Einfach in der Anwendung

Die Autoren: Albert Justus Produktmanager für Kommunikation und Geräteintegration, Bereich der Prozessinstrumentierung, Siemens Holger Rachut Produktmanager Prozessleitsystem Simatic PCS7 für Feldgeräte- integration, Maintenance Station, Siemens

Mehr Leistung aus einer neuen Technologie generieren zu wollen, impliziert auch die Bereitschaft und Fähigkeit, sich auf andere Bedienabläufe und Bedieninstrumente einzustellen. Ein Beispiel hierfür ist die Telefontechnik: Hier haben die Nutzer den rasanten Wechsel von der simplen Wählscheibe zum multifunktionalen Umgang per Touchscreen als Teil des technischen Fortschritts ohne nennenswerte Schwierigkeiten bewältigt und akzeptiert. Eines der am häufigsten gehörten Argumente ist, dass „die Handhabung von Profibus-PA-Feldgeräten komplexer und aufwendiger sei als bei konventionellen Geräten mit 4…20 mA-Technik“.

Zutreffend ist diese Aussage, wenn ein modernes Feldgerät nur einen einzigen analogen Messwert ohne begleitende Statusinformationen liefern soll, wenn eine Umparametrierung oder Fehlersuche vor Ort und mit Multimeter-messtechnik akzeptiert wird oder wenn auf vorbeugende Wartung und Asset Management verzichtet wird; im Prinzip also dann, wenn das Gerät wie ein historisches 4…20 mA-Gerät genutzt wird.

Nicht zutreffend ist die Aussage, wenn ein Betreiber die modernen Feldgeräte als wertvolle Komponenten (Assets) seiner Automatisierungslösung betrachtet: wertvoll z. B. bezüglich der bereits digital vorliegenden Messdaten oder der Möglichkeit, die Geräte von zentraler Stelle aus direkt parametrieren zu können; oder wertvoll bezüglich ihrer Eigenschaft, aktuelle Informationen über den eigenen Status für eine zustandsorientierte oder vorbeugende Wartung bereitzustellen.

Nicht zutreffend ist die Aussage aber auch, wenn die für Betrieb und Wartung von Profibus-PA-Systemen verfügbaren Tools und Methoden sachgerecht, d. h. nach angemessener Ausbildung der verantwortlichen Personen, eingesetzt werden.

Zwei Beispiele zeigen, wie mit Profibus PA die Anlagenleistung und -verfügbarkeit gesteigert wird und die Handhabung dennoch einfach bleibt oder sogar noch einfacher wird, etwa beim Austausch von vorhandenen Messgeräten.

Zum Zeitpunkt der Projektierung von Anlagen ist deren endgültige Gerätebestückung nach Typ und Hersteller oft noch nicht bekannt. Diesem grundsätzlich unbefriedigenden Sachverhalt kann mit der sogenannten „geräteneutralen“ Projektierung begegnet werden. Diese arbeitet mit Schnittstellen, die für alle in Betracht kommenden Geräte gleich sind und daher eine Projektierung im Vorgriff auf die spätere, spezifische Gerätebestückung erlaubt.

Bei konventionellen Feldgeraten (heutzutage fast immer Geräte mit Hart-Schnittstelle) beruht die Geräteneutralität auf der 4…20 mA-Schnittstelle, die allen derartigen Geräten gemeinsam ist (Bild 2, links). Nach dieser Schnittstelle folgt die konventionelle Projektierung mit einer Leitung je Gerät bzw. Messgröße, einer Kommunikationsrichtung, zweifacher Signaltransformation und abschließender Parameterbeschreibung.

Bei Profibus PA-Feldgeräten wird eine gleichwertige Geräteneutralität durch die Profil-GSD gewährleistet, die für alle PA-Geräte eine, bezogen auf die zu übertragenen Prozesswerte, identische Funktionalität festlegt und daher ebenfalls geräteneutral ist (Bild 2, rechts; siehe auch Textkasten). Nach dieser Schnittstelle folgt die bekannte Profibus-PA-Projektierung mit nur einer Leitung für alle Geräte bzw. Messgrößen, mit zwei Kommunikationsrichtungen, mit nur einer Signaltransformation und abschließender Parametrierung.

