Sick FieldEcho: Push-Effekte für den digitalen Datenfluss

Daten-Integration entlang der Prozesskette leicht gemacht: Damit Daten entlang der Prozesskette bis hin in ein MES, ERP oder eine Cloud ins Rennen kommen, sind meist auf der Connectivity-Strecke einige Hürden zu nehmen. Als hilfreich erweist sich dazu auf der Prozessbasis die Punkt-zu-Punkt-Kommunikation IO-Link für Geräte der Feldebene. Wie man jedoch diese mit IO-Link fit gemachten Geräte smart and easy parametrieren, überwachen, auswerten, in verschiedenste Steuerungssysteme integrieren und vieles mehr kann, ohne sich dafür „ein Bein ausreißen“ zu müssen, das weiß der Sensor- und Connectivity-Spezialist Sick mit smarten Softwaretools zu bewerkstelligen. Von Luzia Haunschmidt, x-technik

FieldEcho ist das erste Softwaretool, das tatsächlich in der Lage ist, unabhängig von der verwendeten SPS, dem Feldbus oder dem IO-Link-Master, alle Geräte in einer Anlage anzusprechen.

FieldEcho ist das erste Softwaretool, das tatsächlich in der Lage ist, unabhängig von der verwendeten SPS, dem Feldbus oder dem IO-Link-Master, alle Geräte in einer Anlage anzusprechen.

Christoph Ungersböck
Geschäftsführer von Sick Österreich

„Die Function Block Factory ist derzeit der erste und wohl einzige webbasierte Service seiner Art zur Vereinfachung der Integration von IO-Link-Geräten in Steuerungen und erlaubt dies ohne besondere IO-Link-Kenntnisse.“

Die Beliebtheit von IO-Link nimmt zunehmend Fahrt auf: immer mehr Feldgeräte – insbesondere solche, die keinen Platz für Ethernet bieten – haben die Schnittstelle an Bord. So sind aktuell mehrere hundert IO-Link-Devices in einer Maschinenlinie keine Seltenheit mehr. Und die Gründe dafür sprechen für sich: Die Geräte sind feldbusunabhängig, helfen Kosten zu minimieren und sind selbst kostenneutral. Sie reduzieren die Vielzahl verschiedener IO-Typen in einer Maschine auf einen IO-Link-Master, übertragen Daten digital und stellen zusätzliche Diagnoseinformationen zur Verfügung. Sie können unter Verwendung von Standard-Sensorkabeln angeschlossen werden und kommunizieren bidirektional – können also zur Laufzeit parametriert und ausgelesen werden. All dies eröffnet unterschiedlichste, neue Applikationsfunktionalitäten – sei es die Fertigung in Losgröße 1, das Sperren von Bedienelementen oder die Bereitstellung vorverarbeiteter Daten. Intelligente Sensoren können sogar eigenständig sogenannte Smart Tasks ausführen, wie z. B. Zählen oder Längen messen und diese Informationen über IO-Link bereitstellen.

FieldEcho bietet eine grafische, webbasierte Bedienoberfläche in modernem, selbsterklärendem und ansprechendem Design. Sie kann entweder mit einem Browser geöffnet oder in die HMI einer Maschine oder Anlage integriert werden.

FieldEcho bietet eine grafische, webbasierte Bedienoberfläche in modernem, selbsterklärendem und ansprechendem Design. Sie kann entweder mit einem Browser geöffnet oder in die HMI einer Maschine oder Anlage integriert werden.

