Waagen und Dosierer sprechen Profibus

Markus Zöller, Thomas Bangemann

Mit Profibus steht ein industrielles Kommunikationssystem zur Verfügung, das mit seinen Protokoll- und Profilvarianten den Anforderungen an den Einsatz in unter-schiedlichen Branchen gerecht wird. Um auch die Integration von Wäge- und Dosiersystemen in die am Markt weit ver-breitete Profibus-Technologie zu gewährleisten, wurde seitens der Profibus Nutzerorganisation e.V. (PNO) der Arbeitskreis „Weighing & Dosage Devices“ eingerichtet. Die Ergebnisse des Arbeitskreises sollen helfen, die Interoperabilität von Systemen unterschiedlicher Hersteller mithilfe eines Profils zu gewährleisten und damit Kosten zu senken.

In der Regel sind die Wäge- und Dosiersysteme nicht als integrierter Bestandteil des Automatisierungssystems ausgeführt. Deswegen können sie nicht direkt die Systemressourcen des Automatisierungssystems für Kommunikationszwecke nutzen. Die Integration muss dann über die zur Verfügung stehenden Schnittstellen realisiert werden. Dies erfolgt heute auf proprietäre Weise. Dafür werden die unterschiedlichsten Protokolle eingesetzt. Betrachtet man jedoch den Trend in der Automatisierungstechnik, werden immer mehr Feldgeräte – und damit auch Wäge- und Dosiersysteme – über Feldbusschnittstellen an Steuerungen angebunden. Selbst wenn dort Signale zur Verfügung gestellt werden, fehlen noch einheitliche Softwareschichten (Treiberbausteine), die die Dynamik des jeweiligen Gerätes abwickeln. Beim Einsatz eines Gerätes wird somit in jeder neuen Applikation stets eine erneute Einarbeitung und Softwareentwicklung notwendig. Um hier Abhilfe zu schaffen, sind Datenstrukturen und optionale Eigenschaften einheitlich zu definieren, d. h. Absprachen bzgl. Syntax und Semantik sind zu treffen. Auf Anwendungsebene werden diese Festlegungen in so genannten Applikationsprofilen getroffen.

Bisher war es üblich, die Feldgerätefunktionen (z. B. messen, stellen) verbunden mit ihren Variablen und Parametern in Profilen so zu beschreiben, dass auf diese herstellerunabhängig über den Feldbus zugegriffen werden kann. Das dabei zu nutzende Subset des Kommunikationsprotokolls wird ebenfalls festgelegt. Das hier vorgestellte Profil für Wäge- und Dosiersysteme definiert ebenfalls die Art und Weise der Kommunikation zwischen Steuerung und Waage, legt jedoch nicht direkt die Waagenparameter fest. Vielmehr werden die Eigenschaften und Parameter eines Funktionsbausteines beschrieben, der eine Waage in der Steuerung repräsentiert. Somit wird eine einheitliche Programmschnittstelle zur eigentlichen Applikation des Anwenders für Wäge- und Dosiersysteme verschiedenster Hersteller definiert.

Interoperabilität und einfache Integrierbarkeit in Steuerungssysteme sind die grundlegenden Ziele der Profildefinition. Voraussetzung für die Interoperabilität der Systeme sind Absprachen über Kommunikationsgeschehen und Parameter. Die Einbindung in ein Steuerungsprogramm hängt in erster Linie von der Wahl der Programmiersprache ab. Heute ist IEC 61131-3 als Programmiersprache für SPS’en allgemein akzeptiert. Dem wurde durch die Spezifikation der Wäge- und Dosierbausteine (Proxy-Weighing-Block (PWB) = Repräsentant für eine Waage oder ein Dosiersystem) Rechnung getragen.

An der Schnittstelle eines PWB stehen der Anwendung Befehle, Parameter, Prozesswerte sowie Statusinformationen (Messwertqualifier, Geräte- sowie Prozessstatus) zur Verfügung. Baustein-intern, d. h. dem Anwender verborgen, werden Kommunikations-Funktionsblöcke (Comm-FB’s) aufgerufen, die Befehle und Daten auf Profibus-DP-Dienste abbilden. Comm-FB’s werden durch SPS-Hersteller als Bestandteil der SPS-Funktionsbibliothek unterstützt und kapseln Hardware-spezifische Eigenschaften des Zugriffs auf Prozessabbild und azyklische Daten. Durch diese Herangehensweise wird eine leichte Portierbarkeit des Funktionsbausteines auf verschiedene Steuerungssysteme gewährleistet.

Ein PWB entkoppelt somit die protokoll-spezifischen Eigenschaften des Datentransfers von der Anwendung (Applikation). Der Anwendungsprogrammierer kann sich auf die automatisierungstechnische Aufgabenstellung konzentrieren und muss kein Profibus-Spezialist sein.

