WO2013178209A1 - Verwendung eines io-links zur anbindung von feldgeräten - Google Patents

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    • G06F13/38—Information transfer, e.g. on bus
    • G06F13/382—Information transfer, e.g. on bus using universal interface adapter
    • G06F13/387—Information transfer, e.g. on bus using universal interface adapter for adaptation of different data processing systems to different peripheral devices, e.g. protocol converters for incompatible systems, open system
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Program-control systems
    • G05B19/02—Program-control systems electric
    • G05B19/04—Program control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Program control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0423—Input/output
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    • G—PHYSICS
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    • G06F13/36—Handling requests for interconnection or transfer for access to common bus or bus system
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    • G06F13/364—Handling requests for interconnection or transfer for access to common bus or bus system with centralised access control using independent requests or grants, e.g. using separated request and grant lines

Definitions

  • the invention relates to the use of an IO link. State of the art
  • CONFIRMATION COPY the connected binary sensors and actuators.
  • sensors with analog signals or serial interfaces it is not uncommon for reasons of cost to dispense with sensors with analog signals or serial interfaces, multi-channel parameterizable sensors or devices with diagnostic functions, even if their use would make sense.
  • IO-Link is to be standardized as an international open standard in the IEC 61 131-9 standard Link devices are described using description files IODD, IO-Link Device Description The IODD as the description language is to be standardized as an open standard in ISO 15745.
  • An IO-Link is a serial point-to-point connection for signal transmission between sensors IO-Link basically transmits data between an IO-Link master and a connected IO-Link device as a slave.
  • IO-Link master both field bus modules and PLC IO-Link is backwards compatible with standard binary sensors and uses standard unshielded three- or five-wire cables
  • the field bus level is responsible for linking individual machines or their components to the control of the system, IO-Link must be assigned to the machine or sensor-actuator level.
  • the fieldbus level includes most of the standardized fieldbuses that are used throughout the machine and plant construction industry. Typical fieldbuses include PROFIBUS-DP, Interbus, DeviceNet, CC-Link and CANopen.
  • Ethernet-based rock bus standards such as PROFINET, EtherNet / IP, EtherCAT and Ethernet POWERLINK are also being used.
  • Fieldbuses are particularly advantageous in bridging long distances between individual subscribers, which can range from several 100 meters to sometimes over 10 km.
  • safety devices In addition to purely functional signals in a machine, there are always signals that are safety-related and serve the protection of man and machine. Common safe signals come from safety devices and safety switches, such as door safety switches, door interlocking devices, light curtains, emergency stop switches, etc. In the following, "safety devices” always means such safety devices and safety switches.
  • IO-L ' inks for the connection of so-called IO-Link devices. These are known per se sensors and actuators.
  • the connection of further field devices, in particular also safety-relevant field devices or field devices which require parametrization, is still done in the prior art in a conventional manner, ie by direct connection to the fieldbus.
  • the invention is based on the object to further simplify the connection and automation of other field devices and in particular safety-related field devices, in particular to further simplify the installation requirements.
  • the communication between the master module and the field devices should also be simplified and improved.
  • This object is achieved in that an IO link is used to connect a field device to a master module.
  • the IO-Link is used to connect one or more of the following field devices to the master module: - drives and frequency converters;
  • IO-Link at least one device state and / or to transmit at least one bit of process data to or from the device and / or at least one diagnostic information and / or at least one parameter.
  • IO-Link power supplies switching off the output voltage, a safety-related shutdown of single or multiple output voltages is possible.
  • the safety protocol is advantageously transmitted via IO-Link data bits so that the IO-Link connection functions as a black channel.
  • the energy transfer via the IO-Link is made.
  • the field devices are connected to the master module via 10-link interfaces or IO-Link adapters.
  • the advantage of using an IO link for connection to field devices can be seen in particular in that without additional effort for the device itself or during installation can be made an automated parameterization, diagnostics can be made, identification data of the field devices can be used and beyond on technically simple and also cost-effective way security installations can be made possible.
  • the simplification of the wiring is particularly advantageous, since IO-Link devices are connected via standardized three- or five-wire lines.
  • IO-Link adapters By using IO-Link adapters, field devices known per se, such as drive and frequency converters, display and control devices (HMI), picture-identifying systems, power supply units, door safety switches with or without locking function, safety-oriented light processes can be connected to the master module in an advantageous manner.
