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Verfahrenstechnik 3/2019

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MESSEN, REGELN,

MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN I INTERVIEW Eine echte Alternative IO-Link-Technologie für hygienische Anwendungen Die Digitalisierung macht auch vor der Prozesstechnik nicht halt. Die bewährte 4–20-mA- Stromschnittstelle ist zwar nach wie vor weit verbreitet, wird aber zunehmend infrage gestellt. Ein vielversprechender Ansatz ist die IO-Link-Technologie. Ein Hersteller setzt auf diese zukunftsfähige Technik und hat sie nun auch für hygienische Anwendungen auf den Markt gebracht. Wir sprachen darüber mit Dr. Thomas Köster, Entwicklungsleiter der Firma Labom. Herr Köster, die 4–20-mA-Stromschnittstelle ist in der Prozesstechnik immer noch weit verbreitet. Die Übertragung mittels 4–20-mA-Schnittstelle ist das Arbeitspferd der industriellen Messtechnik. Zahlreiche Vorteile ließen die Stromschnittstelle seit der Einführung in den 50er-Jahren zum Standard in der Prozessindustrie werden – das Prinzip ist unempfindlich, robust und praktisch, aber nicht zukunftsfähig. Durch die Verbreitung digitaler Messtechnik ist eine analoge Stromschnittstelle eigentlich ein Anachronismus. Denn ein Großteil der in der Prozesstechnik eingesetzten Messgeräte verfügt heute über eine digitale Messwertaufbereitung. Wird trotzdem mit einer analogen Übertragung gearbeitet, führt das zu einer ineffizienten Umwandlungs-Kette: Noch im Feldgerät wird der digitale Messwert in Strom gewandelt und dann über die 4–20-mA-Schnittstelle übertragen. Im Leitstand erfolgt dann die Messung des Stroms und die Umwandlung zurück in einen digitalen Wert. Kein Wunder also, dass das System digital – analog – digital aufwändig und unflexibel ist. Die digitale Kommunikation über eine Stromschnittstelle per Hart-Protokoll ist ebenfalls keine echte Alternative, da die Datenübertragung prinzipbedingt nur sehr langsam erfolgt. Und warum findet keine Ablösung durch Feldbusse statt? Branchenexperten sagen schon lange eine Ablösung durch digitale Feldbusse vorher, das blieb aber bisher aus. Die Gründe liegen hauptsächlich in der Komplexität der Feldbusse: Der große Funktionsumfang führt zu deutlichen Mehrkosten pro Feldgerät und die Komplexität des Übertragungsprotokolls erfordert für eine Fehlerdiagnose spezielle Ausrüstung und qualifiziertes Personal. Da es eine Vielzahl an Feldbusvarianten gibt, sind die Stückzahlen pro Feldbus verhältnismäßig gering, was sich ebenfalls in höheren Gerätekosten niederschlägt. Die Unsicherheit über die Zukunft einzelner Feldbusse hält Gerätehersteller zudem häufig davon ab, in Schnittstellen eines speziellen Typs zu investieren. Wie sieht also die Lösung für die Zukunft aus? Ein vielversprechender Kandidat ist die IO-Link-Technologie. IO-Link bietet die Funktionsvielfalt einer digitalen Schnittstelle, ohne die Komplexität eines Feldbusses. Ursprünglich aus der Fabrikauto- 01 Thomas Köster ist Entwicklungsleiter bei der Labom Mess- und Regeltechnik GmbH mation stammend, besitzt IO-Link dort bereits eine breite Akzeptanz. Schon jetzt sind über acht Millionen IO-Link-Knoten im Einsatz, und das Wachstum steigt weiter exponentiell an. Neben der großen Verbreitung sorgt auch die weltweite Normung durch die DIN EN IEC 61131-9 für Zukunftssicherheit. Das System besteht aus einer digitalen Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen dem Feldgerät (Sensor oder Aktor) und dem sogenannten IO-Link-Master. Die Verkabelung erfolgt kostengünstig über ungeschirmte 3-Draht-Kabel mit den weit verbreiteten M12-Steckern. Bis zu 16 Geräte können an einen IO-Link-Master angeschlossen werden, ohne dass sich die Geräte gegenseitig stören können. Welche Vorteile hat der Anwender mit der IO-Link-Technologie? Die geringe Komplexität der Punkt-zu- Punkt-Verbindung, die schon ein klarer Vorteil der 4–20-mA-Schnittstelle gegenüber Feldbussen war, ist auch hier als Pluspunkt anzusehen: Sie ermöglicht eine 36 VERFAHRENSTECHNIK 3/2019

