Nella moderna automazione industriale, la comunicazione affidabile veloce ed efficiente tra sensori è essenziale. In qualità di pioniere delle applicazioni di Industria 4.0, IO-Link garantisce una comunicazione continua fino al più basso livello di campo, consentendo così una facile integrazione dei sensori nei moderni ambienti di automazione. Di seguito illustreremo gli aspetti più importanti di IO-Link e i relativi vantaggi per i processi industriali.
IO-Link è la prima interfaccia standardizzata a livello mondiale per la comunicazione indipendente dal bus di campo tra i sensori e il livello di controllo di un sistema di automazione. La tecnologia consente la trasmissione bidirezionale dei dati e facilita la diagnosi e la parametrizzazione dei dispositivi collegati.
La comunicazione IO-Link avviene sempre tra due punti finali, ovvero un master IO-Link e un dispositivo IO-Link (sensore). I dati vengono trasmessi tra il master e il sensore tramite cavi a 3 o 5 conduttori standardizzati ed economici. La trasmissione digitale dei dati elimina i problemi tipici della trasmissione analogica (perdita di segnale, interferenze elettromagnetiche, imprecisione, ecc.) Il master IO-Link è il collegamento a un sistema di automazione di livello superiore o a un'unità di controllo (PLC). La comunicazione avviene tipicamente tramite Industrial Ethernet (PROFINET, EtherNet/IP, Modbus TCP, ecc.).
Un sistema IO-Link è sempre costituito da diversi componenti. Questi includono:
Struttura tipica di IO-Link
I dispositivi IO-Link (noti anche come dispositivi IO) comprendono sensori, attuatori e dispositivi RFID che comunicano direttamente con un master IO-Link tramite il protocollo IO-Link. Il loro principale vantaggio è la capacità di trasmettere dati di processo, dati di servizio e di analisi come stati di funzionamento o messaggi di errore.
Il master IO-Link è un componente centrale di un sistema IO-Link e funge da collegamento tra i dispositivi IO-Link (livello di campo) e un'unità di controllo (livello di controllo). Fornisce diverse porte IO-Link (in genere 4 o 8) per il collegamento dei dispositivi, raccoglie i dati dai dispositivi collegati e li inoltra in un pacchetto all'unità di controllo di livello superiore. Fornisce alimentazione ai dispositivi, li gestisce e si occupa della configurazione e della diagnostica dei dispositivi.
Offre inoltre varie funzioni di rilevamento degli errori e facilita l'integrazione nei sistemi IT esistenti, aumentando in modo significativo l'efficienza e la flessibilità delle soluzioni di automazione, soprattutto nel contesto di Industria 4.0. In genere, un master è dotato di un server web integrato che consente l'accesso remoto e l'utilizzo di tutte le funzioni direttamente in rete.
Piramide di automazione con e senza IO-Link
IO-Link Safety è un'estensione della tecnologia IO-Link sviluppata appositamente per le applicazioni critiche per la sicurezza negli ambienti industriali. Consente l'integrazione di funzioni di sicurezza nell'architettura IO-Link ed estende lo standard IO-Link esistente per includere la comunicazione di sicurezza tra sensori o attuatori e un controllore di sicurezza.
Simile a IO-Link Safety, IO-Link Wireless è un'estensione della comunicazione IO-Link convenzionale che consente di collegare sensori e attuatori ai sistemi di controllo in modalità wireless. Ciò significa che la comunicazione IO-Link può avvenire in modalità wireless senza cablaggio fisico, migliorando così l'installazione, la flessibilità e la scalabilità negli ambienti industriali. IO-Link Wireless viene spesso utilizzato per componenti di sistema di difficile accesso o spostamento, o per installazioni costose e complicate.