Rene Pfaller
Team Leader Market Product Management bei Sick Österreich

„Die Function Block Factory bietet nebst Funktionsbausteinen auch Datenstrukturen, die dafür sorgen, dass kein Aufwand bei der Deklaration von Parametervariablen entsteht. Zudem übernimmt sie die Suche nach Parametern, deren Indizien und Datenformaten. Das spart erheblich Entwicklungszeit und Programmieraufwand, eliminiert Fehler und beschleunigt so die Inbetriebnahme.“

Wunschkonzert: flottes Parametrieren statt Programmieren

Doch so praktisch und kostengünstig sich mit der Schnittstelle IO-Link ausgestattete Sensoren auch im industriellen Alltag erweisen, noch praktischer wäre es, würde es ein Tool geben, das alle IO-Link-Geräte in einer Maschine automatisch erkennt. Wünschenswert wäre auch, Gerätebeschreibungen automatisch herunterladen zu können. Auch im Sinn zukunftssicherer Maschinenkonzepte und einer Industrie 4.0-Konzeption sollten IO-Link-Geräte über ihren gesamten Lebenszyklus steuerungs- und feldbusunabhängig parametriert und überwacht werden können.

Nun, der Antworten auf dieses Wunschkonzert angenommen hat sich der Sensor- und Connectivity-Spezialist Sick. Mit FieldEcho hat Sick der Integration des digitalen Datenflusses entlang der Prozesskette rasantes Tempo verliehen.

Function Block Factory (FBF): die offene Universallösung für die Erstellung von IO-Link-Funktionsbausteinen.

Function Block Factory (FBF): die offene Universallösung für die Erstellung von IO-Link-Funktionsbausteinen.

FieldEcho – IO-Link weitergedacht

Mit dem Ziel, noch vorhandene Integrationslücken zu schließen, die Verwendung von IO-Link-Geräten so einfach und so ressourcenschonend wie möglich zu gestalten und gleichzeitig IO-Link-Daten auf IT-übliche Weise für Industrie 4.0-Applikationen zur Verfügung zu stellen, hat Sick das Softwaretool FieldEcho entwickelt. „FieldEcho ist das erste Softwaretool, das tatsächlich in der Lage ist, unabhängig von der verwendeten SPS, dem Feldbus oder dem IO-Link-Master alle Geräte in einer Anlage anzusprechen. Derart wird ein umfassender und eingehender Blick auf eine Maschine, auf die gesamte Produktion oder auch – wenn man so will – auf ein gesamtes Firmennetzwerk ermöglicht“, umreißt Christoph Ungersböck, Geschäftsführer von Sick Österreich, die Vorteile des Softwaretools.

So ermöglicht FieldEcho zu jeder Zeit volle Zugriffsmöglichkeiten auf alle IO-Link-Gerätedaten, um diese über einen Browser oder eine HMI (Human Machine Interface) aufzurufen, zu beobachten oder zu verändern. Die IODD der angeschlossenen und von FieldEcho erkannten IO-Link-Geräte werden automatisch heruntergeladen und an den Ports der konfigurierten IO-Link-Master zur Verfügung gestellt. Der Aufwand des manuellen Downloads entfällt. Die Kommunikation erfolgt systemunabhängig – ist also über unterschiedliche SPSen, Feldbusse und IO-Link-Master möglich. Das Schöne daran ist, dass der Entwicklungsaufwand hierfür minimal ist: Der Softwareentwickler des Maschinenbauers schreibt lediglich eine einzige Zeile SPS-Code, durch die der mit FieldEcho gelieferte, generische Funktionsbaustein aufgerufen wird, um Lese- oder Schreibanfragen an die IO-Link-Geräte zu senden. Aktuell werden Steuerungen von Beckhoff, Mitsubishi, Rockwell Automation und Siemens unterstützt. Beim schreibenden und lesenden Datenzugriff kommuniziert FieldEcho mit der Maschinen-SPS über OPC UA oder TCP/IP – beides sind etablierte Standards in der industriellen Kommunikation, die entsprechende Zukunftssicherheit bieten.

Ebenfalls mit an Bord ist eine REST API, über die Daten im JSON-Format gesendet und empfangen werden. So können IO-Link-Gerätedaten an ERP- und MES-Systeme sowie cloudbasierte Dienste übertragen werden, um die Daten in der Industrie 4.0-Welt beispielsweise für Datenanalysen, die vorausschauende Wartung oder für Inventuren zu nutzen.

