Definition Was ist IO-Link Wireless?

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Vitel GmbH

IO-Link Wireless ist eine Erweiterung des IO-Link-Kommunikationsstandards auf physikalischer Verbindungsebene. Mit ihr lassen sich Aktoren oder Sensoren drahtlos an Steuerungs- und Feldbussysteme anbinden. IO-Link Wireless hat vergleichbare Eigenschaften, Leistung und Funktionalität wie die kabelbasierte Anbindung. Der Standard wurde für die Anforderungen der Automatisierungsindustrie entwickelt. IO-Link Wireless arbeitet zuverlässig, ist echtzeitfähig und zeigt ein deterministisches Verhalten.

IO-Link Wireless erweitert IO-Link auf physikalischer Ebene. Es handelt sich um einen Kommunikationsstandard speziell für die drahtlose Anbindung von Sensoren oder Aktoren an Steuerungs-, Automatisierungs- und Feldbussysteme. Er stellt quasi die drahtlose Variante von IO-Link dar und ist hinsichtlich Performance, Leistung und Funktionalität vergleichbar mit der kabelbasierten Anbindung. Der Standard ist noch relativ jung. Er wurde der Öffentlichkeit erstmals im Jahr 2018 vorgestellt. IO-Link Wireless ist echtzeitfähig, hat ein deterministisches Verhalten und ermöglicht eine zuverlässige Kommunikation mit den angebundenen Sensoren und Aktoren. Die übertragenen Datenmengen sind überschaubar und betragen pro Transaktion nur wenige Byte. Im Vergleich zu kabelbasierten Anbindungen erfordert die drahtlose Variante weniger Installationsaufwand. Sie ist leicht skalierbar, flexibel und mobil.

Prinzipielles zur IO-Link-Technologie

Die Basis für IO-Link Wireless stellt die IO-Link-Technologie zur Verfügung. Sie ist in der Norm IEC 61131-9 spezifiziert. Die IO-Link-Spezifikationen stehen kostenlos zur Verfügung und umfassen sowohl die elektrischen Anschlusseigenschaften auf physikalischer Ebene als auch das digitale Kommunikationsprotokoll. Verwaltet wird der Standard von der Industrievereinigung Profibus & Profinet International.

IO-Link ist ein Anschlussstandard und bidirektionales Kommunikationsprotokoll für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen Sensoren/Aktoren und Steuerungssystemen. IO-Link-Verbindungen lassen sich in alle gängigen Feldbus- und Automatisierungssysteme integrieren. Die Kommunikation mit den Aktoren und Sensoren ist echtzeitfähig und erfolgt über Knotenpunkte, auch als IO-Link-Master bezeichnet. Der IO-Link-Master stellt die Schnittstelle zum Steuerungssystem dar und kontrolliert die Kommunikation mit ein oder mehreren IO-Link-Geräten. Informationen und Parameter der IO-Link-Geräte sind über das Kommunikationsprotokoll lesbar und/oder schreibbar.

Die Informationen und Parameter sind geräte- und technologiespezifisch. Beschrieben sind sie mithilfe der Auszeichnungssprache XML in der jeweiligen IO Device Description. Die Anforderungen an die benötigte Verkabelung für eine kabelbasierte Anbindung sind niedrig. Es können ungeschirmte Kabel mit drei oder fünf Leitern verwendet werden. Das Kommunikationsprotokoll definiert die vier Modes IO-Link bidirektional, DI (Digitaleingang), DQ (Digitalausgang) und deaktiviert. Auch bei den Datentypen sind mit Prozessdaten, Statusdaten, Device-Daten und Event-Daten vier unterschiedliche Typen definiert. Das Kommunikationsprotokoll kann mit verschiedenen Übertragungsgeschwindigkeiten arbeiten.

Funktionsweise, Komponenten und technische Merkmale von IO-Link Wireless

IO-Link Wireless ist die drahtlose Variante von IO-Link und verwendet das lizenzfreie 2,4-GHz-ISM-Band. Die Funkstrecke arbeitet auf Basis von IEEE 802.15.1. Ein Blacklisting-Mechanismus (Ausblenden bereits belegter Frequenzbänder) ermöglicht einen ungestörten Betrieb zusammen mit anderen Wireless-Systemen. Zur Sicherung der Übertragung kommt unter anderem Frequency Hopping zum Einsatz. Die Bitfehlerwahrscheinlichkeit der Übertragung ist vergleichbar mit einer kabelbasierten Anbindung. Mit IO-Link Wireless lassen sich Entfernungen von zehn bis 20 Meter überbrücken und Zykluszeiten von unter fünf Millisekunden erreichen. Aktoren oder Sensoren sind wie bei der Kabelvariante an einen Master angebunden, der die Schnittstelle zum Steuerungssystem darstellt. Die Anbindung erfolgt über virtuelle Ports. Pro Übertragungskanal werden mehrere Devices unterstützt. Ein Master kann mehrere Übertragungskanäle bedienen. Roaming zwischen verschiedenen Mastern ist möglich.

Einsatzbereiche für IO-Link Wireless

IO-Link Wireless wurde speziell für die Anforderungen der Automatisierungsindustrie entwickelt und kann in vielen verschiedenen Bereichen und Branchen zum Einsatz kommen. Typische Einsatzbereiche sind die Überwachung und Steuerung von Fertigungsprozessen der Industrie 4.0, die Robotik, Transportsysteme und Förderbänder, die Nachrüstung und Erweiterung der Sensorik bestehender Maschinen und Anlagen, Anwendungen mit rotierenden Maschinenteilen und Automatisierungssysteme in rauen Umgebungen oder in Umgebungen mit hohen Hygieneanforderungen.

Vorteile durch den Einsatz von IO-Link Wireless

Die drahtlose Anbindung von Sensoren und Aktoren per IO-Link Wireless an Automatisierungssysteme bietet unter anderem diese Vorteile:

• flexible Anbindung von Sensoren und Aktoren ohne Verkabelungsarbeiten

• kein Verschleiß (Ermüden oder Brechen) von Kabeln

• auch für schwer zugängliche oder stark beanspruchte Bereiche einsetzbar

• in großem Umfang skalierbare Lösung zur Anbindung von Sensoren/Aktoren

• hohe Übertragungszuverlässigkeit mit niedriger Bitfehlerrate (deutlich zuverlässiger als andere drahtlose Kommunikationslösungen)

• Verwendung des lizenzfreien 2,4-GHz-ISM-Bands

• Koexistenz mit anderen Funknetzwerken möglich

• deterministisches Kommunikationsverhalten mit niedriger Latenz von 5 ms

• standardisiertes Kommunikationsprotokoll, herstellerunabhängig einsetzbar

• voll kompatibel mit kabelgebundenem Standard-IO-Link

• in alle gängigen Automatisierungssysteme und Feldbusvarianten integrierbar

• geringer Energieverbrauch der drahtlosen IO-Link-Geräte

• für die Modernisierung oder Erweiterung von Bestandsanlagen mit neuester Sensortechnik geeignet

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