L'abbreviazione IODD sta per Descrizione del dispositivo IO. Si tratta di un file che descrive le proprietà di un dispositivo IO-Link. Contiene informazioni importanti come il tipo di dispositivo, l'ID del produttore, i parametri di comunicazione e dettagli sulla funzionalità del dispositivo. Gli IODD consentono al master IO-Link e ai sistemi di livello superiore di riconoscere automaticamente i dispositivi collegati e di configurarli correttamente.
La norma IEC 61131-9 è uno standard internazionale sviluppato specificamente per la comunicazione tra controllori e dispositivi nei sistemi di automazione industriale. Definisce le specifiche tecniche per le “interfacce di comunicazione digitale single-drop” (SDCI), generalmente note come IO-Link.
Le interfacce IO-Link offrono numerosi vantaggi, che vanno dall'ottimizzazione dei processi produttivi alla riduzione dei costi di manutenzione:
Flessibilità, prestazioni di produzione e manutenzione a distanza sono parametri di prestazione importanti per macchine e sistemi. Con i sensori IO-Link, l'operatore del sistema ha ora accesso anche al livello di campo più basso. Con uno sforzo minimo, è possibile recuperare le informazioni dei sensori, i parametri di configurazione e i dati diagnostici per valutare in modo ottimale le condizioni del sistema.
L'uso di IO-Link può ridurre significativamente i tempi e gli sforzi necessari per l'assemblaggio e la messa in servizio. Ciò è possibile grazie a un cablaggio semplificato e alla possibilità di automatizzare la messa in servizio mantenendo e duplicando i parametri.
Durante l'assemblaggio vengono utilizzati cavi preassemblati, eliminando la necessità di autoassemblaggio ed evitando fonti di errore. Anche la messa in servizio può essere automatizzata, poiché i parametri possono essere scaricati in pochi secondi e sono disponibili nel dispositivo.
Grazie all'indipendenza dal bus di campo, la varietà di sensori in magazzino si riduce notevolmente e ogni sensore ha sempre con sé la sua “carta d'identità”, per così dire, grazie all'IODD.
Con i moderni sistemi IO-Link, gli arresti imprevisti dell'impianto dovuti a un guasto del sensore appartengono al passato. Le funzioni integrate nei sensori, come i contatori delle ore di funzionamento, gli indicatori di resistenza e il rilevamento di errori e cortocircuiti, consentono di identificare e correggere tempestivamente le condizioni critiche dei sensori, aumentando in modo significativo l'efficienza dell'impianto.
IO-Link consente di scambiare dati ciclici e aciclici con sistemi di livello superiore. Ciò significa, ad esempio, che è possibile caricare i dati dei parametri in un sensore durante il funzionamento o leggere i dati diagnostici. Grazie alla velocità di trasmissione di COM 3 a 230,4 kbaud e ai tempi di ciclo inferiori a 1 ms in alcuni casi, i dati vengono scambiati rapidamente e sono disponibili in pochi secondi.
L'ID del dispositivo è un identificativo univoco assegnato dal produttore per ogni dispositivo IO-Link. Consente al master di identificare chiaramente il dispositivo collegato e di assegnargli la descrizione appropriata (IODD - IO Device Description). Non appena l'IODD è stato importato nel master, quest'ultimo conosce tutte le proprietà del dispositivo. Per un sensore, queste proprietà possono essere, ad esempio, il tipo di sensore (sensore di temperatura, sensore di pressione, ecc.), il campo di misura o la classe di precisione. L'IODD contiene anche varie informazioni sul produttore del dispositivo, come il nome del produttore, il logo del produttore o l'URL del produttore. Quando un sensore viene collegato a una porta master, gli ID del dispositivo vengono confrontati. Se l'ID dispositivo del sensore non corrisponde all'IODD memorizzato per questa porta, ciò viene immediatamente riconosciuto e viene visualizzato un messaggio di errore. Ciò significa che, ad esempio, lo scambio di un sensore con campi di misura o classi di precisione diversi può essere rilevato immediatamente. Il sensore “sbagliato” può quindi essere sostituito direttamente dopo l'installazione e non solo quando il sistema è in funzione, riducendo così i tempi di fermo.
