ASi-5/ASi-3 Feldbus Gateways, Bild: Bihl+Wiedemann

Die Verbindung von ASi-5/ASi-3 Feldbus Gateways von Bihl+Wiedemann mit und ohne Sicherheitstechnik mit den passenden ASi-5 Slave / IO-Link Master Modulen ermöglich eine flexible und preiswerte Industrie-4.0-Vernetzung. Bild: Bihl+Wiedemann

| von Thomas Rönitzsch, Bihl+Wiedemann

Die Kommunikationsfähigkeit von Sensoren und Aktuatoren ist entscheidende Voraussetzung für eine erfolgreiche Digitalisierung. Sie sammeln zyklische Daten für die Prozesssteuerung, azyklische Daten für Diagnosezwecke, erkennen Funktionsfehler und können aus einer höheren Automatisierungsebene heraus parametriert werden. Hinzu kommt, dass sie Informationen für das IIoT bereitstellen, die die Basis neuer Service-, Geschäfts- und Optimierungsmodelle sein können. Intelligente Feldgeräte – insbesondere mit IO-Link – liegen daher im Trend.

Integration von IO-Link Devices, Bild: Bihl+Wiedemann
Ein großer Vorteil des neuen ASi-5 Standards ist die einfache Integration von IO-Link Devices. Bild: Bihl+Wiedemann

Anwender, die sich intensiv mit IO-Link beschäftigen, kommen aber spätestens bei der konkreten Umsetzung an der Frage einer technisch und wirtschaftlich effizienten Integration der IO-Link Devices in das Automatisierungsumfeld nicht vorbei. Aktuell dominieren hier Strukturen, in denen intelligente Sensoren und Aktuatoren mit IO-Link Mastern in Feldbusmodulen verbunden werden, die wiederum einzeln oder über Switches mit Hilfe eines ethernetbasierten Feldbusses an die Steuerung angeschlossen werden müssen. Vor allem bei der Anbindung einzelner, verteilter Sensoren müssen, obwohl vielleicht nur ein IO-Link Master Port gebraucht wird, in der Regel Ethernetmodule mit vier oder acht IO-Link Master Ports eingesetzt werden – was die Einzelanbindung erheblich verteuert.

Feldbusmodule,  Bild: Bihl+Wiedemann
Der Vergleich einer gängigen Lösung mit ethernetbasierten Feldbusmodulen. Bild: Bihl+Wiedemann

Mit ASi-5 ist das Einsammeln von IO-Link Signalen dagegen deutlich eleganter und effizienter realisierbar: Zum einen bleiben die Vorteile von AS-Interface – der im Vergleich zu Feldbuslösungen drastisch reduzierte Verdrahtungsaufwand, der einfache Anschluss per Durchdringungstechnik an das gelbe ASi Kabel, die freie Wahl der Topologie, die Flexibilität bei der Anbindung an alle gängigen Steuerungen und die kostengünstige Integration von Safety auf derselben Infrastruktur – auch mit ASi-5 erhalten. Zum anderen spielte die Möglichkeit, die Daten intelligenter Geräte mit IO-Link noch effizienter im Feld abzuholen und auch bei großer Datenbreite in High Speed zu übertragen, bereits bei der Konzeption von ASi-5 eine entscheidende Rolle. Mit bis zu 32 Byte pro Slave und einer Zykluszeit von 1,27 Millisekunden ist ASi-5 aktuell der flexibelste und komfortabelste IO-Link Zubringer für die Digital Factory. Die Notwendigkeit, Ethernet aufwendig bis in die Maschine verlegen zu müssen, entfällt. Und mit der 1-Port IO-Link Master Variante als aktiver Verteiler bietet Bihl+Wiedemann darüber hinaus eine kostengünstige Alternative für das Einsammeln von wenigen intelligenten Devices. ASi-5 und IO-Link konkurrieren also nicht, sondern ergänzen sich. Und mit dem OPC UA Server im ASi-5/ASi-3 Feldbus Gateway ist auch die passende Industrie-4.0-Schnittstelle gleich mit an Bord.