INTERVIEW I MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN einfache, kostengünstige Integration von IO-Link in die Feldgeräte. Diese sind also im Verhältnis zu einem Messgerät mit Feldbussystem deutlich günstiger. Die schnelle, digitale Kommunikation ins Feldgerät bietet dem Anwender einen deutlichen Mehrwert. Eine Verfälschung des Messwertes bei der Übertragung ist ausgeschlossen, und die Parametrierung kann bequem am PC erfolgen. IO-Link ermöglicht es sogar, die Parametrierung im Master zu speichern. Wenn ein defektes Gerät ausgetauscht werden muss, kann das neue Gerät dadurch automatisch parametriert werden. Also ein Ersatz für alle bisherigen Bussysteme? Nein, IO-Link ist keineswegs als Ersatz für alle bisherigen Bussysteme gedacht – im Gegenteil: Über den Master kann IO-Link mit diversen Feldbussen verknüpft werden, sodass vorhandene Bussysteme bestehen bleiben und weiterhin die Kommunikation vom IO-Link-Master zu der restlichen digitalen Infrastruktur übernehmen können. Das bringt den enormen Vorteil mit sich, dass nicht die gesamte Technik umgestellt oder ausgetauscht werden muss: Lediglich die Kommunikation zwischen Feldgerät und Master wird von IO-Link übernommen. IO-Link ist ein Komplexitätsentkoppler. Damit schließt das System genau die Lücke zwischen komplexer, digitaler Infrastruktur und den Feldgeräten. Bussysteme müssen so komplex sein, weil sie sehr viele Geräte miteinander verbinden und deutlich mehr leisten müssen – doch genau diese Komplexität erschwert den Einbau in die Feldgeräte. Wie also können wir digital bis ins Messgerät kommen, ohne diese Komplexität mitnehmen zu müssen? IO-Link ist dafür eine perfekte Lösung. Damit wird klar: IO-Link ist keine Konkurrenz zu Feldbussen sondern ergänzt diese auf der „letzten Meile“ ins Feldgerät. Und was ist mit den hygienischen Anwendungen in der Prozessindustrie? Die Anbieter aus der Fabrikautomation waren bisher nicht auf die Anforderungen für hygienische Prozesse eingestellt. Dieses Problem haben wir jetzt gelöst und Druck- und Temperaturmess umformer mit IO-Link-Ausgang auf den Markt gebracht. Das Besondere dabei: Die IO-Link-Messumformer können mit allen Prozessanschlüssen und Messgeräten aus unserem Programm kombiniert werden, sodass für jeden Prozess die passende Kombination zusammengestellt werden kann. Die typischen Anforderungen der hygienischen Fertigung wie Materialzeugnisse, Prüfprotokolle, spezifische Prozessanschlüsse oder die Oberflächenqualitäten von messstoffberührten Teilen, stellen für uns kein Hindernis dar. Für die Druckmessung sind Druckmittler in allen gängigen Bauformen verfügbar, und bei der Temperaturmessung kommen die Minitherm-Serie für schnellansprechende Messungen mit auswechselbarem Messeinsatz sowie Clamp-on für Temperaturmessung ohne Eingriff in den Prozess zum Einsatz. Auch Aseptconnect, das hygienische Inline-Gehäuse mit genormten Geräteanschluss, kann als Alternative zum Rohrdruckmittler oder bei kleinen Rohrdurchmessern für die Temperatur- und Druckmessung eingesetzt werden. Mit unseren hygienischen Messumformern hat IO-Link das Potenzial, für eine signifikante Zahl von Sensoren die etablierte 4–20-mA-Schnittstelle auch in hygienischen Prozessen abzulösen. Robust, feldbusneutral, einfach zu parametrieren und zu installieren, ist das System eine echte Alternative zur analogen Stromschnittstelle oder Feldbussystemen in Feldgeräten. (eli) Fotos: Labom www.labom.com 02 Beispiel einer Anlagenarchitektur mit IO-Link-Geräten: Druckmessumformer (1, 4, 6), Temperaturmessumformer (2, 5), Widerstandsthermometer (3) VERFAHRENSTECHNIK 3/2019 37

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