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Wie IO-Link Ausfallzeiten in der Produktion reduziert

Redakteur: Kristin Rinortner

In modernen Fabriken muss die Sensorik schnell und ferngewartet einstellbar sein, um Ausfallzeiten zu minimieren und die Datenraten zu erhöhen. Maxim hat ein Edge-Design vorgestellt, das die Neukonfiguration von Geräten und die Inbetriebnahme von Sensoren erleichtert.

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IO-Link: Das konfigurierbare IO-Link-Referenzdesign von Maxim reduziert Ausfallzeiten durch Intelligenz an der Edge.
IO-Link: Das konfigurierbare IO-Link-Referenzdesign von Maxim reduziert Ausfallzeiten durch Intelligenz an der Edge.
(Bild: Maxim Integrated)

Als Maxim Integrated im Jahr 2014 mit der Micro PLC die kleinste SPS auf den Markt brachte, stand die Miniaturisierung derselben im Fokus. Miniaturisierung (Grundfläche von 167 cm3) und Energiesparen (30% weniger Energie) waren die Intention beim Nachfolgeprodukt Pocket IO, das 2016 vorgestellt wurde. Im Jahr 2018 folgte mit Go-IO eine Karte, die wieder 10 Mal kleiner als der Vorgänger war und 50% weniger Energie verbrauchte.

Ende Oktober 2020 wartete Maxim schließlich mit Go-IO Gen II auf, einer Software-konfigurierbaren IO-Link-Schnittstelle für die Fabrik- und Gebäudeautomation. Diese ist zwar physikalisch nicht kleiner geworden, integriert aber deutlich mehr Funktionen in sich. In Zukunft will Sui Shieh, Vice President der Business Unit Industrial & Healthcare bei Maxim Integrated, diesen Trend fortführen, da eine Grundfläche von 12 cm3 bereits ziemlich klein sei und die Karte schließlich noch vernünftig handhabbar sein müsse.

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Für Shieh tragen im Wesentlichen vier Elemente dazu bei, die Intelligenz an der Edge zu stärken: Intelligenz im Sensor, Intelligenz im Aktor, Software-konfigurierbare IO-Schnittstellen und eine verbesserte Diagnostik. Dabei spielt die IO-Link-Kommunikation eine maßgebliche Rolle.

Mit dem im Oktober 2020 vorgestellten IO-Link-Referenzdesign MAXREFDES177# demonstriert das Unternehmen die Flexibilität des IO-Link-Transceivers MAX22515, mit dem alle Modi des Software-konfigurierbaren analogen IO Link MAX22000 eingestellt werden können. Das IO-Link-Referenzdesign nutzt den MAX22515 als bidirektionale IO-Link-Schnittstelle und den MAX22000 als universelle analoge E/A-Schnittstelle.

Mit der IO-Link-Schnittstelle kann jeder IO-Link-Sensor, IO-Link-Aktor oder jedes IO-Erweiterungsmodul gegen eine Standard-Hardwareschnittstelle ausgetauscht werden. Sie bietet außerdem per Software definierbare Leistungsparameter und wählbare analoge Eingangs- oder Ausgangs-Leistungsmodi (Eingang 24 Bit, Ausgang 18 Bit).

IO-Link und Software-konfigurierbare E/A-Produkte im Detail

MAX22000: Die analoge E/A-Schnittstelle ist laut Maxim nur etwa halb so groß und bietet eine zweifach geringere Temperaturdrift als Wettbewerbslösungen. Zu den wichtigsten integrierten Funktionen gehören ein analoger 24-Bit-A/D-Wandler am Eingang, ein Spannungs- oder Stromeingang und ein analoger 18-Bit-D/A-Wandler am Ausgang, der als Spannungs- oder Stromausgang konfiguriert werden kann. Der Betrieb erfolgt entweder über eine einzelne zweikanalige Schnittstelle oder einen Vierkanal-Temperatursensor (RTD) bzw. eine Thermoelement-Temperaturmessung.

MAX22515: Der MAX22515 ist der branchenweit kleinste einkanalige IO-Link-Transceiver mit integriertem Überspannungsschutz von +/-1,2 kV/500 Ω. Er zeichnet sich durch integrierte Schutzdioden, einen digitalen Hilfseingang, I2C- oder Pin-Modus-Steuerung, einen integrierten Oszillator und wahlweise 3,3 oder 5-V-LDOs aus, die eine hohe Konfigurierbarkeit bieten. Dadurch reduziert sich die Anzahl der Varianten, die im Lager vorgehalten werden müssen. Der IO-Link-Tranceiver halbiert im Vergleich zum Wettbewerb die Verlustleistung dank des niedrigen C/Q-On-Treiberwiderstandes von 2,2 oder 2,65 Ω und kommt im 2,5 mm x 2,0 mm großen WLP-Gehäuse.

Der Transceiver reduziert den Platzbedarf auf der Platine um bis zu 67% im Vergleich zu Wettbewerbsprodukten, so der Hersteller, und passt in kleine IO-Link-Sensoren oder -Aktoren.

Unser Fazit: Softwarekonfigurierbare E/As und die Fähigkeit, Geräteparameter on-the-fly anzupassen, bieten neue Möglichkeiten zur dynamischen Optimierung der Maschinenleistung und reduzieren die Ausfallzeiten in der Produktion. Die Bausteine MAX22000 und MAX22515 sind auf Energieeffizienz getrimmt und reduzieren im Fall des MAX22515 die Verlustleistung um mehr als die Hälfte. Der MAX22515 bietet mit weniger als 5 mm²-Grundfläche die kleinste Baugröße für einen Einkanal-IO-Link auf dem Markt. Der MAX22000 kommt mit einer Baugröße von 86 mm², auch das ist beachtlich.

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