IO-Link: Cada vez más aplicaciones

IO-Link: Cada vez más aplicaciones

 

Desde almacenamiento de parámetros hasta tener diagnósticos detallados, las características avanzadas y la funcionalidad de IO-Link han generado un gran optimismo. Sin embargo, también han dado lugar a un concepto equivocado bastante común de que sus capacidades avanzadas son la única razón para implementar esta tecnología.

El principal objetivo de IO-Link es mejorar las capacidades de comunicación de sensores o dispositivos a nivel de campo por medio de una interface estandarizada. Este objetivo es importante no sólo en instalaciones u operaciones complejas, sino también en aplicaciones más sencillas, que se pueden encontrar en numerosos sistemas automatizados.

Normalmente, IO-Link es implementado para mejorar funciones esenciales, tales como procesamiento de datos, pero también permite alcanzar una mayor densidad de E/Ss, estandarizar la tecnología de interface y mejorar prestaciones en comparación con los sistemas tradicionales de E/Ss.

Si bien ahora es posible implementar esta tecnología en los más modernos sistemas automatizados de control, no todas las aplicaciones son ideales para esta solución, de modo que es importante comprender claramente sus capacidades y también sus limitaciones.

 

IO-Link

IO-Link es un protocolo de comunicación punto a punto entre un dispositivo de campo, por ejemplo sensor, actuador o hub de E/Ss, y un maestro IO-Link. Por lo general, los datos son transmitidos desde el dispositivo maestro IO-Link a través de un protocolo de comunicación fieldbus de mayor nivel (Ethernet industrial o fieldbus serie) a un PLC o computadora industrial.

IO-Link es independiente del fabricante y del fieldbus, lo que facilita su implementación con una gran variedad de protocolos de fieldbus de mayor nivel y plataformas de productos. Esto significa una gran ventaja, ya que permite estandarizar en una sola interface de sensores, facilitando la integración uniforme de un gran número de dispositivos a nivel de campo. IO-Link se convierte en una herramienta unificada para configurar dispositivos sensores complejos y/o simplemente comunicar datos de vuelta al PLC.

IO-Link también permite reducir costos en cableado y conectores especiales, ya que los datos de proceso son transmitidos digitalmente.

En los sistemas analógicos, los componentes de conectividad deben ser robustos para eliminar interferencia. En cambio, IO-Link está estandarizado y utiliza cables M12 de 3 conductores sin blindaje de bajo costo, lo que facilita su integración en un sistema de mayor tamaño, ya que un solo tipo de cordset puede reemplazar varios cables analógicos y propietarios. Su ventaja económica crece con la complejidad de un sistema, especialmente en aplicaciones con una alta densidad de E/Ss.

Otra ventaja importante de IO-Link es el comisionamiento y el reemplazo simplificados de dispositivos complejos de E/S. Los datos de configuración y parámetros de los dispositivos IO-Link pueden ser visualizados, cambiados y almacenados mediante herramientas de configuración de software simples de usar o directamente a través del PLC. Esto reduce la configuración manual, que insume mucho trabajo, y garantiza que, en todo momento, se programan los parámetros correctos en los dispositivos.

Por su parte, la función de almacenamiento de parámetros del maestro IO-link simplifica aún más la configuración de nuevos dispositivos durante un cambio, ya que lleva automáticamente los datos de parámetros almacenados al dispositivo recién conectado.

También se puede recurrir a IO-Link para mejorar la calidad de los datos.

Como interface de comunicación digital universal, IO-Link representa lo que tradicionalmente podría transferirse como datos analógicos o discretos. En los sistemas analógicos, los datos recolectados a nivel de sensor deben atravesar por múltiples conversiones analógico a digital antes de llegar al PLC. IO-Link reduce el número de conversiones a una en el mismo sensor, limitando así las pérdidas de exactitud.

 

IO-Link: Cada vez más aplicaciones
Con su interface IO-Link, los sensores capacitivos serie BCT de Turck ofrecen, además de parámetros, información de diagnóstico.

 

Funciones avanzadas de IO-Link

Las funciones avanzadas incluyen almacenamiento de parámetros, verificación de dispositivos, diagnósticos avanzados de sensores, acceso acíclico a parámetros de lectura/escritura y tags específicos a una aplicación.

Estas funciones ofrecen características únicas y conocimientos adicionales en cuanto al estado y la salud de los dispositivos de campo. Sin embargo, se requiere más tiempo y programación para acceder a estas ventajas; por lo tanto, es importante que una empresa esté en condiciones de soportar la complejidad inherente de estas funciones antes de su implementación.

