Mehr Transparenz in der Kommunikation

Dipl.-Ing. Andreas Hennecke

Durch den Anschluss von bis zu 31 Feldgeräten an ein und dasselbe Kabel reduziert die moderne Feldbustechnologie Foundation fieldbus oder Profibus PA entscheidend den Verkabelungsaufwand für Datenübertragung und Energieversorgung. Noch wichtiger ist jedoch die Verfügbarkeit, denn eine solche Infrastruktur hat einen entscheidenden Einfluss auf den sicheren und zuverlässigen Betrieb der Anlage.

Sowohl die Feldgeräte als auch die Feldbusverkabelung befinden sich an den Brennpunkten des Prozesses. Sie arbeiten teilweise unter extrem ungünstigen Bedingungen und sind nicht selten aggressiven Prozessmedien ausgesetzt. Dazu kommt, dass manuelle Eingriffe in das System, zum Beispiel bei Wartungsarbeiten oder Systemerweiterungen, Veränderungen auslösen können, die sich entscheidend auf die Zuverlässigkeit der physikalischen Feldbusebene auswirken.

Eine neue Generation an Überwachungssystemen, wie zum Beispiel FieldConnex Advanced Diagnostics von Pepperl+Fuchs, bewirkt eine ständige Überwachung der physikalischen Feldbusebene und gibt dem Betreiber die Sicherheit, dass die gesamte Feldbusinfrastruktur einwandfrei arbeitet. Das System entdeckt sowohl plötzliche, als auch schleichende Verschlechterungen der Signalqualität lange bevor es zu Störungen des Anlagenbetriebs kommen kann. Dadurch können ohne Zeitdruck vorbeugende Maßnahmen eingeleitet werden und es sind die Voraussetzungen für eine vorhersagende und planmäßige Wartung geschaffen.

Im Grunde genommen bildet das Advanced Diagnostics Modul (ADM) zur Überwachung der physikalischen Feldbusebene ein Testinstrument, das voll in die Stromversorgung des Feldbuses integriert und direkt an den Trunk des Netzwerks angebunden ist. Nach einem ersten Testlauf, unmittelbar nach Inbetriebnahme eines neuen oder modifizierten Systems, werden alle Kenndaten des Betriebszustandes gespeichert und die jeweiligen Alarmgrenzgrößen festgelegt. Von da an arbeitet das ADM vollautomatisch und ist in der Lage, die Übereinstimmung des Systems mit den Normen des Feldbusstandards IEC 61158-2 zu erkennen und zu dokumentieren. Akustische Alarmmeldungen machen das Bedien- oder Wartungspersonal darauf aufmerksam, wenn es zu Abweichungen von den Anfangswerten kommt, die zu einem fehlerhaften Verhalten oder gar zum Totalausfall des betreffenden Feldbussegments führen könnten.

Komplexe Verkabelungspläne werden durch eine einfache Tabelle ersetzt, aus der alle Komponenten der physikalischen Feldbusebene hervorgehen. Auf diese Weise lassen sich Kennziffern und Standorte der einzelnen Verteiler und Feldgeräte problemlos lokalisieren und es ist nicht mehr nötig, zur Überwachung, Fehlersuche oder für sonstige Überprüfungen des Systems in einem Verkabelungsplan nachzusehen. Genauso, wie kein Servicetechniker mehr vor Ort gehen muss, um Verteilerschränke zu öffnen, Kabelverbindungen nachzuprüfen und Prüfgeräte oder Messinstrumente anzuschließen. Außerdem muss für Wartungs- und Reparaturarbeiten nicht in die Verkabelung im Kontrollzentrum eingegriffen werden. Es besteht damit auch keine Gefahr, dass neue Fehlerquellen erzeugt werden, was die erforderliche Zeit zur Fehlersuche drastisch reduziert.

Anstelle einer aufwändigen Fehlersuche vor Ort ruft der Servicetechniker lediglich eine Software direkt in der Wartungsstation auf. Bei Pepperl+Fuchs heißt sie Diagnostic Manager und liefert detaillierte Informationen über alle Messwerte der physikalischen Feldbusebene. Eindeutige Textangaben weisen auf mögliche Probleme hin und schlagen jeweils einen Lösungsweg vor. Dabei kann der Servicetechniker entscheiden, welche Aktionen erforderlich sind und seine Vorgehensweise entsprechend planen. In den meisten Fällen wird es genügen, sich des Problems anzunehmen, wenn der Prozess das nächste Mal planmäßig heruntergefahren wird. Oder das Problem wird einfach in den routinemäßigen Wartungsplan aufgenommen. Da Probleme erkennbar werden, lange bevor sie sich auf den Prozessablauf auswirken können, werden unplanmäßige Unterbrechungen des Produktionsprozesses wirksam vermieden. Nach Wartungsarbeiten, Veränderungen oder Erweiterungen der Feldbusinfrastruktur genügt eine kurze Überprüfung mit dem Diagnostic Manager, um sicherzustellen, dass die Signalqualität auf der physikalischen Ebene nach wie vor einwandfrei ist.