  • field devices known per se such as drive and frequency converters, display and control devices (HMI), picture-identifying systems, power supply units, door safety switches with or without locking function, safety-oriented light processes can be connected to the master module in an advantageous manner.
  • the figure schematically shows the connection of field devices to a master module by means of IO-Link adapters.
  • a master module 100 to which the following field devices are connected, is shown schematically.
  • a drive and / or frequency converter 200 is connected to the master module via an external IO-Link adapter or an integrated IO-Link interface 210 and an IO-Link connection 220.
  • An indicating and operating device 300 is connected to the master module 100 via an external IO-Link adapter or an integrated IO-Link interface 310 and an IO-Link connection 320.
  • a picture-identifying system 400 is connected to the master assembly 100 via an external IO-Link adapter or integrated IO-Link interface 410 and an IO-Link connection 420.
  • a power supply unit 500 is connected to the master module via an external IO-Link adapter or an integrated IO-Link interface 510 and an IO-Link connection 520.
  • safety-relevant field devices such as a door safety switch with or without locking function 600
  • safety-relevant field devices are connected to the master module 100 via an external IO-Link adapter or an integrated IO-Link interface 610 and an IO-Link connection 620.
  • a safety-related light curtain 700 is connected to the master module 100 via an external IO-Link adapter or an integrated IO-Link interface 710 and an IO-Link connection 720.
  • safety-related signals are transmitted bidirectionally. This can be done by the IO-Link data bits, which are transmitted via the known IO-L ' ink protocol act as a so-called black channel, are transmitted over the security protocols with a typical for such a security protocol data bit set.
  • IO-Link connection For this purpose, data bit areas of the IO-Link data bits are used for the transmission of the safety protocol.
  • a per se known IO-Link connection can be used to transmit a security protocol without the IO-Link connection having to be changed in any way or "remembering" something about the transmission of the security protocol transparent channel, also referred to as "black channel”.
  • the basic idea of the present invention is to bind field devices known per se in a very advantageous manner by using IO links and master modules. This means that the full functionality of the field devices can be used without additional effort for the device itself or in relation to the installation.
  • Parameters for parameterizing the field devices, diagnostic data for determining the device status or diagnostic information or shutdown signals can also be transmitted via the IO-Link connection.
  • signals for switching off the output voltage, and signals for safety-related single or multiple output voltages are transmitted.
  • identification data of the Devices can be transmitted and finally also safety protocols can be transmitted in a simple manner, so that safety installations are made possible in a technically simple and therefore also inexpensive way.

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Description

Verwendung eines IQ-Links zur Anbindung von Feldgeräten
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines IO-Links. Stand der Technik
Im Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Automatisierungstechnik haben sich zahlreiche genormte Feldbussysteme als Alternative zur parallelen Einzelverkabelung bewährt. Dabei werden an eine zentrale Steuereinrichtung eine Mehrzahl von sogenannten Feldbusmodulen über den Feldbus angeschlossen. An die Feldbusmodule werden wiederum Endgeräte angeschlossen. Zur Verbindung der Endgeräte an die Feldbusmodule werden in jüngerer Zeit IO-Link-Verbindungen verwendet. In diesem Fall übernehmen die Feldbusmodule die Rolle des IO-Link-Masters. Endgeräte sind beispielsweise Sensoren, Aktoren, Anzeigegeräte, Bediengerät bis hin zu kleineren Antrieben an Maschinen. Bei vielen Montageanlagen überschreitet nun der Platzbedarf für eine Verkabelung und für Schaltkästen für die Elektroinstallation nicht selten den Bauraum der Handhabungsmechanik. Fast immer übersteigen die Kosten für die Arbeitszeit und den Materialaufwand der Installation der Hardware zur Signalübertragung an die Maschine die Beschaffungspreise
BESTÄTIGUNGSKOPIE der angeschlossenen binären Sensoren und Aktoren. Um eine aufwendige Verkabelung zu vermeiden wurde daher nicht selten aus Kostengründen auf Sensoren mit Analogsignalen oder seriellen Schnittstellen, mehrkanalige pa- rametrierbare Sensoren oder Geräte mit Diagnosefunktionen verzichtet, selbst dann, wenn deren Einsatz sinnvoll wäre.
