Bild: Fotolia; nongkran_ch

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In der vierten industriellen Revolution sind aus Sicht der Sensorik insbesondere die Konnektivität sowie die Nutzung von IT-Technologie und Hardware hochinteressant. Damit bieten sich Möglichkeiten, die Arbeitsweise von komplexen Anlagen transparenter zu machen und deren Beherrschbarkeit zu verbessern.

Moderne Sensoren bilden immer komplexere Funktionen ab und bieten dadurch auch mehr Parameter und Einstellmöglichkeiten. Für einen optimalen Einsatz sind Anzeige-Elemente für Zustände oder Messwerte zumindest temporär erforderlich, wenn die Sensoren parametriert und Konfigurationen gesichert werden müssen. Hierfür sind übersichtliche Bedienoberflächen wünschenswert, die jedoch an den Sensoren selbst wegen Miniaturisierung und aus Kostengründen nicht umgesetzt werden können.

Die Realität sind kleine LEDs, LCD-Displays sowie Taster, DIP- oder Drehschalter und Potis, die mit Schraubendrehern bedient werden müssen. So müssen auf kleinstem Raum viele Informationen zum Anwender transportiert werden, was nur mit Mehrfachbelegungen von Tastern und LED-Blinkcodes möglich ist.

Für Beschriftungen steht nur wenig Platz zur Verfügung. Der Anwender benötigt eine mehr oder weniger ausführliche schriftliche Anleitung in einer ihm verständlichen Sprache, um mit solch wenig intuitiven Systemen überhaupt arbeiten zu können. Hinzu kommt, dass gerätegebundene Elemente in vielen Fällen nutzlos sind, weil bei der Montage auf die Zugänglichkeit oder Sichtbarkeit von Bedien- und Anzeige-Elementen keine Rücksicht genommen werden kann, oder die Sensoren gar vollkommen unzugänglich verbaut werden müssen.

Textbasierte Anzeige

Textbasierte Anzeige aller Sensordaten in der Expert View. Bild: Pepperl+Fuchs

Mit fest installierten, abgesetzten Bedieneinheiten können auch entfernt vom Sensor Funktionen visualisiert oder Einstellungen komfortabel vorgenommen werden, jedoch verursachen solche Geräte zusätzlich Platzbedarf und Kosten. Moderne Mobilgeräte wie Tablets und Smartphones sind geeigneter für solche Zwecke. Hierbei handelt es sich um High-End-Geräte zu vergleichsweise günstigen Preisen.

Hohe Grafikleistung, kontraststarke Bildschirme, integrierte Sensorik, leistungsfähige drahtlose Schnittstellen und nicht zuletzt die intuitiv zu bedienenden Betriebssysteme machen Smartphones und Tablets zu perfekten Anzeige- und Bedieneinheiten auch in der Automatisierung. Für eine Nutzung im Sensorik-Bereich fehlt jedoch eine gemeinsame Schnittstelle, da die mobilen Endgeräte ausschließlich über drahtlose Zugänge verfügen.

IO-Link-Protokoll

Übersichtliche Anzeige

Übersichtliche Anzeige mit grafischen Elementen. Bild: Pepperl+Fuchs

Mit IO-Link steht auf der Sensor-Ebene ein digitales Schnittstellenprotokoll zur Verfügung, welches von den meisten Sensorherstellern unterstützt wird. Es nutzt die für die Prozessdaten-Übertragung vorhandenen Steckverbinder sowie das drei-, vier- oder fünfadrige Standardkabel zur Übertragung von Parametern und Messwerten im Betrieb, ohne dass die Echtzeit-Eigenschaften des Sensors oder Aktors beeinflusst werden. So müssen keine zusätzlichen Anschlüsse aus dem Sensor herausgeführt werden, die unnötigerweise Bauraum beanspruchen und Kosten verursachen würden.

