Digital angebundene Sensoren und andere E/A-Geräte übernehmen eine immer wichtigere Rolle. Sie erkennen ihren eigenen Zustand und nehmen Prozessveränderungen wahr, wichtige Voraussetzung für Predictive Maintenance und höhere Verfügbarkeiten von Maschinen. Denn mit diesen Daten können Anwender beispielsweise Fehler erkennen, bevor sie Schäden anrichten. Gleichzeitig steigen Sensordichte und Datenmenge der Sensoren im Maschinenbau stark an. Um die SPS-Steuerung nicht mit einer Flut von Daten zu überschwemmen, werden die nicht für den unmittelbaren Prozess notwendigen Daten parallel an PCs, an Edge Systeme vor Ort oder in die Cloud gesendet. Dazu sind physische Schnittstellen und standardisierte Protokolle notwendig. Hier treten aktuell vier Systeme gegeneinander an.
„Unser Alleinstellungsmerkmal ist sicher die einfache Verbindung über das Piercing, mit zwei Dornen in das ASi-Flachkabel an jeder beliebigen Stelle zu jeder beliebigen Zeit, sagt Tilman Schinke, Market Manager bei der Nutzerorganisation AS International Association.
AS-Interface: Steckerlose Montage
Eröffnet hat den Wettbewerb um den einfachsten Anschluss bereits Anfang der 1990er Jahre die Idee des Aktor-Sensor-Interface, kurz AS-Interface oder ASi. „Heute unterstützen mehr als 150 Firmen weltweit AS-Interface“, hebt Tilman Schinke, Market Manager bei der Nutzerorganisation AS International Association hervor. Das ASi-System hat heute eine installierte Basis von 50 Millionen Geräten und wächst schneller als der allgemeine Markt für Automatisierungstechnik. Aktueller Wachstumstreiber sind die asiatischen Märkte, allen voran der aufstrebende Automobilbau in China.
„Unser Alleinstellungsmerkmal ist sicher die einfache Verbindung über das Piercing, mit zwei Dornen in das ASi-Flachkabel an jeder beliebigen Stelle zu jeder beliebigen Zeit“, betont Tilmann Schinke. Auch ermöglicht das System verschiedenen Topologien und Abzweigungen. Ein weiterer Vorteil ist die Sicherheitstechnik ASi Safety at Work. „Sie ist weit verbreitet, weltweit akzeptiert und einfach umzusetzen“, betont der AS International Manager. Zum einen können beispielsweise Türschalter einfacher integriert werden, zum anderen erhöht sie die Flexibilität beispielsweise für Notausschaltungen.
Warum setzen Hersteller auf AS-Interface?
Die ASi-Technologie überträgt im Standard einfache Daten von bis zu 62 angeschlossenen Teilnehmern an den ASi-Master, der als Gateway zu Feldbussen dient. Die Basisleitungslänge eines Systems beträgt bis zu 100 Meter, kann durch Repeater und andere Maßnahmen aber deutlich ausgedehnt werden. Das ASi-System stellt bis zu 8A Leistung bereit, so dass Geräte und Ausgänge bis zu einer gewissen Leistung auch direkt mit Strom versorgt werden können. AS-Interface ist mit seiner universellen Vereinfachung in der Verdrahtung weit verbreitet, beispielsweise in der Fördertechnik, im Maschinenbau oder auch in der Lebensmittelverarbeitung.
Derzeit steht die ASi-5-Technologie in den Startlöchern. Das System bietet eine deutlich erweiterte Bandbreite und kürzere Zykluszeiten, es kann IO-Link Protokolle integrieren und beispielsweise die Signale von bis zu 24 Achsen in 1 ms verarbeiten. Nach eigenen Angaben ist die Technologie abwärtskompatibel mit allen Vorgängerversionen von AS-Interface. ASi-5 soll die Einfachheit beibehalten und das System AS-Interface zukunftsfähig machen.
„Große Konsumgüterhersteller haben bereits gesamte Werke auf IO-Link umgestellt, weil Sie die Vorteile sehr früh erkannt haben", sagt Peter Wienzek, Director Global Business Development bei ifm electronics.
IO-Link sendet Daten parallel an Steuerung und IT
„Mit IO-Link können Anwender Sensoren auf der untersten Feldebene intelligent hinzufügen, ohne ins Steuerungssystem eingreifen zu müssen“, erläutert Peter Wienzek, Director Global Business Development bei der ifm electronics gmbh. „Große Konsumgüterhersteller haben bereits gesamte Werke auf IO-Link umgestellt, weil Sie die Vorteile sehr früh erkannt haben.“
Das System besteht aus IO-Link fähigen Aktoren und Sensoren, die über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung am IO Link Master angeschlossen werden. Er bietet Ports für bis zu acht Geräte. Größere Entfernungen werden mit Hilfe von Feldbussen überbrückt. Das Kommunikationsprotokoll ist in der IEC 61131-9 normiert.