  • Almacenamiento de parámetros – IO-Link almacena parámetros. Cuando un dispositivo de reemplazo se conecta al sistema, IO-Link carga automáticamente los parámetros correctos, lo que facilita la instalación y la programación.
  • Verificación de dispositivos – Cuando se reemplaza un dispositivo, IO-Link puede verificar que el reemplazo sea el producto correcto. Esto es de gran utilidad cuando hay sensores o hubs físicamente similares pero con distintas capacidades. La verificación puede incluir tipo de dispositivo, fabricante o incluso número de serie.
  • Diagnósticos avanzados de sensores – IO-Link permite leer información adicional sobre historial y salud de un sensor en una aplicación. En el caso de un sensor rotativo sin contacto, por ejemplo, los datos pueden ir más allá de las lecturas de posición para detectar una señal debilitada de modo que se pueda programar un mantenimiento preventivo.
  • Acceso acíclico a parámetros de lectura/escritura – Ya que IO-Link es una interface de comunicación digital, ofrece la posibilidad de leer y escribir parámetros desde dispositivos de fieldbus de mayor nivel, tales como PLCs. Esto le da control total del dispositivo IO-Link al controlador de fieldbus.
  • Tags específicos a la aplicación – IO-Link les brinda a los usuarios la capacidad de leer y escribir una tira de valores a un objeto definido con un ‘tag específico a la aplicación" dentro de un dispositivo IO-Link, lo que mejora la identificación de dispositivos dentro de un sistema. Esto resulta de utilidad, por ejemplo, en una aplicación con cambio de herramientas para identificar y verificar el uso de las herramientas correctas.

 

IO-Link como respuesta a desafíos de aplicación

IO-Link se puede utilizar en una amplia gama de aplicaciones de automatización, donde brinda beneficios incluso en la más simple de las implementaciones. Estos beneficios aumentan con la complejidad del sistema de automatización y el número de nodos IO-Link instalados.

La gran cantidad de aplicaciones de IO-Link hace imposible encontrar una solución única para todos, de modo que las aplicaciones que se describen a continuación sirven para identificar los beneficios que puede aportar IO-Link.

 

DESAFIO

Ante necesidades de E/Ss que cambian, las opciones de actualización del PLC pueden resultar inflexibles o limitadas en densidad de E/Ss.

Los puntos de E/S pueden ser costosos a la hora de actualizar o adquirir un PLC. Al implementar nodos fieldbus con un maestro IO-Link, se pueden combinar sensores, actuadores o hubs compatibles con IO-Link según necesidad para conformar sistemas de E/Ss mixtas o de alta densidad sin tener que modificar las capacidades del PLC.

 

DESAFIO

Se debe actualizar un sistema analógico, pero su actualización es demasiado costosa.

Muchos utilizan IO-Link como interface para reemplazar la tecnología ya existente de sensores analógicos. IO-Link genera una señal universal desde lo que tradicionalmente serían sistemas analógicos, serie o discretos, logrando una mayor flexibilidad y ahorros de costo cuando se instalan sensores y maestros IO-Link. La tecnología de microprocesador ofrece una exactitud digital de 16 bits a través de IO-Link, lo que significa una mayor precisión si se compara con la exactitud de 8 a 16 bits de los dispositivos analógicos tradicionales.

Además de una mejor calidad de la señal, IO-Link también ofrece la posibilidad de transmitir simultáneamente información de estado y diagnóstico sin sacrificar la exactitud de los datos. Esto permite extender los diagnósticos hasta el nivel de dispositivos de campo, lo que no se puede lograr usando señales analógicas estándar.

 

DESAFIO

Los costos del sistema suben a causa de una integración complicada de los dispositivos.

Los productos IO-Link simplifican la integración al consolidar señales de sensor, cables y programación. Los sensores analógicos tradicionales tienen distintos pinouts y requieren un cableado diferente en cada aplicación; en cambio, los sensores IO-Link sólo requieren cables M12 estándar de 3 conductores sin blindaje.

IO-Link también puede reducir en gran medida la complejidad del cableado en una aplicación. Por ejemplo, cuando un producto rota por múltiples estaciones, un sensor en cada estación verifica que se haya realizado la acción previa. Para actualizar la aplicación, el usuario puede desplegar sensores IO-Link con acoplamiento inductivo, conectados a un bloque de E/S.

De esta manera, se pueden enviar 16 señales de sensores digitales al PLC usando un solo cable de señal para comunicación.

 

DESAFIO

Las necesidades tecnológicas crecen, pero no hay espacio en la operación.

IO-Link es una tecnología avanzada que puede revelar datos en aplicaciones sin instalar componentes adicionales. Los sensores con IO-Link, por lo general, son físicamente idénticos a los sensores que no lo tienen, gracias al microprocesador incorporado de los sensores, lo que permite reemplazar dispositivos sin necesidad de espacio adicional.