IO-Link Integration: ASi-5 statt Ethernet

Master Ports, Bild: Bihl+Wiedemann
Der Vergleich einer gängigen Lösung mit der Lösung von Bihl+Wiedemann zeigt, wie die Verdrahtung vereinfacht werden kann. Auch einzelne Sensoren lassen sich über kleine Module mit ein oder zwei Master Ports preiswert einbinden. Bild: Bihl+Wiedemann

ASi als Verdrahtungssystem für die unterste Feldebene war von Beginn an für die einfache, kostengünstige und zuverlässige Integration von Sensoren ausgelegt und wurde später in Richtung komplexerer Module und Sicherheitstechnik erweitert. Mit ASi-5 können jetzt auch leistungsstarke IO-Link Devices mit höherer Datenbreite ohne Einschränkungen angebunden werden. War für den Anschluss von IO-Link Geräten bislang jeweils ein 4- oder 8-Port Master mit Ethernetanschluss erforderlich, erfolgt die Ethernetanbindung aller an das ASi Netzwerk angeschlossenen Teilnehmer an die Steuerung nur über eine einzige Ethernetschnittstelle im ASi-5/ASi-3 Feldbus Gateway von Bihl+Wiedemann. Dadurch kann der Anwender pro ASi Kreis auf einer maximalen Leitungslänge von 200 m eine Vielzahl von IO-Link Mastern anbinden. Hierzu werden ASi-5 Slaves mit integrierten IO-Link Master Ports einfach dort, wo sie gebraucht werden, per Durchdringungstechnik an das ASi Kabel geklemmt und so mit dem Gateway verbunden. Die Anbindung von IO-Link Devices an den jeweiligen Master Port erfolgt, wie gewohnt, über Kabel mit M12-Stecker und einer maximalen Leitungslänge von 20 m.

Die hohe Kosteneffizienz von ASi-5 beim Einsammeln von Device-Daten in der Fläche ist bereits gegeben, wenn nur ein einziges IO-Link Gerät angebunden werden soll. Das Portfolio an IO-Link Mastern umfasst bei Bihl+Wiedemann 1-Port-, 2-Port-, 4-Port- und künftig auch 8-Port-Varianten – und ist aktuell das wohl feingranularste und damit flexibelste am Markt. Der 1-Port IO-Link Master eröffnet die Option, mit der Applikation zu wachsen und bedarfsgerecht intelligente Sensoren oder Aktuatoren einzubinden.

Wirtschaftlich – auch in großen Dimensionen

ASi-5 mit Produkten von Bihl+Wiedemann bedeutet somit Flexibilität und Wirtschaftlichkeit durch Granularität – nicht nur in kleineren, sondern auch in großen Projekten. Am Markt verfügbare Ethernetknoten stellen in der Regel vier bis acht Anschlussmöglichkeiten für  IO-Link Devices zur Verfügung. Bei einer großen Maschine mit vielen intelligenten Sensoren und Aktuatoren bedeutet dies eine aufwendige Verkabelung über Switches sowie erheblichen Aufwand in der IT und bei der IP-Verwaltung. Mit ASi-5 können dagegen theoretisch an einem Ethernetknoten pro ASi Kreis bis zu 96 ASi-5 Slave / IO-Link Master Module mit ihrerseits jeweils bis zu acht IO-Link Ports angeschlossen werden. Bei einem ASi-5 Gateway für zwei ASi Kreise wären das 2 x 96 x 8, also 1536 IO-Link Eingänge.

Unabhängig vom Umfang einer ASi-5 Installation lässt sich sagen, dass die Module dieses Verdrahtungssystems im Allgemeinen deutlich günstiger sind als vergleichbare IO-Link Ethernetmodule. Ist ASi-5 bereits in der Maschine verlegt, amortisiert sich ein ASi-5 Slave / IO-Link Master von Bihl+Wiedemann für das Einsammeln der Daten von IO-Link Geräten schon ab dem ersten IO-Link Device. Ist die Infrastruktur noch nicht in der Maschine vorhanden, fährt der Anwender etwa ab dem dritten ASi-5 Slave / IO-Link Master mit vier Ports mit ASi-5 günstiger als mit IO-Link Ethernetmodulen. Bei einzelnen IO-Link Devices kann sich ASi-5 durch den 1-Port IO-Link Master sogar schon früher rechnen.

Herstellerunabhängige Anbindung

ASi-5/ASi-3 Feldbus, Bild: Bihl+Wiedemann
ASi-5/ASi-3 Feldbus Gateways mit und ohne Sicherheitstechnik: aktuell verfügbar in diversen Varianten, etwa für Profinet, Profisafe über Profinet, EtherNet/IP, CIP Safety über EtherNet/IP, Ethercat, Safety over Ethercat, Sercos und CIP Safety über Sercos. Bild: Bihl+Wiedemann