Um nun diesem Problem zu begegnen hat ein Konsortium betroffener Hersteller einen neuen Standard für eine intelligente Sensor-/Aktorschnittstelle mit der Bezeichnung„10-Link" spezifiziert. IO-Link soll als internationaler offener Standard in der Norm IEC 61 131 -9genormt werden. IO-Link-Geräte werden über Beschreibungsdateien IODD, IO-Link Device Description, beschrieben. Die IODD als Beschreibungssprache soll in der Norm ISO 15745 als offener Standard genormt werden. Ein IO-Link ist eine serielle Punkt-zuPunkt-Verbindung für die Signalübertragung zwischen Sensoren und Aktoren und der IO-Ebene der Maschine. Grundsätzlich überträgt IO-Link Daten zwischen einem IO-Link-Master und einem angeschlossenen IO-Link-Gerät (Device) als Slave. Als IO-Link-Master stehen sowohl Feldbusmodule als auch SPS-Schnittstellenbaugruppen zur Verfügung. IO-Link ist abwärtskompatibel zu binären Standardsensoren und verwendet durchgängig ungeschirmte drei- oder fünfadrige Standardleitungen. Während Feldbusebene für die Verknüpfung einzelner Maschinen oder deren Bestandteile mit der Steuerung der Anlage verantwortlich ist, ist IO-Link der Maschinen- oder der Sensor-Aktor- Ebene zuzuordnen. Zur Feldbusebene zählen die meisten der standardisierten Feldbusse, wie sie im Maschinen- und Anlagenbau durchgängig zum Einsatz kommen. Gebräuchliche Feldbusse sind beispielsweise PROFIBUS-DP, Interbus, DeviceNet, CC-Link und CANopen. Darüber hinaus werden neuerdings auch auf Ethernet basierende Felsbusstandards wie PROFINET, Ether- Net/IP, EtherCAT sowie Ethernet POWERLINK eingesetzt. Feldbusse sind besonders vorteilhaft bei der Überbrückung großer Entfernungen zwischen einzelnen Teilnehmern, die von mehreren 100 Metern bis zu teilweise über 10 km betragen können. Problematisch und nachteilig ist es jedoch, dass diese leistungsfähigen Bussysteme auf der Sensor-/Aktorebene praktisch wirtschaftlich nicht einsetzbar sind.
Neben rein funktionalen Signalen in einer Maschine sind dort auch immer Signale zu finden, die sicherheitsbezogen sind und die dem Schutz von Mensch und Maschine dienen. Gängige sichere Signale kommen von Sicherheitsgeräten und Sicherheitsschaltern, wie Türsicherheitsschaltern, Türverriegelungseinrichtungen, Lichtvorhängen, Not-Halt Schaltern usw. Im Folgenden werden unter„Sicherheitsgeräten" immer solche Sicherheitsgeräte und Sicherheitsschalter verstanden.
Aus der DE 10 2009 013 303 A1 ist die Verwendung IO-L'inks zur Anbindung von sogenannten IO-Link-Devices bekannt geworden. Diese sind an sich bekannte Sensoren und Aktoren. Die Anbindung weiterer Feldgeräte, insbesondere auch sicherheitsrelevanter Feldgeräte oder Feldgeräte, die eine Para- metrisierung erfordern, geschieht im Stand der Technik nach wie vor auf konventionelle Art, d.h. durch direkte Anbindung an den Feldbus. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, auch die Anbindung und Automatisierung weiterer Feldgeräte und insbesondere auch sicherheitsrelevanter Feldgeräte weiter zu vereinfachen, insbesondere die Installationserfordernisse weiter zu vereinfachen. Darüber hinaus soll auch die Kommunikation zwischen der Masterbaugruppe und den Feldgeräten vereinfacht und verbessert werden.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein IO-Link verwendet wird zur Anbindung eines Feldgeräts an eine Masterbaugruppe.
Vorteilhafterweise wird der IO-Link verwendet, um eines oder mehrere folgender Feldgeräte an die Masterbaugruppe anzubinden: - Antriebe und Frequenzumrichter;
- Anzeige- und Bediengeräte (HMI);
- bilderkennende Systeme;
- Netzgeräte;
- Türsicherheitsschalter;
- sicherheitsgerichtete Lichtvorhänge.
