IO-Link ist kein eigenständiges Bussystem, sondern eine herstellerunabhängige Punkt-zu-Punkt Verbindung zur Anbindung intelligenter Sensoren, Feldgeräte und Aktoren sowie aller anderen Teilnehmer in einem Netz. Intelligent heißt in diesem Zusammenhang, dass ein Gerät z.B. eine Seriennummer oder bestimmte Parameterdaten (wie z. B. Schaltverzögerungen, Empfindlichkeiten oder Kennlinien) besitzt, welche über das IO-Link-Protokoll lesbar bzw. schreibbar sind. Somit kann der IO-Link eher als konsequente Weiterentwicklung bisheriger erprobter Anschlusstechniken für Sensoren und anderen Feldgeräten gesehen werden.

IO-Link wurde unter der Norm IEC 61131-9 als „Single-drop digital communication interface for small sensors and actuators“, kurz SDCI, definiert. In dieser Norm sind die elektrischen Anschlussdaten und ein digitales Protokoll definiert über welches die Sensoren und anderen Feldgeräte mit dem System in den Austausch von Daten treten.
In einem IO-Link Netzwerk besitzt außerdem jedes Device eine eigene IODD, welche gerätespezifische Parameterinformationen beinhaltet, und eine intern vergebene Device-ID. Über eine Kombination von der IODD und der Device-ID ist jedes Device in einem IO-Link Netzwerk eindeutig identifizierbar und somit im Schadens- oder Störfall schnell auszutauschen.

Netzwerkdetails

Wie auch bei anderen, bereits vorgestellten Techniken, gibt es auch hier einen Master, den sogenannten IO-Link Master und auf der anderen Seite auch wieder einen Slave, der hier allerdings IO-Link Device genannt wird und unter dem man Sensoren oder Aktoren versteht. Die technische Verbindung zwischen dem Master und dem Device findet über eine ungeschirmte, 3-adrige Leitung statt, die allerdings nur maximal 20 Meter lang sein darf.
Zumeist werden solche IO-Link Geräte mit einer standardisierten M12 Steckverbindung ausgestattet, wobei diese Art der Verkabelung für beide Betriebsarten von IO-Link zu verwenden ist. Die beiden Betriebsarten lassen sich einmal in den schaltenden und einmal in den kommunikativen Betrieb innerhalb eines Netzes, in dem IO-Link zum Einsatz kommt, aufteilen.

Der IO-Link Master hat die Möglichkeit über jeden seiner Ports entweder digitale Schaltsignale (1 oder 0) oder Analogwerte (unter anderem 8 Bit, 16 Bit, 32 Bit) zu verwerten. Wie bei den Bussystemen durchläuft auch ein Netz mit IO-Link Zyklen. Bei IO-Link werden dabei pro Zyklus 2 Byte an Prozessdaten zur Verfügung gestellt. Bei einer Entfernung zwischen Master und Device dauert eine Übertragung 400 µs. Die Geschwindigkeit beträgt hierbei einen Wert von 230 kbaud (Baud ist die Einheit für die Symbolrate in der Nachrichtentechnik).

Die Größe der Prozessdaten kann vom Benutzer individuell verändert werden. Somit sind auch größere Datenpakete kein Problem. Maximal sind allerdings Prozessdaten auf die Größe von 32 Byte Länge limitiert. Zudem leidet unter der Vergrößerung der Prozessdaten auf das Maximum natürlich auch die Zykluszeit. Diese erhöht sich mit jedem Byte.

Bussystem oder Punkt-zu-Punkt Verbindung

Zusätzlich ist zu beachten, dass es bei einem IO-Link Netzwerk der Master mit der Anzahl seiner Ports die Anzahl der Devices beschränkt. Denn jedes Device kann nur an einen Port des Masters angeschlossen werden. Somit sind Netzwerke mit Baum-, Stern- oder Linienstrukturen nicht umzusetzen. Deswegen werden IO-Link Netzwerke auch nicht als Bussysteme bezeichnet, sondern als Punkt-zu-Punkt Systeme, da es immer von dem Master nur zu einem Punkt, also Device, geht. Andere Master, in anderen Netzwerktechniken, schicken im Gegensatz dazu ihre Datenpakete durch das gesamte Netzwerk. Dadurch ist eine Adressierung der Datenpakete notwendig, was die Datenpakte vergrößert. Dieser Schritt entfällt bei IO-Link, was dazu führt, dass die Datenpakete kleiner gehalten sind. Dies wirkt sich auf die Geschwindigkeit der Datenübertragung positiv aus.

Sicherung der Parameter

Bei Netzen, die mit IO-Link betrieben werden, ist es möglich, eine Art Ausfallsicherung für die Parameter bei Feldgeräten zu erstellen. Dabei werden sämtliche Parameter eines Feldgerätes, also eines Devices, direkt auf dem IO-Link Master des Netzes gespeichert. Wenn in diesem IO-Link Netzwerk nun ein Feldgerät gegen ein exakt gleiches Gerät ausgetauscht wird, können die Daten nun von dem IO-Link Master direkt auf das neue Device überspielt und dann dort gespeichert und angewendet werden. Somit spart man bei dem Austausch von, zum Beispiel ausgefallenen oder beschädigten Feldgeräten, eine enorme Menge an Zeit, da die Parameter, die für dieses Device gebraucht werden, nicht erneut manuell eingegeben werden müssen.

Qualitätssicherung

Seit dem 01.Juli.2011 gibt es eine verpflichtende Herstellererklärung für alle Geräte, die ab diesem Zeitpunkt in Umlauf gebracht werden. Diese Herstellererklärung garantiert die Einhaltung des IO-Link-Standards. Für die Erstellung einer solchen Herstellererklärung werden verschiedene Tests durchgeführt. Der Hersteller muss zudem eine sogenannte CE-Erklärung abgeben. Mit dieser Erklärung erklärt der Hersteller, „dass das Produkt den geltenden Anforderungen genügt, die in den Harmonisierungsrechtsvorschriften der Gemeinschaft über ihre Anbringung festgelegt sind.“

Um die Tests erfolgreich durchführen zu können, werden ein Master- und ein Device-Tester zur Verfügung gestellt. Zusätzlich werden die Hersteller in drei Kompetenzcentern bei der Entwicklung von IO-Link Geräten unterstützt.