IO-Link ist mit allen Feldbussen kompatibel und unterstützt auch IT-geeignete Kommunikation wie MQTT, OPC UA, oder REST. Ein besonderer Vorteil ist die parallele Kommunikation verschiedener Daten über einen IO-Link-Master mit IoT Port. „Über diesen Y-Weg überträgt der Doppelmaster die Prozessdaten an die Steuerung und die IoT Diagnosedaten an höhere Systeme wie Azure- oder AWS-Cloud für Serviceanwendungen“, beschreibt Wienzek.
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IO-Link Wireless deckt 20 Meter Radius ab
IO-Link wächst aktuell sehr schnell und arbeitet eng mit Profibus & PROFINET International zusammen. Eine Neuheit ist IO-Link Wireless. Der Wireless Master wird oberhalb der Maschinen angebracht und kann die Daten von bis zu 40 Teilnehmern in einem Radius von 20 Metern empfangen. Wenn das nicht reicht, wird ein zweiter Wireless-Master installiert. „Unsere Punkt-zu-Punkt-Verbindung funktioniert nicht im Mesh-Betrieb“, erklärt Peter Wienzek. Die Zuordnung zu einem Wireless Master ist immer eindeutig und das Pairing zum Master wird ähnlich wie bei einer Fritz Box per Tastendruck vollzogen. Auch bereits installierte und über IO Link verkabelte Sensoren und Aktoren können über die IO-Link W-Bridge nachträglich kabellos Informationen übertragen.
Ebenfalls in der Hochlaufphase ist das „gelbe Protokoll“, wie Peter Wienzek die Safety Funktionen von IO-Link-nennt. „Der TÜV- Süd ist jetzt auch Mitglied in unserer Nutzerorganisation und bringt und bringt seine Kompetenz bei der Entwicklung und Zertifizierung neuer Geräte ein.“
„Praktisch alle neuen Sensoren, die wir innerhalb der ifm-Unternehmensgruppe auf den Markt bringen, werden standardmäßig mit einer IO-Link-Schnittstelle ausgestattet", sagt Joachim Uffelmann, Technical Manager bei ifm.
Einfache und sichere Verkabelung im Vordergrund
IO-Link und AS-Interface haben eine hohe Akzeptanz bei Sensorherstellern. „Praktisch alle neuen Sensoren, die wir innerhalb der ifm-Unternehmensgruppe auf den Markt bringen, werden standardmäßig mit einer IO-Link-Schnittstelle ausgestattet“, zeigt Joachim Uffelmann, Technical Manager bei ifm auf. Ebenfalls eingesetzt wird bei ifm AS-Interface, an dessen Entwicklung ifm maßgeblich beteiligt war. „Bei beiden Systemen steht die einfache sowie sichere Verkabelung und Installation im Vordergrund“, so der Technical Manager.
Die Investitionen in die beiden Systeme rechnen sich für Joachim Uffelmann. Die Datenmenge, die Sensoren erzeugen und übertragen, ist in den meisten Anwendungen relativ klein. „Hinzu kommt, dass immer mehr Intelligenz direkt in den Sensor integriert wird. Smarte Vision-Sensoren können so parametriert werden, dass beispielsweise eine Erkennung direkt im Sensor geschieht und keine umfangreichen Bilder übertragen werden müssen.“
In der Entwicklungspipeline von ifm sind aktuell Drehzahlwächter und -sensoren, die ebenfalls über eine IO-Link-Schnittstelle verfügen. Damit wird ifm nach eigenen Angaben der erste Hersteller sein, der IO-Link auch in diesem Segment anbieten kann.
„Wir bauen eine Straße, auf der alle Fahrzeuge fahren können, kleine, große, schnelle und langsame", sagt Simon Seereiner, Director of the Board der Single Pair System Alliance.
Single Pair Ethernet: Reines, transparentes Ethernet-Protokoll
Die Ethernet-Kommunikation hat in der Fabrikautomation bei vielen neueren Maschinengenerationen die Feldbusse abgelöst. Single Pair Ethernet, SPE, unterstützt diesen Trend. Eine wesentliche Herausforderung ist dabei gelöst: „Seit Juli 2025 arbeiten die beiden Organisationen Single Pair Ether System Alliance und das SPE Industrial Network zusammen und bringen Technologie mit gemeinsamer Kraft voran“, ist Simon Seereiner, Director of the Board der Single Pair System Alliance, zufrieden.