Alles im Blick mit wenigen Klicks

Entsprechend der nutzerfreundlichen FieldEcho-Konzeption ist auch deren grafische, webbasierte Bedienoberfläche im modernen, selbsterklärenden und ansprechenden Design gehalten. Sie kann entweder per Browser geöffnet oder in die HMI einer Maschine oder Anlage integriert werden. In der System- und IO-Link-Master-Übersicht visualisiert sie alle konfigurierten IO-Link-Master und die an die jeweiligen Ports angeschlossenen und automatisch erkannten IO-Link-Sensoren und -Aktuatoren. Zusätzlich wird auch der Status aller IO-Link-Geräte übersichtlich dargestellt. Über die Geräteseite der Software können Anwender auch einen „Zoom-Blick“ in die Daten des Gerätes werfen: In dieser Ansicht werden die Geräteidentifikation mit Informationen wie der Seriennummer oder der Softwareversion sowie Gerätename und Bild angezeigt. Eingehende und ausgehende Prozessdaten sind auf einen Blick sichtbar. Zudem bietet die graphische Bedienoberfläche auch die Möglichkeit, alle IO-Link-Geräte vollständig zu parametrieren.

FieldEcho sorgt so für uneingeschränkte Transparenz – das ganze IO-Link-System ist für den Betreiber wie ein offenes Buch auf seinem Bildschirm sichtbar. Der Maschinenbauer bzw. Systemintegrator spart nicht nur Zeit, sondern entlastet auch seine SPS und sorgt so für die Erhaltung der gewohnten Performance seiner Maschine bzw. Anlage.

Autonom, dynamisch, kommunikativ: das FieldEcho-Dashboard

„Wie bereits erwähnt, ermöglicht FieldEcho über die REST API eine Integration von IO-Link-Daten in ERP- und MES-Systeme sowie in proprietäre Applikationen oder cloudbasierte Services. Das FieldEcho-Dashboard bietet, unter Benutzung dieser REST API, einen kompletten Überblick über den Zustand aller IO-Link-Geräte. Darüber hinaus warnt oder alarmiert es autonom im Falle einer Anomalität. Es holt über die REST API selbstständig die Information über das gesamte IO-Link-System und baut die Oberfläche anhand der empfangenen Daten dynamisch in Eigenregie auf – Anwender haben also keinen Konfigurationsaufwand“, beschreibt Rene Pfaller, Team Leader Market Product Management bei Sick Österreich, die Vorteile des FieldEcho-Dashboards.

Um viele Informationen einer großen Anzahl der IO-Link-Geräte verwalten zu können, verfügt das Dashboard über eine integrierte Datenbank. Auf diese können jegliche Applikationen zugreifen – alternativ zur Abfrage über REST API – und so die Kommunikationslast am Feldbus und über IO-Link verringern. Das Dashboard erlaubt es, aus der Cloudebene heraus einzelne Prozessdaten und Geräteparameter zur Beobachtung auszuwählen (was ansonsten ohne FieldEcho und das Dashboard aufwändig in der SPS programmiert werden müsste) sowie Grenzwerte und Alarme zu setzen.

Ein Beispiel dafür, was mit dieser Funktionalität möglich ist, ist die Quality-of-Run-Diagnose eines optischen Sensors, um dessen Detektionssicherheit bei einsetzender Verschmutzung zu ermitteln: Üblicherweise ist hierfür im Gerät eine Schaltschwelle festgelegt, bei der der Sensor automatisch ein entsprechendes Signal generiert. Im Dashboard ist es nun möglich, unabhängig von diesem Schwellwert im Sensor eigene Verschmutzungsgrenzwerte zu definieren und zu überwachen, um sie in einer Predictive-Maintenance-Applikation zu nutzen. Warnungen und Alarme werden visualisiert – auch in Form sprechender Nachrichten. Zudem kann das Dashboard entsprechende E-Mails z. B. an Betriebsverantwortliche der Anlage oder das Servicepersonal der Maschine senden.