Los dispositivos maestros IO-Link están disponibles en dos formatos, con opciones y flexibilidad que no dependen de los requerimientos físicos de una instalación. Algunos son sistemas de E/Ss en bloque, por lo general con cuatro u ocho puertos maestros. Otros son sistemas de E/Ss modulares, que permiten incorporar un número considerable de puertos maestros IO-Link en un solo nodo de E/Ss remotas.

 

DESAFIO

IO-Link suena como algo grande pero todavía no se está en condiciones de adoptarlo por completo.

A prueba del futuro es una ventaja clave de IO-Link. Muchos dispositivos IO-Link pueden operar con conmutación estándar o dispositivos analógicos cuando están conectados a dispositivos fieldbus de E/Ss estándar.

La ventaja de los dispositivos IO-Link es que su configuración se simplifica usando herramientas de software para leer, escribir o almacenar configuraciones de sensores. Esto puede facilitar la transición de dispositivos de E/S estándar a IO-Link expandiendo su curva de aprendizaje. Además, estos dispositivos pueden ser conmutados para usar IO-Link simplemente conectándolos a un nodo de fieldbus maestro IO-Link.

 

IO-Link: Cada vez más aplicaciones
Sensor de caudal FS+ compacto de Turck con IO-Link. También puede medir continuamente la temperatura del medio. No importa la forma en que está alineada la sonda en la cañería.

 

Limitaciones de IO-Link

Si bien IO-Link ofrece numerosas ventajas en un gran número de aplicaciones industriales, hay situaciones donde las soluciones que ya existen responden mejor.

Por ejemplo, hay aplicaciones autónomas sencillas que quizás no se beneficien tanto de las características de IO-Link. Si la solución que ya está tiene las capacidades de datos y operacionales que el usuario necesita, es probable que no consiga un gran beneficio pasando a IO-Link.

Las aplicaciones que requieren sensores especiales son otro ejemplo, ya que IO-Link todavía no llega a todos los sectores. La solución existente puede llegar a ser mejor si el usuario obtiene los datos que necesita.

Otras dos limitaciones de IO-Link son el tiempo de actualización y el tamaño de los datos de proceso. Con velocidades de actualización de 2,3 ms o más, IO-Link normalmente no es lo suficientemente rápido para aplicaciones de alta velocidad o control de movimiento. La tecnología tampoco puede procesar grandes cantidades de datos ya que los datos de proceso de entrada y salida disponibles están limitados a 32 bytes. Por ejemplo, el volumen de datos de las aplicaciones de RFID muchas veces superan las capacidades de IO-Link incluso sin múltiples operaciones de lectura/escritura y memoria intermedia.

Implementar funciones IO-Link avanzadas a nivel de fieldbus y PLC aumenta la complejidad del sistema y el tiempo de programación. En este caso, los costos de trabajo y componentes pueden llegar a sobrepasar los beneficios que ofrece este nivel de implementación si hay que realizar costosas actualizaciones de sistema para conseguir tan sólo pequeñas ganancias en cuanto a funcionalidad o datos.

Las empresas deberán examinar costos de hardware, costos de reemplazo de dispositivos y el proceso de instalación a la hora de evaluar la posibilidad de pasar a IO-Link.

 

IO-Link: Cada vez más aplicaciones

 

El futuro de IO-Link

IO-Link es una tecnología probada que permite extraer más información de dispositivos de bajo nivel en los entornos de manufactura. Al comunicar datos digitalmente desde sensores de vuelta al PLC, esta tecnología ahorra en costos de cableado y tiempo de integración, además de aumentar la cantidad de E/Ss disponibles.

Hoy en día, cuando el número de dispositivos IO-Link instalados ha llegado a millones en la última década, las nuevas actualizaciones apuntan a liberar más capacidades. Una de las mayores actualizaciones de IO-Link data de 2017, cuando IO-Link Community presentó su especificación para IO-Link Safety.

El nuevo estándar ha abierto la puerta al futuro de IO-Link en las aplicaciones industriales. Nuevos dispositivos de E/S de seguridad comunicarán señales de seguridad directamente sobre IO-Link, lo que llevará las ventajas de IO-Link a los sistemas de seguridad funcional gracias a la posibilidad de instalar hubs de E/Ss de seguridad de alta densidad, simplificar el cableado y permitir la implementación de sensores de seguridad más complejos.

IO-Link también seguirá siendo importante en el mundo de IIoT. A la hora de conectar todas las áreas de una planta en pos de datos en tiempo real, conocimientos y analítica, IO-Link podrá comunicar de manera confiable exactamente lo que ocurre a nivel de dispositivo. Para las empresas, es una manera de prepararse para IIoT…

 

Preparado en base a un documento de Turck. En la Argentina, Aumecon S.A.

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