Durchgängiges Konzept für die Digitalisierung

IO-Link Safety Durchgängiges Konzept für die Digitalisierung

14.07.2023 Von Marcel Franzke, Phoenix Contact Electronics GmbH* 4 min Lesedauer

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DurcDurch den Einsatz von IO-Link Safety lassen sich nun auch die Anforderung aus dem Bereich der funktionalen Sicherheit mit IO-Link realisieren, sodass das Übertragungsprotokoll erstmals einen umfassenden Ansatz ermöglicht.(Bild: Phoenix Contact) — DurcDurch den Einsatz von IO-Link Safety lassen sich nun auch die Anforderung aus dem Bereich der funktionalen Sicherheit mit IO-Link realisieren, sodass das Übertragungsprotokoll erstmals einen umfassenden Ansatz ermöglicht.
(Bild: Phoenix Contact)

Viele, zunehmend intelligenter werdende Sensoren sind in jeder Maschine oder Anlage verbaut. Sie stellen zusätzliche Daten bereit, durch deren Verarbeitung sich auch Prozesse optimieren lassen. Dabei steht zur Anbindung von Standard- und funktional sicheren Sensoren an die Steuerungsebene mit IO-Link Safety neben IO-Link ein einheitliches Kommunikationskonzept zur Verfügung. Die Punkt-zu-Punkt-Technologie IO-Link hat sich seit ihrem Markteintritt vor mehr als zehn Jahren im Maschinen- und Anlagenbau etabliert. Sie sorgt für eine deutliche Steigerung des Informationsgehalts aus den im Feld montierten Sensoren und Aktoren. In einem typischen Automatisierungssystem mit IO-Link fungiert beispielsweise die Steuerung als Auswerteeinheit, welche die Signale und Daten der IO-Link-Sensoren und -Aktoren verarbeitet.

Konsequenzen aus der neuen Maschinenverordnung

Mit der umfassenden Überarbeitung der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG und dem damit verbundenen Übergang zur Maschinenverordnung ergeben sich weitreichende Konsequenzen für alle Marktteilnehmer. Insbesondere Hersteller von Maschinen und Sicherheitsbauteilen sollten sich frühzeitig auf die zu erwartenden Änderungen speziell im Hinblick auf Cyber-Security einstellen.

Die Betreiber von Maschinen und Anlagen werden ebenfalls gefordert sein: Vor dem Hintergrund derzeitiger Bedrohungsszenarien müssen neue Automatisierungskonzepte entstehen, die Hersteller und Anwender gemeinsam umsetzen müssen. Auf diesem Weg bietet Phoenix Contact Unterstützung.

Sichere Prozessdaten weiterleiten

Mit dem Einsatz von IO-Link Safety wird die Lösung um die funktionale Sicherheit ergänzt, weshalb eine Sicherheitssteuerung notwendig ist. Durch die Verwendung eines sicheren Feldbussystems, zum Beispiel Profinet/Profisafe oder Ethercat/FSoE, können IO-Link Safety Master sichere Prozessdaten mit der Steuerungseinheit austauschen. Dabei führt der IO-Link Safety Master eine Gateway-Funktionalität aus und stellt die Schnittstelle zu den IO-Link Safety Devices her. Bei den IO-Link Safety Devices kann es sich sowohl um Sensoren und Aktoren ebenso wie um mechatronische Geräte handeln. Die Devices nutzen IO-Link Safety zur Weiterleitung von sicheren Prozessdaten, zum Beispiel einem Temperaturwert, über den IO-Link Master an die sichere Steuerung. Abgesehen von den klassischen sicheren Prozessdaten unterstützen die IO-Link Safety Master auch einen Mixmode. Das bedeutet, dass die Devices sowohl nicht-sichere als auch sichere Prozessdaten übermitteln können. Diese Daten werden im IO-Link Safety Master verarbeitet und über das sichere Feldbussystem und die sichere Steuerungseinheit übertragen, wodurch sich die Vielfältigkeit an Informationen von IO-Link Safety Devices nochmals erweitern lässt.

Bildergalerie

Zusammenspiel zwischen IO-Link und IO-Link Safety in einem Automatisierungssystem(Bild: Phoenix Contact)

Durch dezentrale Automatisierungsansätze lassen sich Maschinen- und Anlagenkonzepte effizient verwirklichen. Die Flexibilität und die umfangreiche Funktionalität eines IO-Link Safety Master schaffen dazu neue Lösungsansätze.(Bild: Phoenix Contact)

Das neue Gehäusekonzept erlaubt eine zukunftssichere Automatisierung. (Bild: Phoenix Contact)

Sichere Sensoren und Aktoren integrieren

Insbesondere für die Anwender von IO-Link bietet die Systemergänzung durch IO-Link Safety erstmals einen Ansatz zur Integration sicherer Sensoren und Aktoren mittels des IO-Link-Systems in die Automatisierungslösung. Damit sind konsistente Systeme zwischen der Sensor-/Aktor- und der zugehörigen I/O-Ebene umsetzbar. Das IO-Link-Safety-System umfasst ebenfalls die verschiedenen Vorteile von IO-Link – sei es die einfache Implementierung über die IODD (IO Device Description) oder das Austauschen von IO-Link Devices/IO-Link Safety Devices im Fehlerfall über die eingebaute Data-Storage-Funktion.

