Warum IO-Link Safety die Sicherheitssensorik neu denkt

„Der Wunsch nach einer sicheren Datenkommunikation begleitet IO-Link eigentlich seit seiner Einführung.“ Werner Zipperer, Market Product Manager Safety für Sales & Service Europe North & East/Middle East, Sick Österreich

Herr Zipperer, IO-Link hat sich in den vergangenen Jahren vom Nischenstandard zu einer etablierten Kommunikationstechnologie entwickelt. Warum gewinnt das Thema gerade jetzt an Dynamik?

Als das Thema Industrie 4.0 aufkam, war IO-Link für viele Unternehmen zunächst Neuland. Der Maschinenbau ist traditionell eher konservativ. Neue Technologien werden erst dann in größerem Umfang übernommen, wenn ihr Nutzen eindeutig erkennbar ist. Genau das beobachten wir heute. IO-Link hat sich in modernen Maschinen und Anlagen etabliert, weil der Standard die Kommunikation zwischen Sensoren und Steuerungen erheblich vereinfacht. Die Digitalisierung der Produktion hat diesen Trend zusätzlich beschleunigt. Daten werden heute zum entscheidenden Faktor für Produktivität, Flexibilität und Anlagenverfügbarkeit. Damit rückt auch die Sensorik stärker in den Mittelpunkt. IO-Link schafft dafür die notwendige Grundlage.

Mit IO-Link wurde in den zurückliegenden Jahren ein offener Kommunikationsstandard geschaffen, der heute aus modernen Maschinen kaum mehr wegzudenken ist.

Worin besteht der eigentliche Mehrwert von IO-Link gegenüber einer klassischen Sensoranbindung?

Ein moderner Sensor liefert längst nicht mehr nur ein Schaltsignal. Er stellt Diagnoseinformationen, Prozessdaten oder Zustandsinformationen bereit, die für den Anlagenbetrieb wertvoll sind. Gleichzeitig können Parameter von der Steuerung zurück an den Sensor übertragen werden. Dadurch lassen sich Sensoren beispielsweise bei einem Produktwechsel automatisch auf neue Prozessparameter einstellen. Der Bediener muss nicht mehr jedes Gerät einzeln parametrieren. Das spart Zeit, reduziert Stillstände und erhöht die Flexibilität der Produktion. Hinzu kommt die einfache Installation über standardisierte, ungeschirmte Leitungen. Auch das reduziert Aufwand und Kosten erheblich.

IO-Link Safety sorgt für eine sichere Verbindung zwischen der Steuerung und Geräten wie Schaltern oder Lichtgittern im Feld.

Wie würden Sie einem Maschinenbauer, der bereits IO-Link einsetzt, aber noch keine Berührung mit IO-Link Safety hatte, den Mehrwert erklären?

Ich würde es folgendermaßen erklären: IO-Link Safety ist die konsequente Weiterentwicklung dessen, was viele Maschinenbauer bereits kennen. Die Vorteile des klassischen IO-Link – einfache Verdrahtung, standardisierte Kommunikation und bidirektionaler Datenaustausch – bleiben vollständig erhalten. Neu ist, dass nun auch sicherheitsgerichtete Informationen über dieselbe Infrastruktur übertragen werden können. Der Anwender muss also kein völlig neues System erlernen, sondern kann auf einer etablierten Technologie aufbauen und seine Sicherheitskonzepte deutlich flexibler gestalten. Insbesondere weil IO-Link heute in vielen Maschinen bereits Standard ist, hat IO-Link Safety beste Voraussetzungen, sich ebenso schnell zu etablieren.

Was unterscheidet IO-Link Safety grundsätzlich von bisherigen Sicherheitskonzepten?

