Durchgängig redundant

Nach einer Studie des renommierten amerikanischen Marktforschungsunternehmens ARC wird sich die Zahl der Feldbus-Installationen in den kommenden drei bis vier Jahren weltweit verdoppeln. Die beiden Konkurrenz-Protokolle Profibus und Foundation Fieldbus teilen sich dabei den Markt, und zwar regional (Europa und Amerika) auf. Konkurrenz erwächst beiden Systemen allenfalls noch in Form von Ethernet-basierten Bussen mit TCP/IP-Protokollen, jedoch werden diesseits und jenseits des Atlantiks entsprechende Ethernet-Anpassungen bereits innerhalb der entsprechenden Normungsgremien diskutiert.

Für den Anwender eröffnen sich mit der Feldbustechnologie neue Leitsystemstrukturen. Die Vorteile der digitalen Feldbusse liegen sowohl in der Möglichkeit der herstellerunabhängigen Kombination von Leitsystem und Feldgerät als auch in den deutlich erweiterten Kommunikationsmöglichkeiten zwischen den Automatisierungskomponenten.

Die ABB-Feldinstrumente aus den Bereichen Druck, Temperatur und Durchfluß sind heute nahezu durchgehend mit beiden Feldbusschnittstellen erhältlich. Dazu kommen jetzt Analysatoren, Schaltanlagen und Motorsteuerungen, die ebenfalls über die modernen digitalen Standardprotokolle an die Leitsysteme anschließbar sind. In den Instrumenten sind bereits zahlreiche Diagnosefunktionen eingebaut, aus denen Zustandsmeldungen generiert und über den Feldbus an das Leitsystem geschickt werden können. Dort werden sie zur Alarmierung der Bediener verwendet oder zu Zustandsreports verarbeitet. Das Leitsystem sendet derartige Reports wiederum an ein Wartungsmanagementsystem, wo Servicepläne, z. B. für den notwendigen Austausch von Hardware, erstellt werden.

Die verfahrenstechnische Industrie verlangt häufig aus Sicherheitsgründen eine durchgängige Redundanz in der Automatisierung. Alle funktionalen Baugruppen müssen doppelt vorhanden sein. Beide Bauteile sind für sich genommen in der Lage, einen störungsfreien Betrieb aufrecht zu erhalten. Beim Ausfall einer Baugruppe übernimmt die parallele Baugruppe ohne Zeitverzögerung sämtliche Funktionen, ohne daß der Betrieb unterbrochen wird und durch den Ausfall sicherheitstechnisch kritische Situationen entstehen. Dieses Systemmerkmal wird mit dem Terminus funktionale Redundanz beschrieben. Andererseits muß gerade eine Profibus-Automatisierung eine Linienredundanz besitzen, denn bei der mechanischen Beschädigung einer Busleitung zwischen dem Feld und dem Leitsystem fällt nicht nur ein einziges Instrument aus, sondern alle an diesem Bussegment angeschlossenen Feldgeräte.

Feldgeräte selbst sind nicht zwingend redundant ausgeführt. Auch aus wirtschaftlichen und produktionstechnischen Gründen gibt es keine Feldgeräte mit redundanten Feldbus-Anschlüssen. Aus diesem Grund wurde das Redundant Link Module RLM 01 entwickelt. Dieses patentierte Gerät wirkt wie eine elektronische Weiche. Es macht aus zwei Profibuslinien eine: Zwei redundante Eingänge werden auf einem Ausgang ausgegeben bzw. umgekehrt. Die redundanten Kommunikationsleitungen werden bis in die unmittelbare Nähe des Feldgerätes geführt, so daß lediglich die letzten Zentimeter zum Feldgerät mit einer einzelnen Leitung zu überbrücken sind.

Besonders die Umkehrung der Funktion macht das RLM 01 interessant für Anwendungen, in denen aus einem einzelnen Profibusstrang redundante Kommunikationswege aufgebaut werden sollen. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn weder das Leitsystem noch die Remote I/Os redundanzfähig sind, aber dennoch wenigstens eine Linienredundanz aufgebaut werden soll.

Als nächstes Glied in der Kette einer Feldbus-Installation folgen die profibusfähigen Remote-I/Os. Die dezentrale Signalerfassung hat in den letzten Jahren in der Verfahrenstechnik stark an Akzeptanz zugenommen. In diesem Umfeld bietet ABB mit der S800/S900-Familie ein redundant vernetzbares Remote-I/O-System für alle ABB-Leitsysteme an. Eine Installation nahe der Sensoren und Aktuatoren führt zu deutlichen Einsparungen bei der Rangierung und Verdrahtung. Das auf der Interkama 99 vorgestellte Remote-I/O S900 erlaubt die Montage in den explosionsgefährdeten Bereichen Zone 1 oder 2. Erweiterte Diagnosefunktionen und die Einbeziehung von HART-fähigen Feldgeräten in das Feldbussystem bringen Einsparungen während der gesamten Lebensdauer einer Anlage.

Das unternehmensweite Management- und Prozeßleitsystem Symphony bildet quasi den Abschluß der redundanten Profibus-Automatisierung. Der Melody-Controller CMC 60-2 stellt zwei Profibus-DP-Linien bereit, die jeweils redundant ausgelegt werden können. Gleichzeitig läßt sich mit dem CMC 60-2 eine echte funktionale Redundanz im Leitsystem aufbauen. Damit wird die Verfügbarkeit der Komponenten im Feld wesentlich gesteigert.

Diese Funktionalität wird im Engineering Tool Composer auf einfache Weise konfiguriert, nur drei Einstellungen sind notwendig. Ebenfalls selbstverständlich ist die Fortsetzung der Redundanz in voller Ausprägung über die Controller hinaus. Sowohl im C-Netz als auch im O-Netz der Bedien- und Beobachtungsebene inklusive der Operatorstationen Maestro UX/NT gehört sie zum Standard.

Die weitere Einführung der Feldbuskommunikation hat für den Anwender noch einen positiven Effekt. Früher endete das Gewerk des Leittechnik-Herstellers quasi am Verteilerschrank. Mit dem Feldbus dehnen sich die Systemgrenzen der Automatisierung über das Netz bis in die Feldebene aus. Komplettanbieter wie ABB liefern also einen wesentlich größeren Anteil des Gesamtsystems. Die Planungsleistungen lassen sich dadurch zentralisieren, was wiederum enorme Zeitersparnis, Montageerleichterungen und damit Kosteneinsparungen zur Folge hat. Der Anbieter liefert also zu den Feldgeräten und dem Leitsystem noch das komplette Netzwerk und ist in der Lage, das Netzwerk zu qualifizieren, sprich die Funktionsfähigkeit zu überprüfen und dieses gegebenenfalls auch mit Protokollen zu belegen. Dadurch werden Validierungen und Qualitätszertifizierungen der Automatisierungseinrichtungen einfacher, durchgängig und transparenter.

Weitere Vorteile der digitalen Feldbuskommunikation ergeben sich aus einer gleichzeitigen und parallelen Bearbeitung verschiedener Stufen. Während im Engineering-Bereich noch Teile der Konfiguration erarbeitet werden, befindet sich ein Teil der Hardware bereits im Prüffeld, wo sie mittels Simulationsprogrammen getestet wird. Gleichzeitig kann auf der Baustelle bereits die komplette Feldverkabelung installiert und überprüft werden. Insgesamt resultiert daraus eine deutlich verkürzte Auslieferungszeit, was zu erheblichen Kostenvorteilen führt.

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