SPE verbindet Sensoren und anderen Geräte über ein zweiadriges Kabel mit Strom und Ethernet. Bislang war dazu ein vieradriges Kabel notwendig. Damit wird nicht nur weniger Material eingesetzt, auch die Steckergröße verringert sich. „Es geht jetzt nicht darum, wer den schönsten Stecker hat, diese Klippe haben wir überwunden“, gibt er freimütig zu. „Es geht vielmehr darum, ein reines, transparentes Ethernet auf der untersten Feldebene bereitzustellen.“
Er sieht die Aufgabe der Nutzerorganisation darin, das neue Ökosystem für SPE in der Fabrikautomation und darüber hinaus zu voranzutreiben. Die weltweit genormte Ethernet-Kommunikation läuft jetzt durchgängig von der untersten Feldebene bis in die IT. „Wir bauen eine Straße, auf der alle Fahrzeuge fahren können, kleine, große, schnelle langsame“, beschreibt er den Ansatz bildlich.
„Wir werden höchstwahrscheinlich zur SPS 2025 die ersten Vorserienmodell präsentieren und 2026 die Serienproduktion starten. Die Stecker decken M8 und M12 in IP 20 ab und sind Plus/Minus hardwarecodiert", sagt Tim Kindermann, Senior Specialist Single Pair Ethernet bei Phoenix Contact.
Mehr Nachhaltigkeit durch Information
Für Tim Kindermann, Senior Specialist Single Pair Ethernet bei Phoenix Contact, bildet ebenfalls die durchgängige Ethernet-Kommunikation vom Sensor bis in die Cloud ohne Gateways einen großen Fortschritt. „Was kann ich damit machen, welchen Mehrwert möchte ich schaffen?“ Die Antworten auf diese Fragen zahlen vor allem auf Nachhaltigkeit ein: Weniger Material und Ressourcenverbrauch bei der Installation, längere Lebenszyklen der Maschinen und Anlagen durch Predictive Maintenance. Aber er sieht auch Fortschritte darin, über Daten Energie gleichmäßiger zu verteilen und im Endeffekt zu geringerem Energieverbrauch beizutragen.
Phoenix Contact ist wie alle anderen international bedeutenden Hersteller aktiv in Normierung eingestiegen und hat an der konkreten Entwicklung eines Steckergesichts für PROFINET als meistgenutztem Industrial Ethernet Protokoll mitgearbeitet. Basis ist die IEC 63171-7, eine Standardisierung für SPE speziell für die Fabrikautomation.
Derzeit erarbeiten Arbeitsgruppen ein Committee Draft, das Ende 2025 den CDV-Status erreichen soll. „Dann ändert sich nichts mehr an Toleranzen und Geometrien und wir starten die konkrete Entwicklung“, so Tim Kindermann. „Wir werden höchstwahrscheinlich zur SPS 2025 die ersten Vorserienmodell präsentieren und 2026 die Serienproduktion starten. Die Stecker decken M8 und M12 in IP 20 ab und sind Plus/Minus hardwarecodiert."
Was dem SPE-Spezialisten wichtig ist: Das aktuelle Portfolio mit anderen Varianten wird vorerst nicht abgekündigt. „Andere Anwendungsbereiche wie Agrartechnik, Gebäudeautomatisierung oder auch bestimmte Prozessanwendungen können bisher eingesetzte Varianten auch in Zukunft einsetzen.“
Konkrete Einsatzbeispiele gibt es bereits: Instrumente mit Multifunktionssensorik. So erfasst ein Messgerät von JUMO Temperatur, CO2 Gehalt und Luftfeuchtigkeit parallel. Eingesetzt bei der Überwachung von Fertigungshallen reicht ein SPE-Anschluss mit einer Reichweite von 1.000 Metern.
„Komplexe induktive oder kapazitive Sensoren, analoge Sensoren, ein größerer Teil der optischen Sensoren, machen die Integration der IO-Link Datenschnittstelle sehr sinnvoll", sagt Dr. Konrad Kern, Leiter Innovation Unit Industrial Communication bei Pepperl+Fuchs.
