Feldgeräte effizienter warten

Der Autor: André Fritsch Produktmanager Fieldbus & Remote I/O, R. Stahl

Diagnosedaten von Feldgeräten dienen hauptsächlich dem Zweck, Betriebsstillstände als einen der größten Verlustfaktoren heutiger Prozessanlagen so gut wie möglich zu vermeiden. Die Namur gab bereits 2005/06 die Empfehlung NE 107 heraus, um eine bessere Kanalisierung der vielfältigen Selbstüberwachungsdaten und weiteren Meldungen zu erreichen, die aktuelle Technik in Prozessanlagen liefert. Diese Empfehlung betont nicht nur die elementare Anforderung, dass sämtliche Informationen verlässlich sein und durchgängig zur Verfügung stehen müssen. Sie fordert darüber hinaus, dass Diagnosen im Kontext konkreter Anwendungen stets in der Form und in dem Umfang gemeldet werden sollen, in der bzw. dem sie menschlichen Bedienern am effektivsten eine angemessene Reaktion erleichtern. Leitprinzip ist die Beschränkung auf die jeweils maßgeblichen Anzeigen. Erforderlich ist somit einerseits ein frei konfigurierbares Verhalten je nach Aufgabe und Ebene – für Bediener auf der Feldebene, in der Prozesssteuerung oder im Asset Management unterscheiden sich die Informationsbedürfnisse schließlich deutlich. Andererseits sollten bestimmte Standardisierungen über alle Szenarien hinweg für Übersicht sorgen.

Die Empfehlung schlägt deshalb Farb- und Symbolkonventionen für Status-Signale vor, damit Bediener fünf klassifizierte Zustände schnell und leicht erfassen können. Gemäß der Empfehlung meldet eine grüne Anzeige ein gültiges Prozesssignal im regulären Betrieb. Blau zeigt an, dass zwar ein gültiges Signal, jedoch auch Wartungsbedarf vorliegt. Gelb steht für ein Signal, das außerhalb der Spezifikation liegt. Ein vorübergehend ungültiges Signal bei Funktionsprüfungen wird orange gekennzeichnet. Rot markiert ein ungültiges Signal im Fehlerfall.

Die NE 107 wurde inzwischen teils in Prozessleitsystemen und weitestgehend auch in Asset-Management-Systemen umgesetzt. Viele moderne Feldbusgeräte am Profibus PA oder Foundation Fieldbus H1 folgen der Namur-Empfehlung ebenfalls bereits oder werden das in Kürze tun. Für einige wichtige andere Feldbussysteme ist eine Umsetzung geplant (Hart) oder spezifiziert (Profinet, FF HSE/ F-ROM). Bei Remote I/O-Technik hingegen waren Lösungen, die diese Empfehlung berücksichtigen, in den letzten Jahren nicht verfügbar.

Für Feldgeräte und Remote I/O ist es wichtig, dass die an der NE 107 orientierte Gestaltung von Anzeigen mit der bisher schon weltweit eingeführten Praxis vereinbar bleibt. Insbesondere gelbe und orange (sowie weiße) LED wurden bisher schon – wie von der früheren NE 044 empfohlen – zur Anzeige des Schaltzustandes eines Geräts eingesetzt. Bei signalbezogenen gelben LEDs zur Anzeige des Schaltzustandes sollte es folglich auch bei Systemen bleiben, die NE 107 umsetzen.

Das Remote I/O-System IS1+ von R. Stahl folgt dieser Maxime. Es ist zum einen mit separaten Anzeigen für die Kanäle ausgestattet: Neben je einer gelben LED für digitale I/O-Signale gibt es noch je eine rote LED für Ein-/Ausgänge, die bei Leitungsfehlern NE 044 konform blinkt. Daneben verfügen IS1+-Module über einen Block mit drei LEDs für gerätebezogene Anzeigen, nämlich eine grüne Betriebs-LED, eine rote Fehler-LED und eine blaue Wartungs-LED. Die letztere dient einerseits dazu, durch Dauerlicht einen Austausch zu empfehlen, wenn dieser aufgrund von Schäden oder Verschleiß erforderlich wird, und sie signalisiert andererseits durch Blinken, dass ein System außerhalb seiner Spezifikation betrieben wird. In diesem Fall kann so das Wartungspersonal reagieren und Maßnahmen gegen Störungen ergreifen. Neben der Aktivierung der blauen LED sorgt das Modul bei Wartungsbedarf außerdem dafür, dass ein entsprechendes Diagnosetelegramm abgesendet wird. Auf übergeordneter Ebene, etwa im PLS oder im Asset Management-System, können diese Informationen dann ausgewertet und zum Beispiel über DTM NE-107-gerecht eingebunden werden.

Das IS1+-System bietet nicht nur NE-107-orientierte LED-Anzeigen an, sondern vor allem den Vorteil einer integrierten Verschleißerkennung. Im Betrieb werden vom Remote I/O laufend alle relevanten Parameter des Moduls wie Umgebungstemperatur, Auslastung und Einschaltvorgänge gemessen. In Abhängigkeit von diesen Bedingungen wird die tatsächlich realistische Lebensdauer ermittelt, indem das Maximum für den Nennbetrieb – im Falle dieses konkreten Systems 15 Jahre – gegebenenfalls entsprechend reduziert wird. Die an NE 107 orientierte Überwachungsfunktion des IS1+ meldet rechtzeitig, nämlich 12 Monate vor dem Eintreten, das sich abzeichnende Lebensende eines Moduls. So lässt sich in den meisten Fällen ohne unnötigen Stress bei der nächsten betrieblich günstigen Gelegenheit ein erforderlicher Austausch vornehmen. Bedien- und Wartungspersonal muss also seltener außerplanmäßig mobilisiert werden. Zugleich wird dank der differenzierten Diagnose auch vermieden, dass eigentlich noch lange funktionstüchtige Module unnötig in einem starren Turnus prophylaktisch ausgewechselt werden. Mit einem System wie IS1+ können Anwender nun zwar in den allermeisten Automatisierungsumgebungen und damit weit flächendeckender als zuvor in den Genuss der Vorteile der Namur-Empfehlung kommen.

Leider wird die NE 107 jedoch auch in Zukunft nicht durchweg und insbesondere nicht von allen gängigen Feldbus-Systemen unterstützt. Speziell für den verbreiteten Profibus DP ist eine Umsetzung der Empfehlung nicht vorgesehen. Das IS1+-System bietet allerdings auch für diesen Bus zumindest eine Lösung, um zyklisch einen Prozesswert ähnlich wie beim Profibus PA oder Foundation Fieldbus H1 zu übermitteln. Hierzu setzt das System ein von der Feldbustechnik übernommenes Status-Bit ein, um für jeden Kanal zu melden, ob ein ordnungsgemäßes oder ein gestörtes Signal vorliegt. Dieses von IS1+ schon beim Profibus DP unterstützte Feature nimmt heute bereits die Status-Info in ähnlicher Form vorweg, die für Profinet – dann allerdings 1 Byte statt nur 1 Bit breit – vorgesehen ist.

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