Beide Konzepte sind damit bezüglich Geräteneutralität bei der Projektierung und einfacher Handhabung gleichwertig.

Bei Profibus können Segmente mit bis zu 32 Teilnehmern in Netzwerken mit bis zu 126 Teilnehmern erstellt werden; bei der 4…20 mA-Technik dagegen stellt jedes Gerät für sich bereits eine Einheit dar. Die Geräte an Profibus sind alle eindeutig adressiert und werden zentral in Tools dargestellt; sie sind damit für den Bediener mindestens so präsent wie die gleiche Anzahl einzelner 4…20 mA-Geräte. Das Adressierkonzept mit fortlaufender Nummerierung der im Netzwerk verfügbaren Teilnehmer ist standardisiert, wobei lediglich Teilnehmer 1 für Service-Tools und Teilnehmer 126 für neu gelieferte Geräte (Default-Einstellung) reserviert sind. In der Praxis hat sich die Einrichtung eines eigenen Service-Bereichs mit einigen Adressen unterhalb von 126 bewährt. Damit können Maßnahmen wie Inbetriebsetzung oder Gerätetausch u. Ä. flexibler und einfacher ausgeführt werden.

Als praktisches Beispiel zeigt Bild 3, wie einfach sich der Austausch eines defekten Gerätes durch ein Ersatzgerät gestaltet. Es sind nur wenige Handgriffe in der Anlage und wenige „Klicks“ im Bedientool erforderlich, um das mit der Stationsadresse 126 (als default) ausgelieferte Ersatzgerät auf seine richtige Adresse (20) zu verschieben und ihm den Parametersatz seines Vorgängers einzulesen.

Bei Betrieb von Feldbussystemen sind Austausch oder zusätzlicher Einbau von Geräten Vorgänge, die routinemäßig, einfach und sicher ablaufen sollen. Für PA-Geräte trifft das in besonderer Form zu: Neben der Gerätemontage im Feld muss lediglich die richtige Adressierung der „Neulinge“ vorgenommen werden. Dafür wurde ein einfacher, für alle Vorgänge einheitlicher und zentral ausführbarer Bedienmechanismus „per Klick“ geschaffen. Die Festlegung der speziellen Serviceadresse 126 vermeidet dabei mögliche Störungen am Bussegment bei Anschluss von Austauschgeräten.

Die geräteneutrale Profil-GSD vereinheitlicht alle PA-Feldgeräte in ihren grundlegenden Funktionen und erfüllt damit voll den bei Diskussionen so im Vordergrund stehenden Standard-Charakter der 4…20 mA-Technologie. Die Profil-GSD bietet darüber hinaus erhebliche Erleichterungen im praktischen Betrieb: Neu eingebaute Feldgeräte kommunizieren ihre Messwerte umgehend – ohne zusätzliche Einstellvorgänge – entsprechend den Festlegungen der Profil-GSD und Feldgeräte mit PA-Profil 3.02 stellen sich nach Einbau und Adressierung automatisch auf die Festlegungen der Profil-GSD ein, was jeden Gerätetausch erleichtert und beschleunigt.

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Eine GSD-Datei (Geräte-Stammdaten-Datei bzw. General Station Description) ist im Kontext mit Profibus ein vom Gerätehersteller bereitgestelltes elektronisches Datenblatt und dient zur Beschreibung von Geräteeigenschaften. Eine Geräte-GSD beschreibt genau die Menge an Eigenschaften, die zur Konfiguration des zyklischen Datenverkehrs zwischen Feldgerät und Automatisierungsstation (Steuerung, Leitsystem) erforderlich ist. Das sind z. B. Angaben zur Identifikation des Gerätes, unterstützte Übertragungsraten, Ausgabestände von Hard- und Software u. Ä.

Eine Profil-GSD enthält auch Angaben über alle die Parameter, die in einem Geräteprofil (wie das PA-Profil) herstellerübergreifend und für „Profilgeräte“ verpflichtend festgelegt sind. Der Inhalt einer Profil-GSD ist also für alle zugehörigen Profilgeräte gleich und damit geräteneutral.