Aktuální vydání

celé číslo

07

2020

Řízení distribučních soustav a chytrá města

Měření a monitorování prostředí v budovách a venkovním prostředí

celé číslo

IO-Link má podporu dodavatelů senzorů a řídicí techniky

Komunikační systém IO-Link představuje nenákladný způsob spojení mezi dvěma body umožňující snadno instalovat, provozovat a diagnostikovat nejčastěji používané typy senzorů – fotoelektrické, indukční a ultrazvukové. Je významně podporován všemi předními evropskými dodavateli automatizační techniky. Zda se masově prosadí, záleží na budoucím postoji především výrobců a konečných uživatelů strojů a strojních zařízení.
 
Systém IO-Link vznikl jako odezva na poptávku po otevřeném, všeobecně dostupném standardu používaném a podporovaném většinou dodavatelů na trhu jak se senzory, tak i s řídicí technikou. Odborníci z poradenské společnosti ARC Advisory Grup hovořili během veletrhu SPS/IPC/Drives v Norimberku v listopadu 2008 s mnoha dodavateli řídicí techniky a senzorů ve snaze vytvořit si kvalifikovanou představu o budoucnosti systému IO-Link. Dospěli k názoru, že tento standard získává v oboru automatizace širokou podporu především pro svůj významný přínos dosahovaný v rámci dosavadních technik běžně používaných k připojení senzorů a akčních členů. Jde o doplňkovou metodu nevyžadující žádnou změnu tradičních rozhraní používaných v automatizaci, alespoň co se týče používaných konektorů a úrovní signálů.
 

Princip systému IO-Link

Senzor s rozhraním IO-Link poskytuje standardní digitální nebo analogové výstupní signály současně s doplňkovým sériovým obousměrným přenosem dat mezi senzorem a řídicí jednotkou v roli řídicího zařízení (master) pro výměnu hodnot parametrů jako např. měřicího rozsahu, citlivosti, zpoždění a pracovního režimu. Protože při sériovém přenosu dat nejsou nutné žádné další vodiče a základní výstupní signály ze senzoru zůstávají kompatibilní, je možné nadále používat obvyklé kabely a konektory a v jedné instalaci směšovat zařízení s rozhraním IO-Link s tradičními senzory (podrobněji je systém IO-Link po technické stránce popsán v článku IO-Link – řešení pro komunikaci v průmyslovém prostředí, Automa, 2008, roč. 14, č. 2, s. 39 – pozn. redakce). Všechny uvedené vlastnosti usnadňují vstup na trh, prodej a použití této nové a účelné techniky.
 

Dodavatelé senzorů poukazují na přednosti

Hlavní problém, před nímž stojí systém IO-Link, je následující: Proč by někdo měl utratit peníze navíc proto, aby se dostal k informaci ze zařízení, které stojí pár desítek dolarů? Odpověď je prostá: Aby zmenšil ztráty v důsledku prostojů výrobního zařízení. Přínosy plynoucí ze snáze proveditelné změny v nastavení, a tudíž z lepší přizpůsobivosti zařízení, totiž daleko převažují nad dodatečnými náklady na doplnění senzoru rozhraním IO-Link. Dodavatelé jsou v tomto zajedno a rychle reagují. Senzory s rozhraním IO-Link v současné době nabízejí nebo se chystají nabídnout téměř všichni velcí výrobci senzorů v Evropě.
 
Přínos systému IO-Link spočívá v možnosti obousměrného přenosu dat (cyklického i acyklického) mezi senzorem a řídicím systémem při poměrně malých pořizovacích nákladech. Řídicí systém se může jak senzorů „ptát“, tj. zjišťovat jejich současný stav, tak i senzory kalibrovat a nastavovat na dálku. Rozhraní IO-Link tak přináší možnost centralizovat kalibrační úkony na úrovni řídicí jednotky automatizačního systému a také rychle instalovat či vyměňovat senzory metodou „zastrč a snímej“ (plug and sense). Pravda je, že k pouhým výměnám senzorů dochází zřídka, protože potenciální doba bezporuchového provozního života senzoru je zpravidla delší než doba života zařízení, v němž je použit. Častým důvodem k výměně senzoru však jsou změny požadavků v rámci dané řídicí úlohy.
 
Dalších přínosů lze dosáhnout využitím centrální správy dokumentace a centrálního uložení souboru hodnot parametrů senzoru. Systém IO-Link navíc uživateli umožňuje pracovat s vnitřními diagnostickými funkcemi senzoru, jejichž prostřednictvím senzor může komunikovat s řídicím systémem a umožnit tak obsluze zjistit závady typu např. přerušení vodiče a znečištěných čoček.
 
Systém IO-Link může znamenat velké přínosy (dokonalejší přizpůsobivost a méně prostojů zařízení) např. u balicích strojů a ve farmaceutickém průmyslu, kde se od balicích linek mnohdy očekává schopnost zvládat větší počty různorodých dávek výrobků.
 
Jednou z podmínek přijetí systému IO-Link výrobci strojů jako budoucí životaschopné techniky je existence odpovídající otevřené komunikační sítě využívané a podporované co největším počtem dodavatelů automatizační techniky. Společnost Siemens s tímto vědomím a pro rozšíření potřebné základny poskytla sdružení uživatelů sítě Profibus (Profibus Nutzerorganisation – PNO) svou metodu IQ-Sense. Odezva je zatím kladná a většina evropských výrobců senzorů spolupracuje a věnuje svou pozornost systému IO-Link jako metodě navzájem sdílené členy PNO. Větší firmy, jako např. Contrinex, Pepperl+Fuchs, Siemens, ifm electronic, Banner, Turck, Schneider Electric, Sick, Phoenix Contact ad., jsou členy konsorcia IO-Link a nabízejí v současné době senzory s rozhraním IO-Link.
 