So simpel: IO-Link-Geräte per FBF in Steuerungen integrieren

Wer IO-Link-Geräte in Steuerungen integrieren und dabei auf Geräteparameter zugreifen oder Diagnoseinformationen erheben möchte, steht vor der Aufgabe, viele azyklische Anfragen zu programmieren und sich dabei mit vielen unterschiedlichen Geräten, Parametern und komplexen Datentypen auseinandersetzen zu müssen. Die Function Block Factory (FBF) von Sick erstellt als offener softwarebasierter Dienst automatisiert Funktionsbausteine, die den Implementierungsaufwand erheblich reduzieren – und das nicht nur beim Zugriff auf die Geräteparameter, sondern auch auf die einzelnen Bestandteile der Prozessdaten der IO-Link Geräte. Dabei ist die FBF nicht nur für zehn Steuerungen offen, sondern auch für die IO-Link-Geräte aller Hersteller.

Rene Pfaller: „Die FBF stellt jedoch nicht nur Funktionsbausteine zur Verfügung, sondern auch Datenstrukturen, die dafür sorgen, dass kein Aufwand bei der Deklaration von Parametervariablen entsteht. Zudem sorgt die FBF dafür, dass aufwendiges Suchen nach Parametern, deren Indizien und Datenformaten der Vergangenheit angehören. Das spart nicht nur erheblich Entwicklungszeit und Programmieraufwand, sondern eliminiert auch Fehler und beschleunigt so die Inbetriebnahme.“

Christoph Ungersböck: „Die Fehlervermeidung durch die Funktionsbausteine resultiert aus der Tatsache, dass wir das FBF-Konzept über einen längeren Zeitraum zunächst Sick-intern und proprietär für die eigenen IO-Link-Geräte genutzt haben. Dadurch ist die für den Markt weiterentwickelte und geöffnete Version in ihren Funktionalitäten ausgetestet und sicher in der Anwendung.“

Nutzer können sich mit der FBF jeweils eigene Funktionsbausteinbibliotheken erstellen – mit individuellen Parametern und Funktionalitäten sowie für sich sprechenden Namen und Bezeichnungen. Hierbei unterstützt das Tool aktuell zehn Automatisierungssysteme und gleichzeitig alle IO-Link-Geräte sämtlicher Hersteller am Markt. Bedeutend wird diese Offenheit beispielsweise dann, wenn die gleiche Maschine eines Herstellers für verschiedene Kunden mit verschiedenen Automatisierungssystemen ausgestattet wird – die FBF erleichtert hierbei wesentlich die Komplexität der Aufgabe und beschleunigt die Realisierung erheblich.

Dynamisch flexible Produktionssysteme konfigurieren

Maschinenbauer, Integratoren und Endkunden nutzen IO-Link-Geräte, weil sie sich von deren erweiterten Informationen, smarten Funktionen, Diagnosemöglichkeiten sowie dem Potenzial, Applikationen auf alternative Weise lösen zu können, einen Mehrwert für ihre Maschinen, Anlagen und Prozesse versprechen. Geräteparameter werden beispielsweise aus der Steuerung herausgelesen, um diese etwa für Diagnosezwecke in nachgelagerten Applikationen, wie z. B. das Condition Monitoring zu nutzen. Auch werden IO-Link-Geräte immer häufiger im laufenden Betrieb parametriert, z. B. beim Wechsel von Produktionsaufträgen bis hin zur Realisierung von Applikationen in Losgröße 1. Die Umsetzung derartiger Aufgaben erfolgt – wie gesagt – mittels der FBF von Sick nicht nur enorm einfach und schnell, sondern zudem auch fehlerfrei. Der webbasierte Service ermöglicht es dem Anwender, aus der I/O Device Description (IODD) eines IO-Link-Gerätes seine individuelle Bibliothek an Funktionsbausteinen zu konfigurieren und zu erstellen, um diese beliebig oft in seinen SPS-Programmen wiederzuverwenden. Dabei können Umfang und Inhalt der Bibliotheken durch die freie Auswahl der jeweils verfügbaren Geräteparameter individuell definiert und jederzeit angepasst werden. Rene Pfaller erklärt dazu: „Übrigens kann über die Prozessdaten-Parserfunktion, die ebenfalls von der FBF erzeugt wird und Bestandteil der Bibliothek ist, gezielt auf jede einzelne Information innerhalb der IO-Link-Prozessdaten zugegriffen werden, ohne dass man sich zuvor über dessen Aufbau und Inhalte aus Handbüchern informiert hat.“

