Profibus setzt die Anwenderanforderungen der Namur bei den Diagnosemöglichkeiten um

Asset Management leicht gemacht

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Mit einer klaren Klassifizierung von Diagnoseinformationen in vier Statussignale hat die Namur in ihrer Empfehlung 107 richtungsweisend das Management von Diagnosedaten in Leitsystemen und Asset Management-Systemen vorgezeichnet. Profibus International hat in einem Anhang zum Profibus-PA-Profil diese Empfehlung nun umgesetzt. Bei neuen Profibus-Geräten für die Prozessautomation wird jetzt neben den Diagnosedaten auch der Gerätestatus im Sinne der NE 107 übertragen. Dies bringt insbesondere im Hinblick auf Asset Management-Aufgaben enorme Vorteile mit sich.

Dr. Matthias Römer

Bei prozesstechnischen Anlagen mit Feldbusinstallation stellen die aus den Feldgeräten erhältlichen Informationen ein bedeutendes Nutzenpotenzial dar. Dies gilt umso mehr, als dass die Hersteller von intelligenten Feldgeräten ihre Produkte zunehmend mit Funktionen zur Bereitstellung von Informationen für Diagnosezwecke ausrüsten. Auf der anderen Seite bemühen sich Feldbusorganisationen um eine Vereinheitlichung der Übertragung von Diagnosedaten, Anwender wiederum formulieren auf Basis praktischer Erfahrungen ihre Wünsche nach Einfachheit und Reduzierung der Informationsflut. Profibus International hat dieser Situation Rechnung getragen und hat zusammen mit Namur-Vertretern ein Konzept zur Straffung der Diagnosedaten und zur Anpassung an die Anwenderwünsche erarbeitet. Die in der Namur-Empfehlung 107 formulierten Anforderungen nach einer leicht verständlichen und einfach handhabbaren Klassifizierung von Diagnoseereignissen sind nun umgesetzt worden. Ob das Gerät im Kontrollmodus (etwa Messwertsimulation) betrieben wird, Wartungsbedarf vorliegt, außerhalb seiner Spezifikation eingesetzt wird oder seine Messfunktion ausgefallen ist: Profibus-Geräte liefern klare Informationen.
Das Profibus-Kommunikationsprotokoll verfügt über ein Diagnosekonzept, das die Anforderungen aus unterschiedlichen Anwendungsszenarien erfüllt: Sowohl die Information über den aktuellen Gerätezustand kann permanent übertragen werden als auch eine Diagnoseinformation, die einmalig zum Zeitpunkt ihres Auftretens und damit ereignisabhängig kommuniziert werden soll. Darüber hinaus können auf Initiative eines übergeordneten Leitsystems oder Plant Asset Management-Systems Diagnoseparameter ausgelesen werden.
Messwertstatus
Zur Übertragung des Gerätezustands wird der Messwertstatus verwendet. Der Messwertstatus beschreibt aktuell einen bestimmten Slave- bzw. Signalzustand. Er wird ständig erneuert und zyklisch zusammen mit dem Messwert vom Gerät an den Profibus-Master übertragen. Der Master kann die Informationen ggf. in seinem Steuerungsprogramm nutzen und darauf reagieren. Der Messwertstatus wird unaufgefordert übertragen, auch wenn keine Änderungen eingetreten sind. Er wird nicht bestätigt und nicht gespeichert. Bei Profibus PA wird in den Feldgeräten profilgemäß während der Messwertbildung aus dem Sensorsignal ein Messwertstatus generiert, kodiert und zusammen mit dem Messwert als zugehörige Qualitätsaussage an den Master übertragen. Der Messwertstatus wird auch als Quality Code (QC) bezeichnet. Die Bedeutungen für die zahlreichen möglichen Informationen im QC sind im Profibus Applikationsprofil für PA-Geräte festgelegt.
Diagnose
Der Begriff Diagnose steht für eine Menge an Informationen bezüglich identifizierbaren Eigenschaften am Gerät oder an den umgebenden Prozessbedingungen. Hierzu ist das Feldgerät mit entsprechender Funktionalität zur Überwachung seines eigenen Zustandes und des Zustandes seiner näheren Prozessbedingungen ausgestattet. Diese Informationen dienen der Feststellung und Beschreibung des Gerätezustandes, d. h. vor allem der Kommunikation, der Gerätetechnologie und der Umgebungsbedingungen. Ihre Übertragung an den Master erfolgt – anders als beim Wertstatus – nur dann, wenn beim Gerät Diagnoseinformationen angefallen sind. In diesem Fall setzt das Gerät in seinem zyklischen Antworttelegramm an den Master ein Flag, aufgrund dessen dieser die aktuelle Diagnose in Form eines Diagnosetelegramms vom Gerät anfordert.