V Severní Americe používá systém IO-Link (možná díky své spolupráci s německou firmou Turck) společnost Banner. Až na tuto jedinou výjimku jsou však severoameričtí a asijští výrobci senzorů a řídicí techniky v oblasti systému IO-Link až nápadně nezúčastnění.
 
Společnost Omron agilně vyvíjí systém CompoNet. Jde o konkurenční metodu na nejnižší hierarchické úrovni ve skupině komunikačních sítí podporovaných asociací ODVA a využívajících její protokol CIP (Common Industrial Protocol, použitý v sítích Device-Net, ControlNet a EtherNet/IP). Cílem je rovněž zajistit rychlé a spolehlivé spojení senzorů nebo akčních členů s jim příslušnými řídicími jednotkami. Systém podle asociace ODVA podporuje také společnost Rockwell, která ale současně, aby vyšla vstříc požadavkům evropského trhu, uvažuje o členství v konsorciu IO-Link. Systém CompoNet bude nabízet hlavně v Asii, kde očekává větší zájem.
 

Čipy dodává NEC

Je překvapivé, že náklady a rizika související s vývojem nových metod připojování senzorů nesou momentálně samy dvě společnosti, Omron a Siemens. Ostatní výrobce odrazuje od přijetí této techniky potenciální závislost na konkurenční firmě jako dodavateli klíčových komponent. Společnost Siemens tudíž využívá k popularizaci protokolu organizaci PNO (tak jako Omron asociaci ODVA). Rozhraní IO-Link na jednom čipu navrhla společnost Siemens a čip nyní vyrábí firma NEC, která ho současně smí volně prodávat. Tím je nejen vyřešen problém závislosti na konkurentovi, ale jsou také zajištěny podmínky pro výrobu větších sérií, a tudíž nižší ceny.
 
Cena senzoru závisí na použitém principu a složitosti přístroje. Průměrné prodejní ceny senzorů se pohybují v pásmu od asi 22 amerických dolarů u indukčních senzorů až k částce větší než 300 dolarů u některých typů ultrazvukových senzorů. Stejně rozmanité jsou způsoby použití senzorů a úlohy, které plní, od jednoduchých binárních úloh bez požadavků na provozní flexibilitu (např. detekce zlomeného vrtáku) po skenery schopné rozlišovat barvy, s analogovou učící funkcí a potlačením vlivu pozadí.
 
Nikdo netvrdí, že by nebylo užitečné připojit přes rozhraní IO-Link senzory z horního konce výkonnostního spektra. Takové výkonné senzory, u nichž může být použití rozhraní IO-Link ekonomicky přínosné, ovšem představují jen asi 10 % z celkového počtu prodaných jednotek. Skutečný problém je v tom, jak připojit zbývajících 90 % senzorů. Systém IO-Link řeší tento problém použitím speciálních senzorových rozbočovačů, které by měly nevýhodu větších nákladů kompenzovat přínosy plynoucími z použití tenkého, odolného a levného připojovacího kabelu. Senzory mají stále častěji charakter vestavné (embedded) techniky, tj. součásti zařízení, což může usnadnit průnik techniky IOLink i do oné zmíněné 90% části trhu. Jako příklady lze uvést zájem o linearizaci převodních charakteristik senzorů, rychle rostoucí sektor miniaturních fotoelektrických senzorů a senzory se schopností učit se. Přestože senzory jsou stále inteligentnější, jejich ceny zůstávají od prvních let tohoto století beze změny. Dodavatelé se v důsledku silné konkurence na trhu snaží odlišovat technickými vlastnostmi svých produktů, ale většinou mají jen malý manévrovací prostor, co se týče ceny. Počty každoročně prodaných senzorů přitom v posledních několika letech z mnoha různých důvodů významně rostou.
 

Souhrn

Systém IO-Link vstupuje do plně rozvinutého a vysoce konkurenčního tržního prostředí, v němž je technika tvořící základ systému zabudovávána do čím dál tím většího počtu senzorů, ale kde technická zdokonalení nelze promítnout do zvýšení prodejní ceny senzoru. Shrnuto, jde o „poslední metr“ spojení mezi senzorem a řídicí jednotkou. Produktů s rozhraním IO-Link je zatím nabízen omezený počet, avšak u většiny dodavatelů je systém IO-Link dosud záležitostí nových projektů. Spolupráce s organizací PNO a skutečnost, že většina velkých dodavatelů senzorů systém IO-Link nabízí, výhledově povedou k jeho širšímu používání. Významně v tomto ohledu přispěje také zpětná kompatibilita této techniky. Otázkou je, zda systém IO-Link bude schopen se prosadit u výrobců strojů a koncových uživatelů v tak širokém měřítku, aby se stal připojovací technikou i pro oněch současných 90 % jednodušších až zcela jednoduchých senzorů.
 
Florian Güldner,
ARC Advisory Group
 
Autor je pracovníkem poradenské společnosti ARC Advisory Group, která se specializuje na oblast automatizace v průmyslu. Článek je editovaným překladem stati IO-Link Gains Support from Sensor and Automation Suppliers at SPS/IPC Drives Show vydané jako ARC Insight No. 2008-51MD v prosinci 2008; překlad a editace redakce; otištěno se svolením ARC Advisory Group (http://www.arcweb.com).