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Mehr Komfort bei Betrieb und Inbetriebnahme

Software-Update für WirelessHart-Gateways
Mehr Komfort bei Betrieb und Inbetriebnahme

Die WirelessHart-Technologie bietet die notwendige Zuverlässigkeit und Robustheit, um die geforderte Prozesssicherheit zu gewährleisten und teure Anlagenstillstände zu vermeiden. Das Software-Update für das WirelessHart-Modbus-Gateway von Pepperl+Fuchs bietet jetzt Verbesserungen und Erweiterungen bestehender Funktionen sowie komplett neue Features. Damit wird schon die Planung und Simulation solcher Netzwerke effizienter. Zudem wird im laufenden Betrieb die Fehlererkennung und -behandlung optimiert.

WirelessHart ist die Technologie der Wahl, wenn es im Bereich der Prozessautomation darum geht, drahtlose Netzwerkstrukturen aufzubauen. Überall dort wo in weitläufigen und schwer zugänglichen Anlagenstrukturen konventionelle Kabelverbindungen zu aufwendig sind, kombiniert sie die drahtlose Kommunikation mit den Vorteilen der Hart-Technologie. Die Schlüsselelemente und Zentren der Kommunikation in jedem WirelessHart-Netzwerk sind die WirelessHart-Gateways. Sie fungieren als Schnittstelle zwischen den Feldgeräten inklusive Adapter und Leitsystem. Die Anbindung der WirelessHart-Gateways kann wahlweise via Modbus oder EtherNet/IP erfolgen. Per Netzwerkmanager entscheiden die Gateways, wann und über welche Pfade die einzelnen WirelessHart-Feldgeräte respektive WirelessHart-Adapter ihre Daten senden. Außerdem sind sie mit einem Sicherheitsmanager ausgestattet, um die Kommunikation sicher zu verschlüsseln und damit abhörsicher zu machen. Mit dem aktuellen Software-Update für das Modbus-Gateway bietet Pepperl+Fuchs eine Vielzahl neuer Features zur optimalen Fehlererkennung und -behandlung, mit denen die Inbetriebnahme sowohl erleichtert als auch beschleunigt wird, aber auch die Diagnosemöglichkeiten im Betrieb verbessert werden. Darüber hinaus sorgen zusätzlich implementierte Sicherheitsfunktionen für eine noch höhere Netzwerksicherheit und optimierte Rechteverwaltung.

