Leitungsanschaltung von Sensoren und Aktoren IO-Link-Tranceiver sorgt für mehr Effizienz

Bislang werden in der industriellen Automatisierungstechnik Sensoren und Aktoren über geschaltete 24-V- oder Standard-Analogsignale mit der Steuerung verbunden. Dabei gäbe es wesentlich effizientere und platzsparendere Lösungen – beispielsweise den IO-Link-Transceiver E981.10 von Elmos. Mit dessen Hilfe lassen sich Prozess-, Parameter- und Diagnosedaten digital codiert über eine einzige 3-Leiter-Verbindung übertragen, und das mit Übertragungsgeschwindigkeiten bis 230,4 kbit/s.

Bei IO-Link (Bild 1) handelt es sich im Gegensatz zu den Busverbindungen der klassischen Feldbussysteme um eine Parallelverdrahtung, mit der Datenraten bis 230,4 kbit/s über eine maximal 20 m lange Leitung übertragen werden können. Die Signalübertragung erfolgt mit einem 24-V-Pulsmodulationsverfahren sowie mit einem Standard-UARTProtokoll.

IO-Link nutzt die standardisierte ungeschirmte dreiadrige Verbindungsleitung (M12, M8, M5), die auch zur Anbindung von herkömmlichen Standard- I/O-Sensoren/-Aktoren genutzt wird. Dies reduziert nicht nur den zusätzlichen Verdrahtungsaufwand, sondern schützt auch bereits getätigte Investitionen.

Ein weiterer Vorteil von IO-Link: Durch den Wegfall der analogen Messwertübertragung kann auf teure geschirmte Kabel verzichtet werden. Die bidirektionale IO-Link-Kommunikation versetzt das übergeordnete Automatisierungssystem in die Lage, sowohl Parameter- und Konfigurationsdaten in den Sensor/Aktor zu schreiben als auch Prozess- und Diagnosedaten aus dem Sensor/Aktor zu lesen.

IO-Link beherrscht zudem auch die Kommunikation über binäre Schaltzustände, die herkömmliche Standard- I/O-Sensoren verwenden. Der neue Kommunikationsstandard ist somit nahezu uneingeschränkt abwärtskompatibel und kann frei kombinierbar auch mit Geräten eingesetzt werden, die nicht IO-Link-fähig sind.

Wegen des offenen Standards lässt sich IO-Link in alle gängigen Automatisierungs- und Feldbussysteme integrieren, so dass ein Höchstmaß an Flexibilität bezüglich der Herstellerwahl weiterhin erhalten bleibt. Die Integration von Profibus, Profinet, Interbus, ASi und EtherCAT ist bereits verfügbar, die IO-Link-Integration in der ODVA ist angestrebt.

Diskrete Lösungen durch eine integrierte Variante austauschbar

Um die in der IO-Link-Spezifikation festgelegten Anforderungen beispielsweise für Überstrom- und Überspannungsschutz sicherzustellen, kommt in den meisten Leitungsanschaltungen der bis dato verfügbaren IO-Link- Geräte noch eine Vielzahl von Einzelkomponenten wie Transistoren, Dioden und weitere passive Bauteile zum Einsatz. Denn für die ersten IO-Link- Feldgeräte war dies bislang die einzige Möglichkeit, das Interface zur Leitung abzubilden und die IO-Link-Spezifikation zu erfüllen. Besonders problematisch gestaltet sich hierbei die erforderliche Interoperabilität mit der Steuerungsseite, da sich die entsprechenden elektrischen Schaltungen ausschließlich an der IO-Link-Spezifikation orientieren können.

Abhilfe schafft der IO-Link-Transceiver E981.10 (Bild 2), der als hochintegrierter Chip für die Leitungsanschaltung von Sensoren/Aktoren geeignet ist. Der zu heutigen Standard- I/O-Anwendungen abwärtskompatible Treiberbaustein erfüllt die Anforderungen aller relevanten Normen und zeichnet sich unter anderem durch einen Eingangsspannungsbereich von 8 bis 36 V, eine Treiberleistung bis 200 mA, eine integrierte Wake-up-Erkennung und eine Datenübertragungsgeschwindigkeit bis 230 kbit/s aus. Wahlweise ist die Treiberstufe als Low-Side-, High-Side- oder Push-Pull- Variante verwendbar. Schutzfunktionen gegen Kurzschluss, Überstrom und Übertemperatur garantieren darüber hinaus hohe Betriebssicherheit.

Dank eines internen 5-V-Spannungsreglers und eines 3,3-/5-V-kompatiblen Digital-Interfaces kann der E981.10 mit einer Vielzahl gängiger Mikrocontroller, z.B. mit einer 78KMCU von NEC Electronics Europe, die in diesem Fall die Protokollimplementierung übernimmt, kombiniert werden. Der bis zu einer Chip-Temperatur von +150 °C einsetzbare Baustein ist in einem nur 4 mm × 4 mm kleinen QFN Gehäuse untergebracht und damit für den Einsatz in kompakten Sensoren und Aktoren geeignet.