IO-Link ontwaakt

In Essen bouwde ifm onlangs een logistiek centrum van waaruit zij de hele wereld beleveren. Hart van de logistieke operatie is ADAPTO, een innovatieve ‘kubus van magazijnstellingen’, autonome robotkarretjes en liften. Een mooie achtergrond voor een onderliggend verhaal. Net zo belangrijk als de robotjes is namelijk de zeer gestroomlijnde datacommunicatie. Ifm doet dat met IO-link. En ook dat zit, net als autonome karretjes, flink in de lift. 

IO-Link bestaat al zo’n lange tijd dat het journaille er enigszins sceptisch over begon te worden. De eerste specificaties stammen namelijk al uit 2009, de eerste ideeën zijn nog ouder. Destijds werd IO-Link gepresenteerd als dé vernieuwende technologie om de laatste meters tot aan de sensor te digitaliseren en zo met de sensor te kunnen communiceren. Met IO-link konden niet alleen de meetwaarden aan de besturing worden doorgegeven, ook kon men de status van de sensor zelf uitlezen of hem op afstand instellen. Nu kon dat al wel middels bustechnologieën als AS-i, maar omdat IO-Link een point-to-point verbinding is kon het nu over grote lengtes gewoon via de standaard afgeschermde sensorkabel. Toch duurde het nog een hele tijd voordat de eerste IO-Link cases zich voordeden. Sensorproducenten als ifm stopten de technologie er wel standaard in, maar er waren maar weinig IO-Link master modules beschikbaar en ook de besturingsleveranciers lieten het links liggen. Daar lijkt nu toch verandering in te komen. Ja er is nog steeds een grote push vanuit de markt, maar ook een toenemende vraag van leveranciers. Er zijn masters in overvloed, ook actuatoren als grijpers worden er mee uitgerust en er komt zelfs safety over IO-Link. Grote aanjager? Industrie 4.0 en een niet te stillen honger naar data. En wat heeft IO-Link hier mee te maken? Er staan al zo’n 5 miljoen IO-Link apparaten in het veld, klaar om wakker gemaakt te worden. Volgens eigen zeggen komen er hiervan ruim 3 miljoen uit de fabriek van ifm. Geen wonder dat ifm hier nu vol op inzet met een eigen cloudoplossing en iets wat het Y-weg noemt om al haar ‘schone slaapsters’ tot leven te wekken.

Goed gepositioneerd

Of dat het ifm tien jaar geleden precies voorzag welke rol voor IO-Link anno 2017 zou kunnen spelen zegt hij niet. Maar goed gepositioneerd voor 4.0, dat is ifm volgens ceo Michael Marhofer zeker. “Voor de conservatieve producent is 4.0 oude wijn in nieuwe zakken. De pragmatist ziet dat hij met innovatieve communicatietechnologie hedendaagse problemen beter kan oplossen. Enkele voor de troepen uit lopende producenten zien een revolutie die volledig nieuwe businessmodellen brengt. Volgens ons is voor alle drie de perspectieven wat te zeggen. Nieuw is alles zeker niet. Zelf rusten we onze sensoren al sinds 2012 uit met IO-Link of Ethernet. Hierdoor zijn ze al een aardig poosje - ook de omvangrijke installed base - klaar voor industrie 4.0. Maar digitalisering brengt wel degelijk grote veranderingen die een vernieuwende aanpak vergen. Zo wordt software steeds belangrijker. In de afgelopen 5 jaar hebben we daarom diverse specialistische softwarebedrijven overgenomen met gezamenlijk zo’n 175 medewerkers. In 2017 en 2018 zullen er zeker nog een aantal volgen, zodat we echt een robuust geïntegreerde totaaloplossing - dus van sensor tot aan ERP - kunnen bieden met al onze hardware en software.”

 

