Vom Sensor direkt zur intelligenten Entscheidung
Moderne Automatisierungsanlagen produzieren mehr Sensordaten als je zuvor, doch der Weg zur übergeordneten Steuerung ist oft der Flaschenhals. Das IO-Link Aggregator Device von TEConcept löst dieses Problem, indem es Signalverarbeitung, Datenfusion und einfache Steuerlogik direkt im Feld ausführt, bevor ein einziges Byte die PLC erreicht.
IO-Link – kurz erklärt:
IO-Link (IEC 61131-9) ist ein international standardisiertes Kommunikationsprotokoll für die unterste Ebene der Automatisierungspyramide: die Verbindung zwischen einer Steuerung (SPS/PLC) und einzelnen Sensoren oder Aktoren im Feld. Einfach gesagt: IO-Link ersetzt analoge 4–20-mA-Signale durch eine digitale, bidirektionale Punkt-zu-Punkt-Verbindung – über handelsübliche dreiadrige Standardkabel bis maximal 20 Meter Länge.
Ein IO-Link Master ist dabei die Schnittstelle zur übergeordneten SPS. Er stellt mehrere Ports bereit, an die jeweils ein IO-Link Device angeschlossen wird – zum Beispiel ein Drucksensor, eine Lichtschranke oder ein Temperaturfühler. Der Master fragt die Devices zyklisch ab und leitet die Prozessdaten (PD) an die SPS weiter. Die SPS sieht dabei fertige Messwerte – keine Rohsignale, keine manuelle Umrechnung.
Der entscheidende Vorteil gegenüber klassischer Analogtechnik: Jeder IO-Link-Sensor überträgt nicht nur seinen Messwert, sondern auch Geräteidentifikation, Diagnoseinformationen und konfigurierbare Parameter – alles digital, störungsresistent und ohne aufwändige Signalverdrahtung. Die sogenannte IODD (IO Device Description) ist dabei eine herstellerneutrale XML-Datei, die genau beschreibt, welche Daten ein Device liefert – vergleichbar mit einem Gerätetreiber, der automatisch die Kommunikation einrichtet.
IO-Link Device
Sensor oder Aktor mit IO-Link-Schnittstelle. Liefert digitale Messwerte und kann per Software parametriert werden, z. B. Schaltpunkt, Messbereich oder Diagnoseintervall.
IO-Link Master
Verwaltet typisch 4–8 Ports, fragt die angeschlossenen Devices zyklisch ab und übergibt die Prozessdaten an die SPS oder ein Cloud-Gateway.
IODD (Gerätebeschreibung)
Standardisierte XML-Datei pro Sensortyp. Beschreibt Datenstruktur, Parameter und Diagnosen, ermöglicht herstellerübergreifende Integration ohne manuelle Konfiguration.
Architektur auf einen Blick
Das Aggregator Device nimmt aus Sicht des IO-Link Masters eine einfache Rolle ein: Es verhält sich nach außen wie ein ganz normales IO-Link Device, meldet sich mit einer eigenen IODD an und liefert strukturierte Prozessdaten. Was innen passiert, ist die eigentliche Innovation: Das Device betreibt gleichzeitig vier eigene IO-Link-Master-Ports, an denen beliebige Sensoren angeschlossen werden können. Die Messwerte dieser vier Sensoren werden nicht einfach durchgereicht, sondern intern verknüpft, gefiltert und aufbereitet, bevor ausschließlich vorverarbeitete, relevante Informationen an den übergeordneten Master weitergehen.
Das Aggregator Device sitzt damit zwischen den Sensoren und dem eigentlichen IO-Link Master und übernimmt die Rolle einer feldnahen Mini-SPS, konfigurierbar ohne Programmierkenntnisse, direkt in der Anlage. Reaktionszeiten im Mikrosekundenbereich sind möglich, weil keine Daten erst den langen Weg zur SPS und zurück nehmen müssen.