Häufig stehen einzelne sichere Schaltsignale im Mittelpunkt – nicht so bei IO-Link Safety; über das Black-Channel-Prinzip können sichere und nicht sichere Informationen gleichzeitig über dieselbe physische Verbindung übertragen werden. Dadurch stehen wesentlich mehr sicherheitsrelevante Daten zur Verfügung als bisher. Das eröffnet Maschinenbauern neue Möglichkeiten bei der Gestaltung ihrer Sicherheitsfunktionen. Zugleich bleibt der Installationsaufwand gering, weil weiterhin die bekannte IO-Link-Infrastruktur genutzt wird. IO-Link Safety ergänzt bestehende, sichere Feldbuslösungen dort, wo deren Leistungsumfang gar nicht erforderlich ist, und schließt damit die Lücke zwischen einfacher Sensorverdrahtung und komplexen Safety-Netzwerken.

Der safeIDS von Sick zeigt, dass IO-Link Safety weit mehr als die sichere Übertragung eines einzelnen Schaltsignals ist.

Welche Rolle spielen zusätzliche Daten für Produktionsbetriebe?

Daten sind heute ein wesentlicher Mehrwert einer Maschine. Sie ermöglichen eine bessere Diagnose, unterstützen die vorbeugende Wartung und liefern Informationen über den Zustand von Sensoren oder Prozessen. Betreiber erhalten dadurch eine deutlich höhere Transparenz über ihre Anlagen. Gleichzeitig lassen sich Prozesse schneller anpassen. Besonders bei kleinen Losgrößen oder häufig wechselnden Produkten wird diese Flexibilität immer wichtiger. IO-Link stellt diese Informationen standardisiert und herstellerübergreifend zur Verfügung.

Welche Gründe sprachen dafür, die Vorteile von IO-Link auch für sicherheitsrelevante Daten nutzbar zu machen?

Der Wunsch nach einer sicheren Datenkommunikation begleitet IO-Link eigentlich seit seiner Einführung. Während sich Standarddaten bereits sehr komfortabel übertragen lassen, mussten sicherheitsgerichtete Informationen bis dato über aufwändige, sichere Feldbuslösungen übertragen werden. IO-Link Safety schließt genau diese Lücke. Der Anwender erhält dieselben Vorteile wie beim klassischen IO-Link, allerdings jetzt auch für sicherheitsrelevante Informationen. Dadurch werden Sicherheitssensoren wesentlich einfacher in moderne Maschinenkonzepte integrierbar.

Auf den Punkt gebracht: Wie funktioniert diese sichere Kommunikation?

Basis ist eben das Black-Channel-Prinzip. Vereinfacht gesagt werden sichere und nicht sichere Informationen über dieselbe physische Leitung übertragen. Die sicherheitsgerichteten Daten werden dabei zusätzlich durch spezielle Sicherheitsprotokolle in der Kommunikation geschützt. Für den Anwender bedeutet das, dass außer einem IO-Link Safety-Mastermodul keine separate Infrastruktur erforderlich ist. Die vorhandene Kommunikation kann gleichzeitig Prozessdaten und sicherheitsgerichtete Informationen transportieren.

Wo liegt der Unterschied zu klassischen sicheren Feldbussystemen?

Sichere Feldbussysteme bleiben dort unverzichtbar, wo sehr große Datenmengen übertragen werden müssen – beispielsweise bei Sicherheitslaserscannern oder umfangreichen Automatisierungslösungen. Viele Sicherheitssensoren liefern jedoch gar nicht diese breite Menge an sicherheitsbewerteten Daten. Andererseits könnten sie eine begrenzte Anzahl an zusätzlichen sicheren Informationen als Mehrwert bereit stellen, wofür eine teure Feldbuslösung wirtschaftlich zu aufwändig wäre. Genau in diesem Bereich positioniert sich IO-Link Safety. Es schließt die Lücke zwischen klassischer, schaltender Sensortechnik und komplexen Feldbussystemen und bietet damit eine effizente Lösung für zahlreiche Anwendungen auf der Sensor-Ebene.

Welche neuen Anwendungen werden dadurch möglich?

Ein gutes Beispiel wären Sicherheitslichtgitter. Bisher wird lediglich erkannt, ob das Schutzfeld unterbrochen wurde. Mit IO-Link Safety könnten einzelne Lichtstrahlen sicher ausgewertet werden. Dadurch entstehen neue Möglichkeiten, etwa für sichere Konturerkennung zur Mensch-Material-Unterscheidung. Weitere mögliche Use Cases wären der sichere Werkzeugwechsel in der Robotik oder die sichere Lokalisierung mobiler Plattformen durch Einsatz von codierten sicheren RFID-Sensoren.