Cloud voor Dark Data

Een van die softwarebedrijven is TiSC, met Dr. Myriam Jahn als roerganger. Al die wakker wordende sensoren is volgens haar fantastisch, maar ook knap lastig. Jahn: “In de productie worden door machines echt enorme hoeveelheden gegevens geproduceerd. Maar 95% hiervan is zogenoemde ‘Dark Data’, waarvan te weinig bekend is om waardevol te zijn, of zelfs een blok aan het been kan worden. Uit verschillende onderzoeken onder zowel IT-specialisten als productie-experts zegt 94 procent dat de integratie van automatisering en IT de onderneming overbelast, en 74 procent dat de kosten van dataoverdracht en opslag onderschat worden. 90 procent vindt een efficiëntere gegevensuitwisseling het belangrijkste aspect van 4.0 en 84 procent denkt dat de sleutel ligt in het beter verbinden van de machine met ERP.” Door de enorme omvang is de cloud volgens Jahn onontbeerlijk voor het oplossen van het ‘Dark Data’-probleem. En juist omdat dit zo belangrijk is, heeft het bedrijf er voor gekozen een eigen oplossing te ontwikkelen: ifm Cloud. Ze snapt best dat sommige klanten de cloud eng vinden. Zorgen over cybersecurity en gegevenseigendom zijn terecht en verdienen veel aandacht. Maar ze belooft tegelijkertijd dat vertrouwen in ifm Cloud niet beschaamd zal worden. “Natuurlijk geldt voor ifm Cloud dezelfde kwalitatieve 24/7 support die men van ifm gewend is. Daarnaast worden de veiligheid door SAP en Duitse regelgeving gegarandeerd en worden bedrijfszekerheid en flexibiliteit gewaarborgd door bewezen technologieën als Cloud Foundry, e2e-encryptie, Whispernet (voor GSM) en natuurlijk IO-Link.” Hoe ifm Cloud er concreet uitziet hangt af van welke applicaties je gebruikt. Er is LR SmartObserver, wat ifm ‘het Facebook voor sensoren’ noemt en feitelijk een dashboard is voor het omzetten van ‘dark data’ in smart data. Ook is er LR Device, een remote services app die uiteraard met SAP gekoppeld is om naadloos ook reserveonderdelen te kunnen bestellen.

 

Splitsen aan de bron

Eenmaal klaar om de donkere databerg via de cloud het hoofd te bieden, wordt het tijd de sensoren wakker te maken. Niet allemaal tegelijk, maar wel degene waarvoor de businesscase dat rechtvaardigt. Omdat je na het ‘wakker’ maken niet zomaar allemaal extra data een bestaande besturing in wilt schieten heeft ifm de zogenoemde ‘Y-weg’-master bedacht. Deze splitst de sensordata in een ‘origineel-deel voor de besturing en een additioneel deel voor de cloud. Peter Wienzek, Manager Business Development Systems, legt het uit. “Het kiezen voor een Y-splitsing in de communicatie heeft verschillende redenen. Op de eerste plaats wil je in bestaande situaties niet de software van de PLC aanpassen, op het moment dat ervoor kiest enkele sensoren ‘wakker te maken’. Liever laat je bestaande infrastructuur intact en plaats je er alleen een IO-Link gateway of master tussen die alle extra data zonder omwegen rechtstreeks naar de cloud stuurt voor verdere interpretatie. Maar ook voor nieuwe situaties is het vaak beter een Y-weg toe te passen. Al die extra data naar de PLC sturen kost namelijk flink aan performance, wat voor tijd kritische processen helemaal niet handig is. Ter vergelijking: worden voor de pure meetwaarde slechts 2 bytes per tijdseenheid naar de PLC verstuurd, bij alles erop en eraan praat je al snel over 200 bytes per sensor. Nu is dat voor 1 sensor misschien nog wel te behappen. Maar met een toename van het aantal sensoren stijgen daarmee ook de verwerkingsproblemen van de PLC.” Hart van de Y-weg-master wordt gevormd door de embedded LR Agent, waarbij LR staat voor Line Recorder. Wienzek: “Onze Line Record is eigenlijk een framework voor verticale en horizontale integratie en naar onze mening de ideale IoT connector. Als embedded Agent kent hij meer dat 100 interfaces en praat hij met alle veelvoorkomende PLCs (Siemens S7 en S5, Beckhoff, Rockwell, Omron en OPC UA), numerieke besturingen (Siemens, Fanuc) databases (MS SQL, Oracle, ODBC, HANA), Sensoren (IO-Link, Asi, TCP IP), en diverse ERP, diagnose en onderhoudssoftwarepakketten. Dus wat voor sensor je ook wilt wakker maken of installeren en welk Y-stukje je hiervoor ook nodig hebt, je bent binnen de kortste keren online.”