Applikation entscheidet über die beste Kommunikationslösung
Welche der Technologien wird sich also durchsetzen? Dr. Konrad Kern, Leiter der Innovation Unit Industrial Communication bei Pepperl+Fuchs, betrachtet nüchtern die Marktzahlen. „Vermutlich mehr als 50 Prozent der induktiven Sensoren werden auch zukünftig ohne Datenschnittstelle daherkommen. Komplexe induktive oder kapazitive Sensoren, analoge Sensoren, ein größerer Teil der optischen Sensoren, machen die Integration der IO-Link Datenschnittstelle sehr sinnvoll“, grenzt er die Anwendungen ein. „Die konkrete Applikation entscheidet darüber, welche Schnittstelle am sinnvollsten ist.“
Beispiel ASi-3. „Die Grundidee von ASi 3 ist der einfache Anschluss per Piercing-Technologie und der Riesenvorteil einer einfachen Konfiguration“, bekräftigt Dr. Konrad Kern. Die zeitsparende und robuste Lösung eignet sich durch die freie Topologie besonders für stark verteilte Anwendungen mit relativ einfachen Aufgaben. „In der Fördertechnik können mit ASi-3 beispielsweise sehr kostengünstig und flexibel viele Motoren angesteuert werden. Das G20 Motormodul ist mit seiner Elektromechanik bestens geeignet.“
Koexistenz statt Konkurrenz – die Zukunft der E/A-Kommunikation
Bei IO-Link sieht er klare Vorteile, wenn es um komplexere Aufgaben in der Fördertechnik geht oder viele Motoren auf engem Raum gesteuert werden sollen. „Pepperl+Fuchs hat mehr als 1.000 verschiedene IO-Link Geräte für den Markt verfügbar gemacht und ist Gründungsmitglied von IO-Link“, rechnet Dr, Konrad Kern vor. Allerdings gibt er zu bedenken: „Nur die Hälfte der IO-Link Geräte kommuniziert auch über IO-Link, viele Anwender nutzen die IO-Link-Schnittstelle nur zur komfortablen Parametrierung“. Ganz wichtig ist bei IO-Link die zusätzliche Diagnosefunktion.
Bei SPE wartet er noch auf Use Cases für den Ethernet-Einsatz auf der untersten Feldebene. Die Normierung des Steckers für PROFINET und ein kleinerer Hybrid-Stecker sind Vorteile für die Integration in kompaktere Geräte. Das Rennen bleibt also spannend und eine Koexistenz mehrerer Schnittstellen ist sehr wahrscheinlich. Gut für die Anwender, die auch in Zukunft die unterste Feldebene anforderungsgerecht digitalisieren können.
überarbeitet von: Dietmar Poll
FAQ – Digitale Schnittstellen für Sensoren im Maschinenbau
1. Warum gewinnen digital angebundene Sensoren an Bedeutung?
Sie liefern Zustandsdaten in Echtzeit, ermöglichen Predictive Maintenance und steigern die Verfügbarkeit von Maschinen.
2. Was ist AS-Interface (ASi) und wofür wird es genutzt?
ASi ist ein einfaches Verdrahtungssystem für Sensoren und Aktoren, bekannt für seine steckerlose Montage und flexible Topologien. Es ist besonders in Fördertechnik und Maschinenbau verbreitet.
3. Welche Vorteile bietet ASi-5 gegenüber früheren Versionen?
ASi-5 bringt höhere Bandbreiten, kurze Zykluszeiten, die Integration von IO-Link und ist vollständig abwärtskompatibel.
4. Was unterscheidet IO-Link von anderen Systemen?
IO-Link ist ein Punkt-zu-Punkt-Protokoll, das Prozessdaten an die Steuerung und Diagnosedaten parallel an IT-Systeme oder die Cloud senden kann.
5. Welche Neuerungen bringt IO-Link Wireless?
Die Wireless-Version ermöglicht kabellose Datenübertragung von bis zu 40 Teilnehmern in einem 20-Meter-Radius – flexibel und einfach nachrüstbar.
6. Welche Rolle spielt IO-Link Safety?
Es erweitert IO-Link um zertifizierte Sicherheitsfunktionen für Anwendungen wie Not-Aus oder Türschalter – entwickelt mit TÜV-Zertifizierung.
7. Was ist Single Pair Ethernet (SPE)?
SPE ermöglicht Ethernet-Kommunikation über nur zwei Adern und versorgt Geräte gleichzeitig mit Strom. Damit wird eine durchgängige, standardisierte Datenübertragung vom Sensor bis in die Cloud möglich.
8. Welche Vorteile hat SPE gegenüber klassischen Feldbussen?
Weniger Materialeinsatz, kleinere Stecker, hohe Reichweite (bis 1.000 m) und eine durchgängige Ethernet-Kommunikation ohne Gateways.
9. Welche Rolle spielt Nachhaltigkeit bei digitalen Schnittstellen?
Durch effizientere Datenübertragung, Predictive Maintenance und geringeren Materialeinsatz tragen Systeme wie SPE oder IO-Link zur Energie- und Ressourcenschonung bei.
10. Welche Schnittstelle wird sich im Maschinenbau durchsetzen?
Das hängt von der Anwendung ab: ASi bei einfacher, robuster Anbindung, IO-Link für komplexe Sensorik und Diagnose, SPE für zukunftsfähige Ethernet-Integration. Eine Koexistenz mehrerer Systeme ist wahrscheinlich.