Somit darf auch die Instandhaltung profitieren.

Absolut. Jeder IO-Link-Sensor besitzt eine standardisierte Gerätebeschreibung. Tauscht der Instandhalter einen Sensor aus, erkennt das System das neue Gerät automatisch und überträgt die gespeicherten Parameter. Der Sensor ist innerhalb kürzester Zeit wieder einsatzbereit, ohne dass eine erneute Parametrierung notwendig wird. Insbesondere in Produktionsbetrieben, in denen Stillstandzeiten hohe Kosten verursachen, ist das ein erheblicher Vorteil.

In welchen Anwendungen sehen Sie derzeit das größte Potenzial für IO-Link Safety? In der Robotik bei Werkzeugwechselsystemen oder im modularen Maschinenbau?

Das ist schwer zu sagen, denn das Potenzial ist in allen zwei Bereichen sehr groß. Besonders spannend sind Anwendungen, bei denen Maschinen flexibel auf unterschiedliche Produkte oder Prozesse reagieren müssen. Werkzeugwechselsysteme sind dafür ein gutes Beispiel, weil sich Werkzeuge sicher identifizieren und automatisch die passenden Sicherheitsfunktionen zuordnen lassen. Auch in modularen Maschinenkonzepten vereinfacht IO-Link Safety die Integration neuer Komponenten erheblich. Und ich sehe auch großes Potenzial für Muting Konzepte zur Ein-/Ausfahrt autonomer Fahrerloser Transportsysteme in gefährdete Bereiche. Dort gewinnt die sichere Mensch-Material-Unterscheidung zunehmend an Bedeutung.

Der Standard befindet sich derzeit noch in einer Überarbeitungsphase. Wie bewerten Sie diesen Prozess?

Funktionale Sicherheit verlangt weltweit einheitliche und belastbare Standards. Dass verschiedene Hersteller und Anwender ihre Erfahrungen in die Standardisierung einbringen, ist deshalb wichtig. Natürlich verschiebt sich dadurch unter Umständen der Markteintritt einzelner Technologien und Produkte. Langfristig profitieren jedoch alle Beteiligten von einem offenen, international abgestimmten Protokoll, das Investitionssicherheit schafft und die Interoperabilität unterschiedlicher Hersteller gewährleistet.

Welche Entwicklung erwarten Sie in den kommenden Jahren?

Ich bin überzeugt, dass IO-Link Safety einen ähnlichen Weg gehen wird wie IO-Link selbst. Künftig wird es selbstverständlich sein, sichere und nicht sichere Informationen gemeinsam zu übertragen und daraus neue Sicherheits- und Automatisierungskonzepte abzuleiten. Langfristig werden wir diese Entwicklung auch im Bereich drahtloser Kommunikation sehen. Damit wird IO-Link Safety zu einem wichtigen Baustein der vernetzten und flexiblen Fabrik der Zukunft.

Mit dem safeIDS hat Sick bereits einen RFID-Sicherheitsschalter mit IO-Link-Safety-Anbindung vorgestellt. Warum eignet sich dieses Beispiel besonders gut, um die Möglichkeiten der Technologie zu verdeutlichen?

Der safeIDS zeigt sehr anschaulich, dass IO-Link Safety weit mehr ist als die sichere Übertragung eines einzelnen Schaltsignals. Über die RFID-Technologie lassen sich Werkzeuge, Werkstückträger oder Objekte sicher bis PL e identifizieren. Damit kann beispielsweise überprüft werden, ob tatsächlich das richtige Werkzeug eingesetzt wurde und ob die Maschine bzw. ein Roboter mit der dazu passenden Sicherheitskonfiguration betrieben wird. Solche Anwendungen schaffen zusätzliche Prozesssicherheit und eröffnen völlig neue Möglichkeiten für flexible Produktionsanlagen.

Vielen Dank für das Gespräch.