 

IO-link opent ogen

Zijn naam waardig is het aan de Nederlandse Edwin Slot de afsluitende ifm-conclusies te trekken en deze aan de hand van enkele voorbeelden toe te lichten. Hij begint met enkele getallen. De 3,3 miljoen IO-link apparaten die alleen ifm al ‘in het veld heeft’. Daarmee kunnen volgens Slot in potentie 20 terabytes per machine per jaar aan waardevolle gegevens gegenereerd worden, als ze hun ogen openen. Maar er zijn volgens Slot nog veel meer redenen waarom IO-Link in de praktijk zo’n goede enabler is voor 4.0-projecten. “IO-Link is echt superflexibel en eenvoudig te installeren. Of dat het nu 25 mA, 10 Volt, 20 of 100 meter is, het met het ene of andere systeem moet communiceren, voor de installateur, die bovendien geen dure afgeschermde kabel hoeft te gebruiken, maakt het allemaal niets uit. Wat dat betreft is IO-Link onbetwist de eenvoudigste oplossing voor de digitalisering van de laatste meters naar de sensor. Maar IO-Link heef nog veel meer voordelen. Zo worden sensoren, actuatoren en mastermodules met IO-Link automatisch in een netwerk herkend, inclusief status en diagnose-informatie. IO-testen in het veld hoeft dus niet meer. Bovendien kunnen ze op afstand of automatisch worden geparametriseerd, wat het uitwisselen of aanpassen van sensoren veel gemakkelijker maakt. Bepaalde parameters kunnen bovendien worden beveiligd, zodat alleen de daarvoor gekwalificeerde mensen de toegewezen instellingen mogen aanpassen. En natuurlijk wordt ook het hele kalibratieproces veel eenvoudiger, aangezien alle meetwaarden en events inclusief tijdstempel worden gelogd en gedocumenteerd.”
Wat dit soort zaken in de praktijk betekenen? Slot weet wel een mooi Nederlands voorbeeld uit de zuivelproductie. “Bij de productie van melk en yoghurt is de temperatuur een belangrijke parameter. Sensoren worden daarom dubbel uitgevoerd voor extra zekerheid: zowel ptc- als ntc-sensoren worden toegepast. Deze dienen 1 of 2 keer per jaar gekalibreerd worden. Een kostbare aangelegenheid, omdat na het eruit halen en weer terugplaatsen alles grondig gespoeld en gereinigd moet worden voordat het weer mag worden opgestart. Maar wanneer je IO-link toepast en de meetwaarden van beide sensoren in de tijd logt, dan kan je sensordrift op basis van die getallen ook zonder kalibratie uitsluiten. Dat scheelt niet alleen stilstandskosten, maar ook onnodig afval en reinigingskosten.” Potentiele IO-Link businesscases zijn er volgens Slot genoeg. En naast het wakker maken van de sensoren, opent hij ook maar wat graag de ogen van de gebruiker.

3D puzzelen met robots

Ifm gebruikt IO-Link natuurlijk ook zelf. In het samen met Vanderlande (sinds kort Toyota) ontwikkelde ADAPTO-systeem bijvoorbeeld. Dit vernuftige logistieke systeem heeft nog het meeste weg van een grote 3D-puzzel waarin robotkarretjes de juiste dozen met producten naar de ‘pickers’ (nog steeds mensenwerk, aangezien binpicking toch nog te foutgevoelig blijkt) brengen en ze vervolgens weer terugzetten. Het bepalen wie welke doos ophaalt en welke route het meest handig is, dat bepalen de robots zelf. Ze praten onderling, hebben gps aan boord en weten zelf het beste of hun batterij nog vol genoeg is en of de liften - die zich aan de uiteinden van de enorme kubusvormige stellingkast bevinden - bezet zijn of niet. Welke doos er waar naartoe gebracht moet worden? Die informatie krijgen ze vanuit SAP. Hierin wordt aan het begin van de dag ook aangegeven, welke producten er vaak in orders voorkomen, zodat veelgebruikte dozen netjes vooraan liggen.
Ifm heeft voor ADAPTO gekozen omdat het systeem relatief weinig plek in neemt, weinig energie verbruikt en zeer flexibel en schaalbaar is. In totaal zijn er momenteel 25.280 stellingplaatsen waarin 25 shuttels 10 verpakkingsplekken van de juiste spullen voorzien, wat goed is voor de afhandeling van zo’n 800 orders per uur. Maar er is op de bestaande locatie genoeg plek deze capaciteit zonder ingrijpende aanpassingen te verdubbelen. Overigens heeft Vanderlande veel ifm spullen gebruikt, die inmiddels tot ADAPTO-standaard zijn verheven. De vergaande integratie met het SAP Extended Warehouse Management systeem is vooralsnog uniek in de wereld.