Intelligente Sensoren und Aktuatoren werden von zahlreichen Herstellern am Markt in großer Anzahl angeboten. Für welches Sensorfabrikat sich der Anwender auch entscheidet – ASi-5 passt immer, denn IO-Link ist für alle Anbieter identisch spezifiziert. Daher ist auch der Einsatz von IO-Link Devices unterschiedlicher Anbieter im gleichen ASi Kreis kein Problem. Mit Blick auf die hohe Bandbreite und die kurzen Zykluszeiten, die mit ASi-5 jetzt erreichbar sind, werden einige Applikationen mit IO-Link Geräten mit diesem Installationssystem erstmals umsetzbar, während andere zukünftig von mehr Performance hinsichtlich Prozessgeschwindigkeit und Genauigkeit profitieren können. Herstellerunabhängigkeit und Interoperabilität sind auch auf der Seite der übergeordneten Steuerungen mit ihren unterschiedlichen Feldbusanbindungen gewährleistet: die ASi-5/ASi-3 Feldbus Gateways von Bihl+Wiedemann stehen aktuell als Varianten für Profinet, Ethercat, EtherNet/IP, Modbus TCP und Sercos zur Verfügung – weitere sind in Vorbereitung. Sie unterstützen nicht nur Standard-Binärsensorik und IO-Link Geräte, sondern optional auch ASi Safety at Work.

ASi-5 Slave / IO-Link Master Module, Bild: Bihl+Wiedemann
ASi-5 Slave / IO-Link Master Module: aktuell verfügbar (v.l.n.r.) mit 4 IO-Link Master Ports in IP20 und IP67 sowie als aktiver Verteiler ASi-5 / IO-Link Master mit 2 IO-Link Master Ports (oben) und 1 Master Port (unten). Bild: Bihl+Wiedemann

Mit ASIMON360 und ASi Control Tools360 – letztere für Applikationen ohne Sicherheitstechnik – bietet Bihl+Wiedemann zwei intuitiv bedienbare Softwareprogramme an, die das Planen, Konfigurieren und Parametrieren von ASi Netzwerken besonders komfortabel, sicher und schnell gestalten. In die Tools wurde die Möglichkeit integriert, auch IO-Link Devices so einfach wie ganz normale ASi Slaves in das AS-Interface-Netz einzubinden. Natürlich können IO-Link Anwender ihre bisherigen, eigenen Parametriertools auch weiterhin nutzen. Die Tools gehen jedoch deutlich weiter: Sie ermöglichen es durch den integrierten IODD-Interpreter, die IO-Link Devices wie alle anderen ASi Teilnehmer in einer Software bequem und übersichtlich einzustellen und ihre Konfiguration zusätzlich auf dem Rechner zu speichern. Eine Funktion in beiden Software-Tools, die insbesondere viele IO-Link Anwender begeistert, ist die Online Businformation. Damit lassen sich ASi Slaves und IO-Link Devices ganz einfach in Betrieb nehmen sowie Ein- und Ausgänge live parametrieren und überwachen. Fehler im ASi Kreis werden so auf einen Blick sichtbar, die Hinweise zur Fehlerbehebung sind eindeutig und zielführend, alle ASi Slaves und IO-Link Devices lassen sich einzeln auswählen und ansprechen, Eingänge können diagnostiziert, Ausgänge gesetzt und Parameter live geändert werden. Insbesondere der letzte Punkt kommt der IO-Link Integration zu Gute: Der Anwender erkennt unmittelbar, welche konkreten Auswirkungen die aktualisierten Einstellungen beispielsweise eines IO-Link Sensors haben und kann die Konfiguration gegebenenfalls sofort optimieren, beispielsweise durch Verändern eines Grenzwertes oder durch Drehen der Inhalte des Device-Displays entsprechend der Einbausituation. Zudem vereinfacht die Software Suite – bisherige ASi-3 Nutzer können nach einem kostenlosen Update per Download auch alle ASi-5 Anwendungen konfigurieren – die Integration der Daten in die Steuerung und liefert wertvolle Unterstützung bei der Diagnose und Fehlerbehebung.

IO-Link als feldbusunabhängige Schnittstelle für intelligente Sensoren und Aktuatoren, ASi-5 wiederum als Zubringer für die digitalisierte, smarte Fabrik – zwei Technologien für Industrie 4.0 in Synergie. Kein Wunder also, dass Experten dem Dreamteam aus IO-Link und ASi-5 gerade mit Blick auf die fortschreitende Digitalisierung im Maschinen- und Anlagenbau ein enormes Zukunftspotenzial bescheinigen.

Im Gespräch mit Dr. Marcel Hilsamer, Leiter Produktmanagement bei Bihl+Wiedemann

„Produkte für ASi-5 sind bereits seit einiger Zeit ab Lager verfügbar.“ Dr. Marcel Hilsamer

„Die perfekte Ergänzung für Industrie 4.0“

ke NEXT sprach mit Marcel Hilsamer, der im Bereich Digitale Signalverarbeitung promoviert hat und heute als Leiter Produktmanagement bei Bihl+Wiedemann die Einführung des neuen Standards ASi-5 produktseitig betreut.

