Applicazione di IO-Link nell'industria

Nell’era dell’Industria 4.0, l’automazione intelligente si basa su sistemi di controllo avanzati e sullo scambio continuo di dati consentiti dalla connettività industriale, come IO-Link, per unificare i dispositivi delle macchine e facilitare il monitoraggio e la diagnostica avanzati.

Figura 1: IO-Link integra i protocolli di rete esistenti integrandosi facilmente nelle reti fieldbus o Ethernet tramite il primario IO-Link.

Le reti standardizzate e i dispositivi dotati di comunicazione costituiscono il fondamento della connettività industriale. Sebbene esistano numerosi protocolli, non tutti soddisfano le esigenze dell’automazione moderna per lo scambio di dati e l’intelligenza. IO-Link è stato sviluppato per soddisfare questi requisiti in una vasta gamma di applicazioni.

Cos'è IO-Link?

IO-Link è un protocollo di comunicazione punto a punto cablato che consente lo scambio bidirezionale di dati tra dispositivi. I controller locali in genere dispongono di più porte IO-Link per vari dispositivi, rendendolo un protocollo punto a punto.

Introdotto nel 2009 da un consorzio di 41 membri, IO-Link ha ottenuto un ampio consenso per l'ottimizzazione delle operazioni, la riduzione dei tempi di inattività e il taglio dei costi.

Definito dallo standard IEC 61131-9, IO-Link è supportato da diversi produttori come Siemens, Omron Automation, IFM, Balluff, Cinch Connectivity Solutions, Banner Engineering, Rockwell Automation, Sick, Pepperl+Fuchs e altri.

Figura 2: La scelta del connettore per il cavo di collegamento è determinata dal tipo di porta, mentre la modalità della porta primaria è determinata dal dispositivo collegato e dall'operazione in corso.

Applicazioni di IO-Link:

1.  Comunicazioni sullo stato utilizzabili

Figura 3: IO-Link migliora i sistemi avanzati di controllo e automazione. Nell'industria delle macchine utensili, i sensori IO-Link sono ampiamente utilizzati per la verifica del bloccaggio del pezzo e il monitoraggio della pressione e delle posizioni degli utensili di fresatura.

I dispositivi IO-Link consentono il monitoraggio della macchina e supportano le regolazioni del sistema. Nell'industria delle macchine utensili, i sensori di pressione IO-Link verificano il bloccaggio del pezzo, riducendo i pezzi scartati. Questi dispositivi aiutano anche la manutenzione segnalando lo stato, come i sensori di posizione sulle macchine di assemblaggio che garantiscono l'allineamento. L'analisi dei dati diagnostici IO-Link consente ai tecnici di prevedere e prevenire errori e identificare aree di miglioramento operativo.

2. Controllo e automazione avanzati

Figura 4: IO-Link migliora i sistemi avanzati di controllo e automazione. Nell'industria delle macchine utensili, i sensori IO-Link sono ampiamente utilizzati per la verifica del bloccaggio del pezzo e il monitoraggio della pressione e delle posizioni degli utensili di fresatura.

IO-Link supporta funzioni di controllo e automazione, spesso collegandosi a un PLC o a un sistema host di livello superiore per operazioni autonome. Questa connessione utilizza in genere bus di campo standardizzati o protocolli Ethernet. Molti primari IO-Link sono dotati di porte fieldbus o Ethernet. Nelle applicazioni di controllo avanzato, i dispositivi si integrano in tre modi: 1) Connessione diretta al computer host o al PLC. 2) Collegamento ad un primario IO-Link tramite il protocollo IO-Link. 3) Utilizzo di comunicazioni compatibili con IO-Link, connessione a un primario IO-Link tramite un hub IO-Link. Gli hub IO-Link collegano i dispositivi non IO-Link al primario. Con la connettività fieldbus ed Ethernet, è possibile il posizionamento a lunga distanza dei primari IO-Link, sia in un quadro elettrico che nei punti più esterni della macchina. Nell'assemblaggio avanzato, i primari IO-Link fungono da controller di basso livello, gestendo segnali sia digitali che analogici, come i dati provenienti dagli encoder lineari dello stadio XY. Fungono da gateway, trasmettendo i dati elaborati dei dispositivi di campo ai PLC o ad altri controller di sistema.

3. Device Intelligence

Figura 5: L'interfaccia di connessione IO-Link è molto piccola e può adattarsi alla maggior parte dei dispositivi da campo compatti.

La terza applicazione di IO-Link sta migliorando l'intelligenza dei dispositivi. I sensori abilitati IO-Link possono ricevere istruzioni, eseguire test automatici e fornire dati dettagliati, oltre ai semplici segnali on-off. Ad esempio, i sensori di temperatura IO-Link segnalano continuamente valori di temperatura precisi per una migliore automazione dei processi.

Le connessioni fisiche compatte di IO-Link contrastano con le interfacce Ethernet e bus di campo più ingombranti, rendendolo adatto a microdispositivi da campo più piccoli. IO-Link consente inoltre un controllo preciso, consentendo agli attuatori di rispondere a condizioni specifiche anziché a comandi on-off di base.

I dispositivi di input come gli interruttori a pulsante di fornitori come Rafi possono sfruttare IO-Link per funzionalità intelligenti, comprese le spie luminose con codice colore.

Tuttavia, IO-Link presenta dei limiti, essendo un protocollo cablato con un limite di lunghezza del cavo di 20 metri e un limite di trasmissione dati di 32 byte per ciclo, che lo rendono inadatto per dispositivi ad alta intensità di dati come le fotocamere.

Sommario:

I sistemi IO-Link offrono applicazioni versatili, integrandosi perfettamente con i protocolli esistenti per estesi sistemi di controllo e raccolta dati. Il loro fascino risiede nella semplicità, con solo un primario IO-Link, dispositivi e cavi connettorizzati. La semplice installazione plug-and-play e l'economicità aumentano ulteriormente i vantaggi di IO-Link.

Gli sforzi di collaborazione del consorzio IO-Link hanno assicurato un'ampia compatibilità tra controller, dispositivi e attuatori di vari produttori, fornendo ai progettisti un'ampia scelta di apparecchiature per casi d'uso specifici.