Innerhalb des Profils werden folgende Funktionalitäten festgelegt:

Dabei werden zyklisch Daten (wie z. B. Netto- und Bruttogewicht, Qualifier und Status) aus dem Gerät gelesen und Steuerinformationen in das Gerät geschrieben. Befehle wie Tarieren, Nullstellen oder Laden von Grenzwerten werden mit azyklischen Telegrammen übertragen. Informationen über den Abarbeitungszustand eines Befehles werden im zyklischen Telegramm transportiert.

Durch das extrem breite Leistungsspektrum von Wäge- und Dosiersystemen war es erforderlich, das Profil in mehrere Teile aufzuspalten. In Teil a) werden die Gemeinsamkeiten aller Systemklassen festgelegt. Demgegenüber sind in Teil b) die Eigenschaften von Wägesystembausteinen (SWD – Simple Weighing Device, AWD – Advanced Weighing Device) und in Teil c) von Batch- und Dosiersysteme (SPB – Single Phase Batcher, CWD – Continuous Weighing Device) beschrieben.

Die Profilteile a) und b) stehen bereits auf der Homepage der Profibus Nutzerorganisation zum Download zur Verfügung. Die Fertigstellung des Teiles c) ist für Mitte dieses Jahres vorgesehen. Erste profilkonforme Geräte wird es ebenfalls noch in diesem Jahr geben. Die Gerätebausteine (PWB’s) gehören zum Lieferumfang der Gerätehersteller. Für die Bausteinentwicklung steht ifak e.V. den Geräteherstellern zur Seite. Folgende Firmen treiben die Spezifikationsarbeiten des Profils „Weighing & Dosage Devices“ aktiv voran: BASF, Bizerba, Brabender, HBM , ifak, K-Tron , Mettler-Toledo , Sartorius , Schenck Process , Siemens und SysTec.

Halle 10.2, Stand F3

cav 520

cav: Herr Zöller, Sie sind aktives Mitglied des Arbeitskreises „Wäge- und Dosiersystem“ der Profibus Nutzerorganisation. Welchen Vorteil erwarten Sie als Anwender von ihrer Mitarbeit im Arbeitskreis?

Zöller: Durch die Mitarbeit bei der Erstellung des Profils ergibt sich die wichtige Möglichkeit, die Belange der Anwender unmittelbar in die Standardisierungsarbeit einzubringen. Der Austausch mit den beteiligten Experten der Hersteller gibt oft wichtige Impulse, welche bei der Profilerstellung berücksichtigt werden können.

cav: Worin sehen Sie den Bedarf für das im Rahmen des PNO-Arbeitskreises „Wäge- und Dosiersystem“ erarbeitete Profil begründet?

Zöller: Die Kommunikation über Bustechnologien ist auch in der Wägetechnik nichts Neues und seit Jahren gängig. Wir als Anwender sind hierbei mit dem Problem konfrontiert, dass die Kopplung zwischen busfähigen Geräten oder die Kopplung eines busfähigen Gerätes mit einem übergeordneten System oft aufwändige und kostspielige Parametrier- oder Programmierarbeiten erfordern. Während früher die Auskopplung weniger Statussignale von der Wäge-/Abfülleinheit ausreichte, so verlangt die zunehmende Komplexität des Abfüllprozesses eine weitergehende Integration unterlagerter Units in übergeordnete Systeme. Die damit verbundene fortschreitende Informatisierung hat als Folge, dass Waagen oder Abfüllsysteme immer weniger als isolierte Geräte oder Units betrachtet werden können, sondern immer mehr zu einem integrierten Bestandteil der immer stärker automatisierten Produktionslogistik werden.

cav: Welchen Nutzen erwarten Sie als Anwender vom Einsatz profilkonformer Geräte und Funktionsbausteine in der SPS?

Zöller: Wir erwarten, dass die Kopplung von Wäge- oder Abfülleinrichtungen an die jeweiligen Kommunikationspartner durch Einsatz eines einheitlichen, standardisierten Profils schneller und kostengünstiger erfolgen kann. Die Fehlerrate und damit auch die benötigte Zeit zur Inbetriebnahme der Datenkommunikation wird tendenziell kürzer. Anpassungsarbeiten beim Austausch von busfähigen Komponenten können durch konsequenten Einsatz standardisierter Kommunikationsprofile verringert werden.

Ein wichtiger Aspekt einer standardisierten Buskommunikation ist die Möglichkeit, künftig auch in einheitlicher Form Diagnoseinformationen zu übertragen. Hierdurch eröffnen sich ganz neue Möglichkeiten – von einer einfacheren Fehlersuche bis hin zur Ermöglichung einer PC-gestützten zustandsorientierten Instandhaltung. Bei der Erstellung des Profils wurden aus diesem Grund bereits grundlegende Anforderungen der Namur bezüglich der Übertragung von Diagnoseinformationen berücksichtigt. So wird auch die Einbindung von Abfülleinrichtungen in Asset-Management-Systeme erleichtert.

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