Advanced Diagnostics ist in der Lage, 90 % aller Alarmmeldungen zu vermeiden, die durch Probleme im Bereich der physikalischen Feldbusebene ausgelöst werden, bevor diese zu ernsthaften Problemen führen können. Da die gesamte Feldbusstruktur ständig überwacht wird, kommt es zu einer deutlichen Steigerung der Performance des Steuerungssystems.

Ein einzelnes Problem innerhalb der Feldbusinfrastruktur wirkt sich normalerweise nicht wesentlich auf den Prozessablauf der Anlage aus. Problematisch sind normalerweise die Probleme, die nur sporadisch auftreten und daher nur schwer nachvollzogen werden können. Oder solche, die sich aus mehreren Fehlern innerhalb eines Segments ergeben. In solchen Fällen ist es hilfreich, dass der Diagnostic Manager auch den Zugriff über das Internet erlaubt. Dadurch kann sich der Wartungstechniker an einen externen Feldbusexperten wenden, der den direkten Zugriff auf alle Informationen erhält und dadurch eine fundierte telefonische Beratung bieten kann. Alternativ lassen sich die Statusdaten auch in eine Datei schreiben, die dann der externe Experte per eMail erhält. In beiden Fällen kann innerhalb kürzester Zeit die erforderliche Unterstützung bereitgestellt werden. Zur Erkennung schleichender Signalverschlechterungen, die sich über einen längeren Zeitraum entwickeln, steht eine History-Funktion zur Verfügung. Dafür besitzt das Advanced Diagnostic Modul einen nicht flüchtigen Speicher, der historische Daten über einen Zeitraum von bis zu zwei Jahren aufnehmen kann. Weitere Daten lassen sich in einem Rechner in der Wartungsstation speichern. Die Wartungsabteilung ist in der Lage, grafische Darstellungen zu erzeugen, aus denen sich bestimmte Trends ablesen lassen. Außerdem lassen sich mit Hilfe von Exceltabellen statistische Analysen vornehmen.

Um die Ursache eines Problems erkennen zu können, ist es manchmal hilfreich, die tatsächliche Kurve des übertragenen Datensignals zu sehen. Die eingebaute Oszilloskopfunktion enthält zahlreiche Feldbus-bezogene Auslöseereignisse – zum Beispiel Feldbustelegramme von oder an eine bestimmte Adresse oder bestimmte Telegrammtypen, die ausgegeben werden oder verloren gehen. Ein Feldbusexperte kann aufgrund dieser Informationen bestehende Probleme gezielt einkreisen und so leichter deren Ursache erkennen. Ein Merkmal, das nicht nur entscheidend dazu beiträgt, Reparaturarbeiten zu beschleunigen, sondern das Wartungspersonal auch in die Lage versetzt, schwierige Sachverhalte zu erkennen, bevor es zu einem Stillstand des laufenden Prozesses kommt und die Verfügbarkeit der Anlage betroffen ist.

Der Feldbus erlaubt auch die Integration von sicherheitsrelevanten Geräten bis zur Ebene SIL 3. Dabei nutzen Standard- und Sicherheitsausrüstungen dieselbe physikalische Ebene zur Kommunikation, wobei jedoch die Feldbusinfrastruktur von der Beurteilung sicherheitsrelevanter Geräte ausgenommen wird. Das wird durch zusätzliche Prüf- und Abgleichroutinen der Sicherheitsprotokolle erreicht, mit denen die Integrität des Datenaustauschs zwischen dem Feldgerät und der sicherheitsgerichteten Steuerung sichergestellt wird. Dazu kommen redundant ausgelegte elektronische Komponenten, wie Netzgeräte, sowie Advanced Diagnostics zur Überwachung der physikalischen Feldbusebene. Merkmale, die zusätzlich zur Verfügbarkeit des Systems beitragen.

Halle 7A, Stand 210

cav 453

SPS/IPC/DRIVES 2007

Advanced Diagnostics

Pepperl+Fuchs Schulungen