Messa in servizio di IO-Link, parte 1: configurazione del sistema

Nelle ultime settimane ho studiato le connessioni di rete IO-Link per comprendere meglio come adattare rapidamente i dispositivi di ingresso e di uscita, che rappresenta il punto di forza dichiarato di questo innovativo protocollo.

Ho appreso numerosi insegnamenti importanti, tra cui i diversi modi per configurare i dispositivi I/O (anche se non tutti possono utilizzare i dati per la logica di controllo del processo), la struttura dei byte e dei bit associati per leggere gli ingressi e controllare le uscite e, infine, alcuni principi di rete applicabili alle reti nel loro complesso, non solo ai dispositivi IO-Link.

In questo articolo parleremo del processo di configurazione e dei tipi di parametri regolabili prima di mettere in funzione il sistema.

Innanzitutto, dovremmo definire cosa è incluso in una rete IO-Link, per comprendere meglio con cosa abbiamo a che fare. I dispositivi I/O sono sensori di prossimità, interruttori di posizione, sensori di flusso e pressione e persino dispositivi di uscita come colonne luminose e interfacce per valvole. Altri dispositivi comuni includono IO-Link solo per il monitoraggio, come i moduli di alimentazione.

 

Figura 1. Questo insieme di dispositivi IO-Link include, da sinistra a destra, un cavo di rete, un master IO-Link, una colonna luminosa a 3 livelli, due sensori, un hub e un cavo I/O. Immagine utilizzata per gentile concessione dell’autore

 

Tutti questi dispositivi IO-Link si collegano a un master IO-Link tramite cavi M12. Il master è un hub per bus di campo che raccoglie e distribuisce i dati dai dispositivi I/O e comunica con il controller. Per ampliare ulteriormente una rete, hub e sdoppiatori possono moltiplicare il numero di porte IO-Link disponibili.

Tra i principali produttori di dispositivi IO-Link figurano SICK, Balluff, ifm, Keyence, Pepperl+Fuchs, Banner Engineering, Endress+Hauser, Turck, wenglor e molti altri. Si tratta di un protocollo standard industriale sempre più diffuso.

 

Configurazione di un master IO-Link

Configurare è semplicemente un termine elegante per indicare l’impostazione di un dispositivo affinché sia pronto a condividere i dati con il controller. Per i dispositivi I/O, di solito significa impostare uno o più punti di attivazione, scegliere un’uscita alta o bassa quando il sensore viene alimentato oppure, per i dispositivi di uscita, impostare la luminosità o il colore di un elemento della colonna luminosa e altri parametri.

Per un master IO-Link, la configurazione riguarda solitamente la determinazione del formato di ciascuna porta, standard o IO-Link e, se il formato è standard, la selezione tra ingresso e uscita. Non tutti i master IO-Link supportano questa doppia funzionalità e talvolta solo metà delle porte può commutare tra il formato standard e quello IO-Link.

Una nota importante per le porte nel formato I/O standard: due dei quattro pin M12 sono dedicati all’alimentazione del dispositivo, lasciando altri due pin che possono ricevere gli ingressi da due sensori o inviare i comandi a due uscite. In questo modo, un master IO-Link con 8 porte può controllare effettivamente fino a 16 dispositivi I/O, purché non siano configurati per IO-Link.

 

Configurazione tramite un server web

La maggior parte dei dispositivi master Ethernet dispone di un indirizzo IP predefinito o personalizzato che può essere digitato direttamente nel browser web del computer per accedere a una certa quantità di dati provenienti dai moduli e dai dispositivi collegati, ma non può essere controllata tramite la logica. Potrebbe essere possibile visualizzare in tempo reale lo stato degli I/O delle porte e i messaggi di errore. È inoltre possibile accedere ad alcune proprietà dei dispositivi e modificarle. Nel mio caso specifico, utilizzando una colonna luminosa modulare, posso regolare la luminosità predefinita dei LED dal server web.

 

Figura 2. Configurazione tramite server web delle impostazioni di rete del master IO-Link. Immagine utilizzata per gentile concessione dell’autore

 

Un’altra osservazione sui server web è che è possibile accedervi mentre il dispositivo è collegato al controller, ma attenzione: le modifiche online influiranno, e probabilmente lo faranno, sul processo produttivo in corso.

 

Configurazione tramite il controller

Quando il master IO-Link viene aggiunto al controller, ciò può avvenire tramite l’installazione di un foglio dati elettronico (EDS) o la creazione di un modulo Ethernet generico. Per EtherCAT, l’alternativa a un EDS è un file EtherCAT Subdevice Information (ESI), mentre per PROFINET il file è denominato General Station Description (GSD). È necessario aggiungere il file appropriato per identificare il numero e la dimensione intera delle parole di ingresso, uscita e configurazione.

 

Figura 3. I file da scaricare per tre diversi tipi di master IO-Link, un prodotto per ciascuna rete. Immagine (modificata) utilizzata per gentile concessione di Balluff

 

Il modo di tradurre e utilizzare effettivamente queste parole di comando varia a seconda del master IO-Link e, a un livello ancora più specifico, varia in base al dispositivo I/O effettivamente collegato a ciascuna porta. Tratteremo alcuni esempi di queste variabili dei dati di processo in un articolo separato.

 

Configurazione tramite software dedicato

Alcuni dispositivi master e gateway IO-Link includono una porta di collegamento seriale (o USB) che si connette direttamente a un PC per gestire attività che un PLC non è in grado di svolgere. Prendiamo ad esempio un sensore. Il PLC può leggere lo stato alto/basso del sensore, ma non può configurare le soglie dei punti di attivazione. Per impostare i punti di attivazione si utilizza un software dedicato. A seconda del dispositivo, alcuni sensori possono includere temporizzazioni, logica, più punti di attivazione e altre funzioni.

 

Figura 4. I dispositivi IO-Link SICK possono essere configurati singolarmente con lo strumento USB e il software SOPAS. Immagine utilizzata per gentile concessione dell’autore

 

Il software proprietario può configurare i dispositivi I/O e altri hub/gateway. Alcuni esempi sono SOPAS di SICK, Balluff Engineering Tool, Banner Sensor GUI e altri.

Nota dell’autore: è possibile che alcuni sensori possano essere configurati da remoto tramite IO-Link direttamente dal PLC, ma non ne conosco alcuno.

 

Configurazione del master IO-Link

Iniziare a utilizzare IO-Link può essere complicato. La configurazione è solo il primo passo; successivamente dobbiamo capire quali bit leggere o assegnare. Quando il master viene aggiunto al PLC, l’elenco dei tag contiene centinaia di byte che devono essere letti o nei quali è necessario scrivere. Nel prossimo articolo utilizzeremo i fogli dati del produttore per capire cosa significano questi byte e come utilizzarli.