Esistono tre diverse velocità di trasmissione, denominate COM1, COM2 e COM3:
Ogni dispositivo IO-Link può gestire una delle tre velocità di trasmissione e definisce quindi la velocità di comunicazione per la rispettiva porta. Un master IO-Link può gestire tutte e tre le velocità di trasmissione.
Un profilo IO-Link è una raccolta standardizzata di funzioni e parametri definiti per specifici tipi di dispositivi o applicazioni. Questi profili semplificano l'integrazione e lo scambio di dispositivi IO-Link perché utilizzano le stesse funzioni e gli stessi formati di dati indipendentemente dal produttore. Attualmente sono disponibili i seguenti profili:
Il profilo comune fornisce una base per la standardizzazione di alcune funzioni tra diversi tipi di dispositivi. Definisce parametri e funzioni di base che sono rilevanti per molti dispositivi IO-Link, indipendentemente dalla loro applicazione specifica. Ciò facilita l'integrazione e la gestione di dispositivi di diversi produttori all'interno di un sistema IO-Link.
Il profilo del sensore intelligente è progettato specificamente per i sensori intelligenti e comprende funzioni avanzate che vanno oltre le funzioni di base di un semplice sensore. Queste possono includere, ad esempio, dati diagnostici estesi, funzioni di monitoraggio delle condizioni e la capacità di autoconfigurarsi. Questo profilo consente ai sensori non solo di raccogliere dati, ma anche di elaborare e comunicare informazioni sulle proprie condizioni e prestazioni, che possono essere fondamentali per la manutenzione predittiva.
Il profilo di aggiornamento del firmware definisce un processo standardizzato per l'aggiornamento del firmware dei dispositivi IO-Link tramite la connessione IO-Link. Questo profilo è particolarmente importante perché consente la manutenzione e l'aggiornamento dei dispositivi sul campo senza la necessità di accedere fisicamente o di sostituire i dispositivi. Ciò significa che gli aggiornamenti possono essere eseguiti in modo più rapido ed economico.
La comunità IO-Link sta già lavorando a ulteriori profili che aumenteranno ulteriormente la gamma di funzioni e i vantaggi per gli utenti. Ne sono un esempio il profilo Smart Actuator, il profilo Lighting and Indication e il profilo Smart Power Systems.
La Comunità IO-Link è un'organizzazione dedicata all'ulteriore sviluppo, standardizzazione e diffusione della tecnologia IO-Link. È stata fondata come parte della PROFIBUS User Organization (PNO), che a sua volta è una delle più grandi comunità di comunicazione industriale a livello mondiale. È composta da un gran numero di produttori, sviluppatori, integratori di sistemi e utenti che operano nei settori della tecnologia dell'automazione e della produzione industriale.
La Comunità IO-Link è un'organizzazione dedicata all'ulteriore sviluppo, standardizzazione e diffusione della tecnologia IO-Link. È stata fondata come parte della PROFIBUS User Organization (PNO), che a sua volta è una delle più grandi comunità di comunicazione industriale a livello mondiale. È composta da un gran numero di produttori, sviluppatori, integratori di sistemi e utenti che operano nei settori della tecnologia dell'automazione e della produzione industriale.
I collegamenti IO-Link in breve
Sebbene IO-Link offra numerosi vantaggi, l'implementazione può presentare delle sfide, soprattutto in termini di formazione del personale e di integrazione nei sistemi esistenti. La necessità di un'ampia pianificazione ed eventualmente anche di una personalizzazione dell'infrastruttura esistente può comportare dei costi iniziali, ma questi sono giustificati dai risparmi e dai guadagni di efficienza a lungo termine. Per rendere agevole ed efficiente l'integrazione nei sistemi esistenti, vale sicuramente la pena di avvalersi del supporto di un esperto.