Im Hinblick auf eine Installationsvereinfachung, eine erhöhte Funktionalität, eine automatisierbare Parametrierung der Geräte und erweiterte Identifikati- ons- und Diagnosemöglichkeit, ohne gleichzeitig den Material- und Installationsaufwand zu erhöhen, sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung vor, über den IO-Link wenigstens einen Gerätezustand und/oder wenigstens ein Bit Prozessdaten zum oder vom Gerät und/oder wenigstens eine Diagnoseinformation und/oder wenigstens einen Parameter zu übermitteln. Insbesondere ist im Falle von über den IO-Link angeschlossenen Netzgeräten ein Abschalten der Ausgangsspannung, auch ein sicherheitsgerichtetes Abschalten einzelner oder mehrerer Ausgangsspannungen möglich.
Um auch Sicherheitsgeräte auf einfache Weise anzubinden ist dabei vorgesehen, die bidirektionale Übermittlung eines Sicherheitsprotokolls zwischen Feldgerät und Masterbaugruppe über den IO-Link vorzunehmen. Dabei wird vorteilhafterweise das Sicherheitsprotokoll über IO-Link-Datenbits übermittelt, sodass die IO-Link-Verbindung als Black Channel fungiert.
Bevorzugt wird auch die Energieübertragung über den IO-Link vorgenommen. Die Anbindung der Feldgeräte an die Masterbaugruppe erfolgt dabei über 10- Link-Schnittstellen oder IO-Link-Adapter. Der Vorteil der Verwendung eines IO-Links zur Anbindung an Feldgeräten kann insbesondere darin gesehen werden, dass ohne Mehraufwand für das Gerät selbst oder während der Installation eine automatisierbare Parametrierung erfolgen kann, Diagnosen vorgenommen werden können, Identifikationsdaten der Feldgeräte genutzt werden können und darüber hinaus auch auf technisch einfache und auch kostengünstige Weise Sicherheitsinstallationen ermöglicht werden können. Besonders vorteilhaft ist die Vereinfachung der Verdrahtung, da IO-Link- Devices über genormte Drei- bzw. Fünfdrahtleitungen verbunden werden.
Durch Verwendung von IO-Link-Adaptern können an sich bekannte Feldgeräte, wie Antrieb- und Frequenzumrichter, Anzeige- und Bediengeräte (HMI), bilderkennende Systeme, Netzgeräte, Türsicherheitsschalter mit oder ohne Zuhaltefunktion, sicherheitsgerichtete Lichtvorgänge in vorteilhafter Weise an die Masterbaugruppe angebunden werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
In der Figur ist schematisch die Anbindung von Feldgeräten an eine Masterbaugruppe durch IO-Link-Adapter dargestellt.
Ausführungsformen der Erfindung
In der Figur ist schematisch eine Masterbaugruppe 100, an die die folgenden Feldgeräte angebunden sind, dargestellt. Ein Antrieb und/oder Frequenzumrichter 200 ist über einen außenliegenden IO-Link Adapter oder eine integrierte IO-Link Schnittstelle 210 und eine IO-Link-Verbindung 220 an die Masterbaugruppe angeschlossen. Ein Anzeige- und Bediengerät 300 ist über einen außenliegenden IO-Link Adapter oder eine integrierte IO-Link Schnittstelle 310 und eine IO-Link-Verbindung 320 an die Masterbaugruppe 100 angeschlossen. Ein bilderkennendes System 400 ist über einen außenliegenden IO-Link Adapter oder eine integrierte IO-Link Schnittstelle 410 und eine IO- Link-Verbindung 420 mit der Masterbaugruppe 100 verbunden. Ein Netzgerät 500 ist über einen außenliegenden IO-Link Adapter oder eine integrierte IO- Link Schnittstelle 510 und eine IO-Link-Vebindung 520 mit der Masterbau- gruppe 100 verbunden. Darüber hinaus sind sicherheitsrelevante Feldgeräte, wie ein Türsicherheitsschalter mit oder ohne Zuhaltefunktion 600 über einen außenliegenden IO-Link Adapter oder eine integrierte IO-Link Schnittstelle 610 und eine IO-Link-Verbindung 620 mit der Masterbaugruppe 100 verbunden. Ein sicherheitsgerichteter Lichtvorhang 700 ist über einen außenliegenden IO-Link Adapter oder eine integrierte IO-Link Schnittstelle 710 und eine IO-Link-Verbindung 720 mit der Masterbaugruppe 100 verbunden. Zwischen den letztgenannten Geräten und der Masterbaugruppe 100 werden sicher- heitsbezogene Signale bidirektional übertragen. Dies kann dadurch geschehen, dass die IO-Link-Datenbits, die über das an sich bekannte IO-L'ink- Protokoll übertragen werden als sogenannter Black Channel fungieren, über den Sicherheitsprotokolle mit einem für ein solches Sicherheitsprotokoll typischen Datenbit-Satz übertragen werden. Hierzu werden Datenbitbereiche der IO-Link-Datenbits für die Übertragung des Sicherheitsprotokolls verwendet. Auf diese Weise kann eine an sich bekannte IO-Link-Verbindung zur Übertragung eines Sicherheitsprotokolls verwendet werden, ohne dass die IO-Link- Verbindung in irgendeiner Weise geändert werden müsste oder diese etwas von der Übertragung des Sicherheitsprotokolls„merkt". Sie wird gewissermaßen als transparenter Kanal verwendet, der auch als„Black Channel" bezeichnet wird.
Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es, an sich bekannte Feldgeräte auf sehr vorteilhafte Weise durch Verwendung von IO-Links und Masterbaugruppen anzubinden. Damit kann die volle Funktionalität der Feldgeräte ohne Mehraufwand für das Gerät selbst oder in Bezug auf die Installation genutzt werden. Es können auch über die IO-Link-Verbindung Parameter zur Para- metrierung der Feldgeräte, Diagnosedaten zur Bestimmung des Gerätezu- stands oder von Diagnoseinformationen oder Abschaltsignale übermittelt werden. So können beispielsweise im Falle des Netzgeräts 500 über die IO- Linkschnittstelle 510 Signale zur Abschaltung der Ausgangsspannung, auch Signale zum sicherheitsgerichteten einzelner oder mehrerer Ausgangsspannungen übermittelt werden. Darüber hinaus können Identifikationsdaten der Geräte übermittelt werden und schließlich können auch auf einfache Weise Sicherheitsprotokolle übermittelt werden, sodass auf technisch einfache und damit auch preisgünstige Weise Safety-Installationen ermöglicht werden.

Claims

Ansprüche
1. Verwendung eines IO-Links zur Anbindung eines Feldgeräts an eine Masterbaugruppe.
2. Verwendung eines IO-Links nach Anspruch 1 , wobei eines oder mehrere der folgenden Feldgeräte an die Masterbaugruppe (100) angebunden werden:
- Antriebe und Frequenzumrichter (200);
- Anzeige- und Bediengeräte (HMI) (300);
- bilderkennende Systeme (400);
- Netzgeräte (500);
- Türsicherheitsschalter (600);
- sicherheitsgerichtete Lichtvorhänge (700).
3. Verwendung eines IO-Links nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei über den IO-Link wenigstens ein Bit Prozessdaten zum oder vom Gerät, und/oder wenigstens eine Diagnoseinformation und/oder wenigstens ein Parameter übermittelt werden.
4. Verwendung eines IO-Links nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Bit Prozessdaten zum oder vom Gerät ein Signal zum Abschalten der Ausgangsspannung, insbesondere zum si- cherheitsgerichteten Abschalten einzelner oder mehrerer Ausgangsspannungen des Netzgerätes (500) bilden.
5. Verwendung eines IO-Links nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei eine bidirektionale Vermittlung eines Sicherheitsprotokolls zwischen Feldgerät (200, 300, 400, 500, 600, 700) und Masterbaugruppe (100) erfolgt.
6. Verwendung eines IO-Links nach Anspruch 5, wobei das Sicherheitsprotokoll über IO-Link-Datenbits übermittelt wird, sodass die IO-Link- Verbindung als Black-Channel fungiert.
7. Verwendung eines IO-Links nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei eine Energieversorgung über den IO-Link erfolgt.
8. Antrieb und Frequenzumrichter (200) mit einer lO-Link-Schnittstelle oder einem 10- Link-Adapter (210).
9. Anzeige- und Bediengerät (300) mit einer ΙΟ-Link-Schnittstelle oder einem IO-Link-Adapter (310).
10. Bilderkennendes System (400) mit einer ΙΟ-Link-Schnittstelle oder einem IO-Link-Adapter (410).
1 1. Netzgerät (500) mit einer ΙΟ-Link-Schnittstelle oder einem IO-Link- Adapter (510).
12. Türsicherheitsschalter (600) mit oder ohne Zuhaltung mit einer IO- Link-Schnittstelle oder einem IO-Link-Adapter (610).
13. Sicherheitsgerichteter Lichtvorgang (700) mit einer IO-Link- Schnittstelle oder einem IO-Link-Adapter (710).
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