4-in-1 IO-Link Device-Hub
Ein normaler IO-Link Master hat pro Port genau einen Sensor. Das Aggregator Device belegt beim Master ebenfalls nur einen Port – stellt intern aber vier vollwertige IO-Link-Master-Ports zur Verfügung. Vier Sensoren, ein Kabelanschluss zur SPS.
Echtzeitfähige Logikverknüpfung
IO-Link-Daten müssen normalerweise erst zur SPS, dort verarbeitet werden und dann zurück ins Feld. Dieser Zyklus dauert mindestens 10 ms. Das Aggregator Device verknüpft Sensordaten lokal in unter 1 ms, ideal für zeitkritische Abschaltungen oder Regelungen.
Digitale Vorverarbeitung & Signalaufbereitung für KI
Standardsensoren liefern rohe Messwerte – verrauscht und ohne Kontext. Die interne CLA (Configurable Logic Adapter) des Aggregator Devices filtert, transformiert und analysiert diese Signale direkt im Device, zum Beispiel: DC-Notch, Tiefpass, Hilbert-Transformation und eine FFT zur Frequenzanalyse. Neben vorab definierten default-Funktionsblöcken, lassen sich auch neue Vorverarbeitungsblöcke definieren.
Konfiguration ohne Programmierung
Die Verarbeitungslogik wird über eine grafische PC-Applikation zusammengestellt, ähnlich wie das Verbinden von Bausteinen in einem Flussdiagramm. Die fertige Konfiguration wird per BLOB-Transfer (ein im IO-Link Standard definierter Mechanismus für größere Datenpakete) auf das Device geladen. Es wird weder ein Firmware-Update noch programmierter C-Code, benötigt.
Use Case: Zustandsüberwachung eines Drehtisches
Ein kompakter Drehtisch in einer Montageanlage soll kontinuierlich auf Unwuchten und Lagerabnutzung überwacht werden – ohne teure Zusatz-Sensorik oder Änderungen an der SPS-Programmierung.
- Rohsignal erfassen: Ein einfacher IO-Link-Distanzsensor (z. B. SICK DT35) misst kontinuierlich mit 2,5 ms Zykluszeit die Oberfläche des rotierenden Tellers.
- Drehzahl synchronisieren: Ein zweiter Port liest den Drehwinkel eines Signalgebers. Das Aggregator Device korreliert beide Signale in Echtzeit.
- Rauschen eliminieren: DC-Anteil werden per Hochpass-Filter und die und Netzfrequenz über einen Notch-Filter herausgefiltert. Ein Tiefpassfilter glättet das verbleibende Signal.
- Spektrum berechnen: Eine 256-Punkt-FFT erzeugt in ca. 1 Sekunde das vollständige Frequenzspektrum des Drehtisches, charakteristische Schwingungslinien werden sichtbar.
- Komprimiert weitermelden: Statt Tausender Rohwerte überträgt das Aggregator Device nur die relevanten Spektrallinien an die PLC, zur Alarmauswertung und/oder in die Cloud zur Trendanalyse und Predictive Maintenance.
Signalverarbeitungs-Pipeline im Detail
Die interne CLA (Configurable Logic Adapter) des Aggregator Devices verkettet Verarbeitungsblöcke wie Bausteine einer Signalkette. Jeder Block ist durch ein standardisiertes Descriptor-File beschrieben und kann durch eigene Blöcke erweitert werden, das System ist offen und nicht auf die mitgelieferten Algorithmen beschränkt:
Parallel dazu synchronisiert der zweite Sensorport (Drehwinkel-Signal) über einen CORDIC-Block die Spektralanalyse mit der tatsächlichen Rotationsposition. CORDIC ist ein recheneffizienter Algorithmus zur Berechnung von Winkelfunktionen (sin/cos) ohne Gleitkommaeinheit, ideal für eingebettete Hardware mit begrenzter Rechenleistung. Das Ergebnis: Die FFT-Spektrallinien werden exakt der Drehlage zugeordnet. Ein Verfahren, das bislang spezieller Messtechnik oder aufwändiger SPS-Programmierung bedurfte, hier läuft es automatisch im Aggregator Device.