IO-Link wurde von einem Konsortium spezifiziert und als Standard festgelegt. In diesem Konsortium sind alle Hersteller von Sensoren, Aktoren und Steuerungen vertreten. Es ist daher zu erwarten, dass in Zukunft alle parametrierbaren Sensoren auch in IO-Link-Ausführung angeboten werden.

Adapter und App als Brücke

Zur Überbrückung der digitalen Lücke zwischen Sensoren und mobilen Endgeräten hat Pepperl+Fuchs das System Smart Bridge entwickelt. Es besteht aus einem Drahtlos-Adapter und einer App für mobile Endgeräte. Der Adapter ist in IP67 ausgeführt und mit M12-Steckern ausgerüstet. Er wird in die Sensor-Zuleitung eingeschleift und mit Energie versorgt. Der Adapter baut eine IO-Link-Kommunikation zum Sensor auf und liest darüber Messwerte, Identifikations-Daten, Einstell-Parameter und vieles mehr aus dem Sensor aus.

Diese Daten werden den Mobilgeräten über Bluetooth 4.0 drahtlos zur Verfügung gestellt. Einerseits wird bei Bluetooth eine reine Punkt-zu-Punkt-Verbindung aufgebaut und der Sensor wird nicht Teil eines schwer zu überschauenden Netzwerkes mit Gefahrenpotenzial. Andererseits bleibt beim Aufbau einer Bluetooth-Verbindung zum Sensor der Wlan-Adapter des Mobilgerätes frei und kann parallel für eine Netzwerk- oder Internet-Verbindung genutzt werden.

Zum Speichern von Sensor-Konfigurationen oder zur Langzeit-Datenaufzeichnung ist der Smart-Bridge-Adapter mit einer wechselbaren µSD-Karte ausgerüstet, auf welche über einen USB-Anschluss zugegriffen werden kann. Parallel wird bei Pepperl+Fuchs daran gearbeitet, in geeignete Sensoren die Bluetooth-Funktionalität zu integrieren, sodass auf diese Geräte direkt mit Mobilgeräten zugegriffen werden kann, ohne dass ein Adapter benötigt wird.

Komfortable Werkzeuge

Die Smart-Bridge-App steht für Smartphones oder Tablets mit iOS- oder Android-Betriebssystem zur Verfügung. Damit können Verbindungen zu mit Drahtlos-Adaptern ausgerüsteten Sensoren aufgebaut werden. Die App listet beim Start auf einem Connect-Screen alle im Empfangsbereich befindlichen Sensoren auf, und einer davon kann zum Verbindungsaufbau ausgewählt werden. Nach Auswahl eines Sensors und erfolgreicher Authentisierung des Benutzers werden für diesen Typ spezifische Seiten angezeigt, auf denen Parameter und Messwerte dargestellt sind.

Damit kann zwischen einer hierarchisch geordneten, textbasierten Auflistung aller Sensordaten (Expert View) und einer mit grafischen Elementen aufbereiteten Darstellung umgeschaltet werden, in welcher zum Beispiel Sensor-Messwerte oder Schaltzustände mit einem Blick erfasst werden können. Der Aufbau dieser Seiten wird über Descriptor-Dateien gesteuert, die für jeden Sensortyp auf dem Mobilgerät vorliegen müssen.

Für die Dateien ist in der App eine Update-Funktion vorgesehen, mit der Descriptoren nachgeladen werden können. Damit wird die Unterstützung von zukünftigen Sensortypen sichergestellt, ohne dass die App selbst verändert werden muss. Die Authentisierung beim Verbindungsaufbau überprüft Passwörter, die in Adapter und Mobilgerät gespeichert sind.

Die Übertragung des Passwortes erfolgt dabei nach einem SHA2-basierten Challenge-Response-Verfahren, um das Passwort zu schützen und unbefugte Zugriffe auf die Sensoren zu unterbinden. So macht die Smart-Bridge-App aus dem Smartphone oder Tablet ein komfortables Werkzeug für Inbetriebnahme, Wartung, Service und Fehlersuche. bf

Autor: Benedikt Rauscher, Pepperl+Fuchs