Qué es IO-Link?

La gestión de la comunicación de datos a nivel de entradas y salidas en las máquinas automáticas: esta es la función de IO-Link. Económico, sencillo y eficiente. Con estas premisas, los lectores querrán saber más. Existe abundante documentación acerca del uso de IO-Link para gestionar el tráfico de las entradas/salidas, mientras que es poca la información sobre su uso en el ámbito del control de movimiento. Sin olvidar los límites que presenta en este campo, en este artículo analizamos las aplicaciones de IO-Link precisamente en el control de movimiento.

Cualquier usuario al que le preguntemos cuáles son las características principales de IO-Link contestará invariablemente que es una solución simple, robusta y económica para todo el ciclo de vida de la máquina; que es fácil de integrar, instalar, poner en servicio y utilizar; y además, que facilita el mantenimiento. A esto hay que añadir que IO-Link también es una solución excelente para aplicaciones sencillas de control de movimiento y es precisamente este al aspecto en que vamos a concentrar la atención en este artículo. Pero, ante todo, veamos qué es IO-Link.

No un bus de campo, universal, preparado para la industria 4.0…

De hecho, IO-Link es un estándar definido por el organismo internacional IEC en la norma IEC 61131-9. Este estándar define las especificaciones de una interfaz digital de comunicación punto a punto para sensores y accionadores pequeños (SDCI). Independientemente del controlador (y del protocolo —bus de campo— de comunicación de datos) utilizado en la automatización del sistema, la «parte 9» de la norma IEC 61131 define las especificaciones de una tecnología SDCI única y universal, idónea para aplicaciones que utilizan sensores y accionadores pequeños (de amplio uso en las máquinas). Aunque la organización IO-Link es miembro del consorcio PROFINET, los usuarios no tienen que adaptar necesariamente sus sistemas de sensores/accionadores (conectores, cables, dispositivos de hardware y software) a un determinado protocolo bus de campo. A menudo se dice que IO-Link «es una solución universal interprotocolo» y se adapta a toda arquitectura basada en Modbus, PROFIBUS, EtherNet/IP, AS-I, etc.

El objetivo es claro y sencillo: extender las interfaces digitales de entrada y salida tradicionales hacia una comunicación punto a punto (independientemente del bus de campo adoptado para el PLC).

En su aplicación práctica en el campo, esta tecnología respalda la transmisión bidireccional de datos de proceso, mantenimiento y eventos hasta el dispositivo de medición que trabaja en el punto más interno de la máquina e incluye todos los sensores y los accionadores. Tanto los maestros como los dispositivos adoptan un protocolo especificado con arreglo al modelo de referencia ISO/OSI (nivel físico, nivel de conexión de datos y nivel de aplicación). IO-Link también permite transferir datos de control y parámetros hasta los dispositivos, así como enviar datos de proceso e información de diagnóstico al sistema de automatización de cada uno de los dispositivos.

Desde el punto de vista físico, IO-Link se basa en una tecnología simple, robusta y ampliamente comprobada: la clásica conexión de tres cables usada para los sensores y accionadores normales, sin ningún requisito adicional en términos de cableado. Según sus promotores, se trata de «una evolución ulterior de la tecnología de conexión existente y ampliamente probada de sensores y accionadores». Y no prevé el uso de interfaces y sistemas de comunicación basados en conexiones multipunto o multidrop. Dicho esto, IO-Link se utiliza principalmente para la automatización de fábrica y encuentra amplio uso en sensores y accionadores sencillos, en las aplicaciones que incluyen microcontroladores económicos y de pequeño tamaño.

Dicho de otra forma, una de las ventajas principales de este estándar es que el nivel de sensores y accionadores (entradas y salidas) puede permanecer inalterado, independientemente del controlador de nivel superior de la máquina y/o del controlador de todo el sistema de automatización. Esto permite acortar las fases de diseño e ingeniería, reducir las existencias en almacén de recambios y componentes de reparación, disminuir los problemas y garantizar mayor tranquilidad. En efecto, este estándar es universal y se adapta a diversas aplicaciones.

Como afirman algunos usuarios: «IO-Link está revolucionando las comunicaciones a nivel de campo». Pone a disposición los datos de todos los niveles de máquina y de todo el sistema, acorde con las estrategias de la industria 4.0. Como está preparado para la industria 4.0, este estándar ofrece actualmente (y sin duda alguna lo hará en el futuro) el potencial necesario para implementar funciones de máquina mejoradas e incluso totalmente nuevas. El futuro de IO-Link ya prevé tecnologías de producción mejores y más económicas. Más concretamente, este estándar permite realizar inversiones a largo plazo con garantía.