"Aus einem Standard-Distanzsensor wird ein vollwertiges Condition-Monitoring-System – ohne neue Hardware."
Aggregator Device vs. klassische Ansätze
| Kriterium | Klassisch (SPS) | Mit Aggregator Device |
|---|---|---|
| Reaktionszeit | Abhängig vom SPS-Zyklus (≥ 10 ms) | Direkt im Device (µs–ms) |
| Datenmenge zur PLC | Rohdaten aller Sensoren | Nur vorverarbeitete Kenngrößen |
| SPS-Programmieraufwand | Hoch (Filterlogik, FFT, etc.) | Keine SPS-Änderungen nötig |
| Hardware-Ports am Master | 1 Port pro Sensor | 4 Sensoren an "einem" Port |
| Condition Monitoring | Zusätzliche Messtechnik nötig | Integriert, ohne Mehrkosten |
| Cloud-Fähigkeit | Komplexe Middleware | Direkt via IO-Link → Gateway |
Weitere Anwendungsszenarien
Das Aggregator Device ist kein Nischenwerkzeug, sein Prinzip lässt sich überall dort einsetzen, wo mehrere IO-Link-Sensoren zusammen mehr verraten als jeder für sich:
Förderbandüberwachung
Mehrere IO-Link-Lichtschranken und ein Vibrationssensor liefern gemeinsam Informationen über Bandlauf, Füllstand und Lagergesundheit, der Aggregator Device fasst alle vier IO-Link-Kanäle zu einem einzigen Statuswert zusammen, den die SPS direkt auswertet.
Roboter-Endeffektoren
Kraft-, Druck- und Positionssensoren am Greifer kommunizieren über IO-Link. Das Aggregator Device fusioniert ihre Prozessdaten zu einer kompakten Greif-Kraft-Rückmeldung – ohne dass die Robotersteuerung jeden Sensor einzeln abfragen muss.
Prozessüberwachung Fluid
IO-Link-Druck-, Temperatur- und Durchflusssensoren werden direkt im Aggregator Device logisch verknüpft. Grenzwertverletzungen lösen lokale Abschaltaktionen in unter 1 ms aus, ohne auf den SPS-Zyklus warten zu müssen.
Antrieb & Spindel
Winkel, Drehzahl und Vibration werden per IO-Link erfasst und zu Verschleißkennzahlen verdichtet. Die komprimierten Werte werden über den IO-Link Master zyklisch an das MES übertragen, Rohdaten bleiben im Device.
Ihr Produkt. Ihr Name. Unsere Technologie.
Das IO-Link Aggregator Device vermarktet TEConcept nicht als eigenes Endprodukt, sondern als vollständigen Technology Blueprint für Hersteller, Systemintegratoren und OEMs, die das Prinzip in ihre eigene Produktlinie integrieren möchten.
Der Blueprint umfasst das vollständige Hardware-Design, die Firmware sowie die PC-Konfigurationsapplikation. Kunden erhalten damit alles, was sie benötigen, um das Aggregator Device unter ihrem eigenen Markennamen zu entwickeln, zu produzieren und zu vertreiben, inklusive der Möglichkeit, eigene Verarbeitungsblöcke zu ergänzen und die Lösung an spezifische Applikationen anzupassen.
White-Label-fähig · Sofort einsatzbereit
TEConcept übernimmt die technologische Grundlagenarbeit, Sie konzentrieren sich auf Ihr Kerngeschäft und Ihre Kundenbeziehungen. Das patentierte Prinzip wird Ihnen im Rahmen einer individuellen Vereinbarung zur kommerziellen Nutzung überlassen.
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