Sobald ein IO-Link Safety Device eine Parametrierung der Sicherheitsfunktion ermöglicht, ist ein Dedicated Tool erforderlich. Dieses wird über eine herstellerübergreifende standardisierte DTI-Schnittstelle (Device Tool Interface) abgerufen und sichert die Sicherheitsparameter über einen Cyclic Redundancy Check (CRC) ab. So ist für die Unveränderbarkeit der Parameter gesorgt. Anwender können davon ausgehen, dass alle gängigen Parametrierungs-Tools für IO-Link die DTI-Schnittstelle zukünftig unterstützen werden.

Die Installationstechnik von Maschinen und Anlagen lässt sich an jeder Position der Entwicklungswertschöpfungskette optimieren. Bereits zu Beginn der Maschinenkonzeption ist es wichtig, Entscheidungen zu treffen, wie Energie-, Daten- und Signalwege definiert werden. Denn bereits hier werden 70 Prozent der Maschinenkosten festgelegt. (Bild: Murrelektronik)

Feldgeräte-Ports bestmöglich auslasten

Über die Betriebsarten IO-Link, IO-Link Safety und den Mixmodus aus beiden Ansätzen lassen sich zusätzlich nicht-sichere und sichere digitale Signale konfigurieren, was die Flexibilität der IO-Link Safety Master nochmals erhöht. Insbesondere in Bereichen, in denen der verfügbare Bauraum für Installationen begrenzt ist, lassen sich gemischte Funktionen von einem IO-Link Safety Master verarbeiten. Auf diese Weise sind die Ports der Feldgeräte in Schutzart IP65/67 nicht nur bestmöglich ausgelastet. Darüber hinaus haben die Konstrukteure und Planer von Maschinen und Anlagen auch die Möglichkeit, bestimmte Bereiche zu miniaturisieren.

In der Systemergänzung wird zudem der Class B-Port thematisiert. Dieser kann IO-Link Devices und IO-Link Safety Devices in Zukunft mit einem höheren Strombedarf versorgen und vervollständigt damit die Anforderungen an das System. Wegen der umfangreichen Funktionen erlaubt der neue Standard eine einfache Migration der im Feld vorhandenen sicherheitstechnischen Lösungen. Ferner erhält der Anwender ein zukunftssicheres Konzept zur Umsetzung seiner Digitalisierungsstrategie.

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Stand: 08.12.2025

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Security-Eigenschaften berücksichtigen

Im Jahr 2022 hat Phoenix Contact die neue Generation der Produktfamilie Axioline E vorgestellt, einem I/O-System in Blockbauweise für die schaltschranklose dezentrale Automatisierung. Die Geräte dieser Baureihe erfüllen die aktuellen und zukünftigen Bedürfnisse der Feldinstallation. Sie sind für die direkte Verwendung in einer Maschine unter besonders rauen Umgebungsbedingungen konzipiert. Ausserdem haben die Ingenieure des Unternehmens die Security-Eigenschaften bereits ab der Entwurfsphase der Produktfamilie ganzheitlich berücksichtigt. Als sogenannte Secure-by-Design-Komponenten halten die I/O-Geräte die Anforderungen des vom TÜV Süd gemäss IEC 62443-4-1zertifizierten Prozesses ein. Mit Built-in-Security-Features für die Feld- und Cloudkonnektivität sind sie somit bestens für die kommenden Automatisierungsaufgaben im Feld gerüstet.

Skoda setzt auf KI-basierte Bilderkennung, um anfallende Wartungsmaßnahmen an der Fertigungslinie frühzeitig zu erkennen. (Bild: Skoda Auto Deutschland)

Zum optimalen Anschluss von Sensoren und Aktoren kommt die M12-Duo-Kontur zur Anwendung, sodass sich die bewährten M12-Schraubsteckverbinder und die neue Push-Pull-Anschlusstechnik weiterhin nutzen lassen. Mit der Push-in-Anschlusstechnik stecken die Anwender selbst bei engen Platzverhältnissen sicher und komfortabel. Im Vergleich zu einer Schraubverbindung sparen sie darüber hinaus bis zu 80 Prozent Installationszeit ein. Beim neuen M12-Push-Pull als Bestandteil der IEC 61076-2-010 handelt es sich um ein herstellerübergreifendes Verriegelungssystem, weshalb sich bei der Installation ein durchgängiges System verwirklichen lässt.

* Marcel Franzke ist bei der Phoenix Contact Electronics GmbH in Bad Pyrmont im Bereich Strategic Product Marketing Safety, Automation Infrastructure tätig.

Dieser Artikel ist zuerst auf unserem Partnerportal elektrotechnik.de erschienen.

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