Bei der Inbetriebnahme unterstützt das Gateway den Anwender nun mit dem sogenannten Factory acceptance test, der simuliert, ob ein Gateway die richtigen Werte an das Leitsystem sendet und diese an der richtigen Stelle ankommen. Noch bevor Feldgeräte bzw. Adapter in das Netzwerk aufgenommen sind, können so vom Anwender selbst definierte Werte in die Ersatzwertliste eingetragen werden. Empfängt das Leitsystem diese Ersatzwerte vom Gateway korrekt, ist der Simulationstest bestanden und der Nachweis der Funktion bis in die Leitsystemebene erbracht.
Diagnose im laufenden Betrieb
Eine neue Funktion, die vor allem die hohen Anforderungen der Netzwerkbetreiber an die Zuverlässigkeit im Betrieb erfüllt, ist der „Stale value“ – eine Anzeige, die das Alter eines gesendeten Wertes, z. B. einer zwischengespeicherten dynamischen Variablen oder des Kommandos 48 (Status Information), anzeigt.
Dazu wird jeder Burst-Nachricht, die das Gateway erhält, ein Zeitstempel zugeordnet. So kann zu jedem zwischengespeicherten Wert eine Angabe in Prozent der konfigurierten Burst-Periode errechnet werden. Erhält ein Gateway einen neuen Wert vom Feldgerät, beginnt es wieder von vorne zu zählen. Über die vom Anwender selbst definierten Warnlevel (z. B. 150 % Burst-Periode) bzw. Errorlevel (z. B. 300 % Burst-Periode) wird dann ein Alarm generiert, sobald eine Burst-Nachricht ihre festgelegte Updateperiode überschritten hat und überfällig ist: Das Gateway zeigt, vergleichbar mit einer Ampel, das Alter einer Burst-Message in Grün, wenn ein Messwert nicht älter als 100 % ist, bzw. Gelb als Warnung vor vorübergehenden Kommunikationsproblemen oder Rot als Warnung bei einem kompletten Kommunikationsausfall. Ein Kommunikationsausfall kann beispielsweise durch eine Funkstörung ausgelöst werden oder bei mobilen Hindernissen im Feld.
Im Falle eines Errors kann zusätzlich ein Ersatzwert (Substitution Value) für alle vier Variablen (PV, SV, TV, QV) angegeben werden. Diese Ersatzwerte lassen sich vom Anwender selbst bestimmen. Als Ersatzwerte kann der letzte Wert, NaN (Not a number), also eine bestimmte Bit-Kombination, die in den Spezifikationen hinterlegt ist, bzw. upscale = ffffff oder downscale = 0000 festgelegt werden. Darüber hinaus können Anwender eigene Ersatzwerte definieren. Damit bietet diese neue Kontrollfunktion dem Anlagenbetreiber eine optimale und situationsbezogene schnelle Fehlerbehandlung.
Verbesserte Sicherheit
Ein wesentlicher Teil des neuen Software-Updates betrifft auch die Sicherheitsanforderungen. Implementierte User Level stellen sicher, dass Anlagenbediener nur Werte lesen und aktualisieren können, während Administratoren Schreib- und Leserechte besitzen. Unberechtigte Manipulationen sind damit ausgeschlossen. Bei Netzwerkerweiterungen sichert eine „Whitelist“ zusätzlich zum Join Key und zur Netzwerk-ID das Netzwerk ab und sorgt somit dafür, dass neue Teilnehmer nur dann in das Netzwerk eingefügt werden können, wenn deren Adresse in der Whitelist vermerkt ist.
Die Whitelist kann vom Anlagenbetreiber erweitert werden, wenn neue Adapter oder Feldgeräte dem Netzwerk hinzugefügt werden. Dazu wird ein temporärer Join Key festgelegt und die Zeit eingestellt, wie lange dieser Join Key aktiv sein darf. Zusätzlich wird das Netzwerk geöffnet. Ist der neue Adapter oder das neue Feldgerät implementiert, erfolgt der entsprechende Eintrag in die Whitelist. Fragt ein neuer Adapter mit Join Key und Netzwerk-ID das Netzwerk an, wird dieser nicht aufgenommen, wenn er nicht in der Whitelist vermerkt ist. Darüber hinaus kann der Anlagenbetreiber den Join Key für alle im Netzwerk verbundenen Adapter und Feldgeräte jederzeit dauerhaft ändern. Dies bietet vor allem dann eine höhere Sicherheit, wenn sich z. B. der Kreis zugriffsberechtigter Personen ändert, wie etwa nach der Inbetriebnahme oder nach Serviceleistungen durch Dienstleister usw.
Zentren der Kommunikation
Neben den neuen implementieren Features unterstützen die Gateways den gesamten Lebenszyklus von WirelessHart-Netzwerken mit exakt passenden Tools. Die Darstellung einer Anlage kann mit einem 3-D-Tool (Wireless Network Checker) erfolgen. Damit ist es möglich, Anlagen den Umgebungsbedingungen entsprechend zu modellieren. Mit dem Modulationstool lassen sich 3-D-Modelle von Anlagen und Gebäuden sogar mit komplexen Strukturen und mit frei wählbarem Detailgrad erstellen. Auch bereits bestehende Pläne sind problemlos importierbar. Anschließend wird mithilfe der Simulationssoftware die Ausbreitung der Funkwellen und die Konnektivität zwischen einzelnen Netzwerkknoten präzise simuliert. Das ermöglicht das Durchspielen unterschiedlicher Netzwerkaufbauten, was die Inbetriebnahmezeit deutlich reduziert und den Geräteeinsatz optimiert.
Im Betrieb werden die Kommunikationspfade sowie die Qualität der Verbindungen im Gateway farblich, von Grün für sehr gut bis Rot für keine Verbindung, dargestellt. So bietet der sogenannte „Topology View“ auch im laufenden Betrieb einen schnellen Überblick über die Qualität eines WirelessHart-Netzwerks, sodass sich auch mögliche Single Points of Failure schnell identifizieren und beseitigen lassen.
Zusätzlich erleichtert das flexible Modbus-Mapping die Einrichtung eines Netzwerks: Im Normalfall werden Modbus-Adressen gemäß der ersten Anmeldung eines Gerätes im WirelessHart-Netzwerk automatisch vergeben. Durch diese Fähigkeit zur Selbstorganisation kann im Vorfeld nicht bestimmt werden, welche Modbus-Adresse ein Gerät oder eine Hart-Variable hat.
Das flexible Modbus-Mapping erlaubt dem Anwender, die Modbus-Register via CSV-File zu importieren bzw. exportieren sowie die Modbus-Adressen nach verschiedenen Variablen zu sortieren bzw. bestehende Modbus-Adressen zu ändern. Mit nur wenigen Mausklicks kann der Anwender ein auf seine individuellen Bedürfnisse angepasstes Mapping erstellen.
Weltweiter Einsatz möglich
Von der Planungssoftware über Konfiguration und Inbetriebnahme bis hin zur Diagnose sind viele Möglichkeiten geboten, ein Netzwerk optimal einzurichten bzw. zu betreiben. Mit dem neuen Software-Update für die WirelessHart-Gateways hat Pepperl+Fuchs das Einrichten respektive die Neuinstallation sowie das Verändern bzw. Erweitern von WirelessHart-Netzwerken optimiert. Außerdem wurde die Fehlererkennung und Fehlerbehandlung verbessert und es werden nun hohe Sicherheitsanforderungen erfüllt. Darüber hinaus hat Pepperl+Fuchs die Sprachunterstützung erweitert. Die Bedienung des DTMs bzw. Webinterfaces in verschiedenen Sprachen macht den weltweiten Einsatz noch komfortabler.

Sabrina Weiland
Produkt Marketing Managerin, Geschäftsbereich Automation, Pepperl+Fuchs
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