Económico, fácil de integrar, implementar y usar, mayor facilidad de diagnóstico y mantenimiento

La relación coste/beneficio de IO-Link es positiva. Antes incluso de aplicarse en el campo como solución física y concreta, ayuda a acortar la fase de ingeniería y a reducir el tiempo necesario para los estudios proyectivos y la fase de preparación para la puesta en servicio. Posteriormente, in situ, la puesta en servicio requiere menos tiempo. Como adelantábamos, IO-Link utiliza cables estándares y contribuye a reducir las existencias de recambios en el almacén, gracias a dispositivos multifunción inteligentes.

Además, IO-Link simplifica el diagnóstico de la red de sensores y accionadores, así como la organización de las operaciones de mantenimiento. Las funciones de diagnóstico ampliadas permiten realizar la diagnosis de forma remota hasta el nivel de los dispositivos en el campo, para detectar la rotura de cables y analizar dispositivos específicos. Por su sencillez y robustez, así como por su facilidad y rapidez de mantenimiento y de reparación, IO-Link contribuye a aumentar el tiempo de funcionamiento activo de los sistemas de máquinas. Sin intención de profundizar demasiado en este aspecto, cabe decir que cada dispositivo en el campo se describe mediante un archivo IODD (IO Device Description) que contiene información como, por ejemplo, el fabricante del dispositivo, el número del modelo, el número de serie y el tipo de dispositivo, además de los parámetros relacionados con la aplicación. Los valores de estos parámetros se pueden modificar a distancia (mediante el maestro), con el fin de adaptar la máquina en modo remoto y en línea para el siguiente lote de producción. Del mismo modo, aunque los parámetros de una conexión residen en el maestro (hardware), es posible restablecerlos, ajustarlos y modificarlos de forma dinámica durante el proceso de producción. Además, si por la razón que sea es necesario sustituir una unidad maestra, basta con realizar solo la preconfiguración (en la oficina o el taller) y la sustitución (en el campo). En esos casos, no es más que una «sustitución mecánica» que se realiza en la unidad de control de la máquina. Genial, ¿verdad? Y fácil también.

Resumiendo, IO-Link se orienta hacia la automatización de fábricas y máquinas. Los conceptos innovadores de «máquina» en los que se basa IO-Link garantizan una instalación más sencilla. Estandariza interfaces y sistemas de cableado (paralelos, analógicos, digitales) en un solo tipo y los conceptos de máquina modular son intrínsecamente compatibles. Los módulos de las funciones y el respaldo proporcionado por las herramientas permiten realizar una configuración extremadamente automatizada de los parámetros. Por consiguiente, el diseño, la puesta en servicio y el mantenimiento resultan más rápidos y sencillos.

Todas estas simplificaciones, naturalmente, se traducen en una reducción de la documentación y los costes de formación.

Motion Control

Para las aplicaciones de E/S comunes, existe gran cantidad de información, pero esta se reduce muchísimo cuando se trata de aplicaciones de control de movimiento.

Desde el punto de vista de los autores de documentación técnica, el control de movimiento despierta gran interés por lo que respecta a las aplicaciones de control del movimiento avanzado que gestionan velocidades altas y/o posicionamientos cíclicos, o bien aplicaciones que normalmente requieren numerosos cálculos de interpolación y/o aplicaciones que utilizan engranajes y/o levas eléctricas.

Por otra parte, aunque los fabricantes y proveedores de sistemas de control de movimiento pueden ofrecer estas aplicaciones complejas, muchos usuarios simplemente quieren aplicaciones fáciles de diseñar. Dado que IO-Link es compatible solo con ciclos de automatización bastante lentos, puede responder perfectamente a esta necesidad.

En dichas aplicaciones, los sensores miden y controlan valores y parámetros de proceso, tales como ángulos, distancias, frecuencias e impulsos, niveles, posiciones, presiones, recuentos de rotación o deslizamiento, velocidades lineales o de rotación, temperaturas, etc.

Los intervalos y umbrales de medición deben configurarse de forma variable en función de diferentes lotes de producción. Antes, estas modificaciones se realizaban generalmente de forma manual (con el consiguiente riesgo de errores humanos y de tener que corregirlos); ahora, con IO-Link es posible configurarlas de forma remota. El maestro IO-Link es capaz de reconocer los sensores, los accionadores y las pantallas que están conectados. Antes de poner en marcha la producción, controla los parámetros de configuración de todos los dispositivos. A pesar de no ser complejas en términos de velocidad o interpolación, muchas aplicaciones de control de movimiento utilizan numerosos parámetros. En este caso, la configuración dinámica de la aplicación constituye una auténtica ventaja.

El mercado global de las máquinas está sometido a dura prueba. ¡La competencia es intensa! En este contexto, el jurado son... ¡los usuarios! Estos se orientan hacia estas soluciones pensando en la fiabilidad de sus máquinas y pretenden que sus máquinas amorticen rápidamente la inversión.