Sie leiten bei Bihl+Wiedemann das Produktmanagement. Was beeinflusst die Produktentwicklung in Ihrem Unternehmen derzeit am meisten?

Im Augenblick ist es eine sehr spannende Zeit, vor allem aufgrund der Markteinführung von ASi-5. Die jüngste Generation von AS-Interface ist jetzt seit fast einem Jahr veröffentlicht. Entsprechend ist es im Moment unsere Kernaufgabe, die Möglichkeiten, die diese Technologie uns bietet, auch in gute Produkte zu gießen und gleichzeitig die Komplexität, die sich daraus ergibt, für den Kunden so zu gestalten, dass sie beherrschbar und einfach zu nutzen ist.

Zu ASi-5 generell: Wenn ich richtig informiert bin, war der Vorgängerstandard doch ASi-3, oder?

Genau.

Wie kommt es, dass man von ASi-3 gleich auf ASi-5 springt und die Version 4 ausgelassen hat?

Dafür gibt es im Wesentlichen zwei Gründe. Zum einen soll damit natürlich die Größe des aktuellen Entwicklungsschritts verdeutlicht werden. Zum anderen wollten wir aber auch den Eindruck vermeiden, die neue AS-Interface Generation sei ausschließlich für das visionäre Gesamtkonzept Industrie 4.0 entwickelt worden. Industrie 4.0 ist zwar ein sehr wichtiger Treiber für ASi-5, aber eben nicht der einzige. Insgesamt ging es bei der Entwicklung von ASi-5 darum, es dem AS-Interface Anwender so einfach wie möglich zu machen, von der Digitalisierung zu profitieren – und zwar nicht erst in der so genannten smarten Fabrik von morgen, sondern schon auf dem Weg dahin, also im Grunde ab sofort.

Okay. Dann mal in wenigen Sätzen: Was sind denn aus Ihrer Sicht die Hauptneuerungen oder Hauptvorteile von ASi-5 im Vergleich zum Vorgänger?

Ganz klar die höhere Bandbreite und die kürzeren Zykluszeiten. Das eröffnet die Möglichkeit, moderne ethernetbasierte Feldbussysteme zu bedienen. Wir können jetzt in 1,27 Millisekunden einen Analogwert übertragen, was mit ASi-3 so nicht funktioniert hat. Dementsprechend können wir natürlich Applikationen realisieren, bei denen es um Geschwindigkeiten oder hohe Datenmengen geht. Applikationen, die vorher eben nur mit Direktverdrahtung oder mit Ethernet bis in die Maschine umsetzbar waren.

Wie wirken sich diese neuen Fähigkeiten von ASi-5 bei Ihnen in der Produktentwicklung aus? Was macht das mit Ihrem Portfolio?

Wir sehen die ASi-5 Produkte als Erweiterung des vorhandenen Produktsortiments. Das heißt, dass ein einfaches E/A Modul, beispielsweise ein typisches 4E/4A Modul, nicht adaptiert werden muss. Derartige Geräte sind kostengünstig, sie sind effizient mit ASi-3, sie funktionieren und sind bewährt.

Da ASi-5 abwärtskompatibel zu ASi-3 ist, sehen wir aktuell noch keine Notwendigkeit, an solche Geräte heranzugehen. Aber dort, wo man mehr Datenbandbreite braucht – IO-Link ist hier eigentlich ein perfektes Beispiel – da setzt man jetzt zum Beispiel ein ASi-5 Slave / IO-Link Master Modul von uns ein. Damit hat man dann die notwendige Power zur Verfügung, um alle Funktionen des IO-Link Devices zu nutzen –  inklusive der vielen Diagnosedaten.

Ab wann ist der Standard ASi-5 generell verfügbar und ab wann sind Produkte von Bihl+Wiedemann verfügbar?

Nun, Produkte aus unserem Hause sind bereits ab Lager verfügbar, und das auch schon länger. Die ASi-5 Entwicklungsgemeinschaft hatte sich darauf geeinigt, die Spezifikationen ein Jahr lang für die Teilnehmer oder besser Entwicklungspartner exklusiv zu halten, um diesen einen Entwicklungsvorsprung zu ermöglichen.

Diese Spezifikationen sind nach der SPS im November für alle Mitgliedsfirmen von AS-International nutzbar. Das heißt, ab der SPS kann theoretisch jeder ASi-5 Produkte entwickeln. Wir gehen davon aus, dass das auch einige Firmen tun werden, denn das Interesse an dem neuen Standard ist recht groß.

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