Erweiterte Funktionsbausteine minimieren den Entwicklungsaufwand

Zusätzlich erleichtern spezielle Merkmale der Funktionsbausteine, die in der FBF ausgewählt werden können, die SPS-Programmierung und sorgen derart weiters für einen erheblich geringeren Programmieraufwand wie auch für einen übersichtlichen und lesbaren Code.

So ermöglicht die Multi-Selection-Option das gleichzeitige Lesen mehrerer Parameter. Dies eliminiert das Programmieren aufwendiger Schrittketten, um die Parameter nacheinander zu lesen oder zu schreiben. Zähler ersetzen aussagelose Nummern durch aussagekräftige Bezeichnungen. Dadurch wird nicht nur der Entwicklungsprozess beschleunigt, da ein Nachschlagen nicht mehr notwendig ist, sondern auch der Source Code gestaltet sich leserlicher und wird so zu einem späteren Zeitpunkt auch für Dritte nachvollziehbarer. Das verkürzt auch in Folge erheblich die Inbetriebnahmezeiten.

„Mittels der Funktion Subindex-Zugriff können selbst die Datenlast und Kommunikationsdauer zusätzlich reduziert werden“, detailliert Christoph Ungersböck, „Sie ermöglicht statt kompletter, komplexer Variablen – im IO-Link-Kontext als Records bezeichnet –, gezielt definierte Untervariablen auszulesen oder per Schreibfunktion zu verändern. Es muss also nicht der gesamte Record hin und her übertragen werden, sondern nur ein Bruchteil davon, nämlich lediglich die Untervariable.“

Per Auto-Deselection können mit nur einem Befehl alle zuvor ausgewählten Variablen und Parameter wieder abgewählt werden. Dadurch wird im Funktionsbaustein beispielsweise die Definition neuer Lesebereiche beschleunigt und erleichtert, da nicht jede einzelne Auswahl gelöscht werden muss und möglicherweise eine übersehen wird.

Komfortabler FBF-Einstieg

Der Zugang auf die FBF erfolgt per Browser über die Sick-Homepage: entweder aus der Internetseite eines jeden Sick IO-Link-Produktes oder aus dem Servicemenü. Ein neuer Nutzer registriert sich bei der erstmaligen Nutzung, bekannte Nutzer melden sich unter Verwendung ihrer SICK ID an.

Danach erfolgt die Auswahl der gewünschten IODD, auf Basis derer eine Funktionsbausteinbibliothek erstellt werden soll. Die IODD wird dabei vom IODDfinder bezogen. Eine Filterfunktion der FBF sorgt dabei für einen guten Überblick über die in Frage kommenden IODDs. Sind IO-Link-Gerät und IODD identifiziert, werden die gewünschte SPS mit ihrem Engineeringtool und der entsprechende Feldbus gewählt. Damit sind die Rahmenbedingungen für die Erstellung der Funktionsbausteinbibliothek gesetzt. Für die Funktionsbausteine, die Parserfunktion und die Datenstrukturen wird im nächsten Schritt ein Name vergeben. Dabei ist es zum ersten Mal möglich, diese, den eigenen Namenskonventionen folgend, zu erstellen. Anschließend werden noch die gewünschten Geräteparameter ausgewählt.

Christoph Ungersböck: „Die Function Block Factory ist derzeit der erste und wohl einzige webbasierte Service seiner Art zur Vereinfachung der Integration von IO-Link-Geräten in Steuerungen und erlaubt dies ohne besondere IO-Link-Kenntnisse. Damit stellen wir Anwendern ein Tool zur Verfügung, mit dem es Spaß macht, in kürzester Zeit jegliches Produktionssystem flexibel und fehlerfrei zu generieren.“

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