Die Decodierung erfolgt aufgrund von (Hersteller-) Angaben in der GSD (General Station Description, Gerätestammdaten-Datei) des Gerätes, deren Inhalt dem Master bekannt ist. Es wird zwischen einem Teil Standarddiagnose (für alle Geräte automatisch durch die Profibus-Kommunikationssoftware erzeugt) und einer optionalen, gerätespezifischen Diagnose (erweiterte Diagnose) unterschieden. Bei Profibus PA sind für Prozessgeräte im Applikationsprofil für PA-Geräte im Physical Block des Gerätes bestimmte gerätespezifische Diagnosen festgelegt. Diese Informationen können jederzeit zusätzlich azyklisch mit entsprechenden Bedientools ausgelesen werden, ohne dass dabei der Protokollablauf zwischen Gerät und zugehörigem Master beeinflusst wird.
Alarme sind spezielle Diagnosemeldungen aus einem Profibus-Slave, deren Bearbeitung garantiert ist und die durch den Master Class 1 bestätigt werden. Sie bestehen aus einer entsprechend gekennzeichneten Diagnosemeldung, worauf der Master eine entsprechende Behandlung der Diagnose durch sein Applikationsprogramm auslöst sowie eine anschließende Quittierung des Alarms durchführt. In der internationalen Norm IEC 61158 ist die Alarm-Funktion für Profibus spezifiziert, diese wird jedoch bei Profibus-PA-Geräten derzeit nicht eingesetzt.
Übertragung von NE 107-Statusinformationen
Durch den Anhang 2 zum Profibus-Applikationsprofil für PA-Geräte hat Profibus International den Anwenderwünschen nach „Vermeidung der Meldeflut“ und „Verwendung von Statussignalen“ Rechnung getragen. Für die Übertragung der Statussignale nach NE 107 wird der Messwertstatus verwendet.
Der Wertebereich des Messwertstatus im Profibus-Applikationsprofil für PA-Geräte wurde stark eingeschränkt. In der verbleibenden Menge befinden sich Werte des bisherigen Messwertstatus sowie einige neue Werte, die definiert wurden, um den Anforderungen der Anwender nachzukommen. Gleichzeitig ist es durch die Reduzierung gelungen, die Komplexität zu verringern. Die neue Definition des Messwertstatus repräsentiert aufgrund aller Erfahrungen am besten die typischen Ereignisse in einer Anlage. Nur diese Untermenge von Werten mit eng definierten Inhalten steht den Feldgeräteherstellern in Zukunft zur Kodierung von Diagnoseklassen zur Verfügung. Darunter befinden sich vier ausgezeichnete Werte, die zu den vier Statussignalen der NE 107 korrespondieren (Bild 3).
Adaptierbar auf den spezifischen Anwendungsfall
Für die sinnvolle Zuordnung eines Diagnoseereignisses zu einem Statussignal muss häufig die betrachtete Messstelle vor dem Hintergrund ihrer Funktion im Gesamtprozess bewertet werden. Bild 4 macht diesen Zusammenhang an einem Beispiel deutlich: Bei a) sei die Prozesssteuerung so programmiert, dass ein Ausfall des Füllstandgrenzschalters L 4711 eine Verriegelung aktiviert, die ein Befüllen des Behälters verhindert. Bekannt sei ferner, dass die Bildung von Ansatz beim Füllstandgrenzschalter die Zuverlässigkeit des Geräts beeinträchtigt. Aus Sicht der Prozessführung kann es deshalb sinnvoll sein, die Ansatzbildung beim oben am Behälter angebrachten Grenzschalter mit „Ausfall“ im Messwertstatus zu signalisieren, um damit ein Überfüllen des Behälters sicher ausschließen zu können. Der baugleiche Grenzschalter sei in einem anderen Behälter bei unterer Befüllhöhe angebracht (b). Die Information „Ansatzbildung“ sei aus Sicht der Prozessführung eher unwichtig, weshalb hier keines der genannten Statussignale als Messwertstatus übertragen wird.
Der am Beispiel des Füllstandgrenzschalters gezeigten Subjektivität einer Klassifizierung von Diagnoseereignissen ist bei Profibus Rechnung getragen worden: Die Zuordnung eines Diagnoseereignisses zu einem Wert des Messwertstatus (entsprechend einem Statussignal) kann abweichend von der Werkseinstellung nachträglich am Gerät verändert werden. Hierzu ist im Profil für Geräte der Prozessautomation (PA) ein spezieller Parameter eingeführt worden, der diese Zuordnung beschreibt.
Individuelle Meldungen
Bei obigem Beispiel ist nur die Sicht der Prozessführung angesprochen worden. Aus Sicht des Wartungspersonals stellt Ansatzbildung beim Füllstandgrenzschalter in jedem Fall ein Wartungsbedarf dar, unabhängig vom Einbauort des Geräts und seiner spezifischen Bedeutung für den Prozess. Deshalb hat man bei Profibus den Wertebereich des Messwertstatus bewusst nicht auf vier Werte eingeschränkt. Dadurch können auch Diagnoseereignissen solche Werte zugeordnet werden, die keinem der in NE 107 genannten Statussignale entsprechen. Hierdurch werden gleich zwei Fliegen mit einer Klappe geschlagen: Einerseits kann über den Messwertstatus eine differenziertere Information über den Gerätezustand übertragen werden (etwa dringender oder mittelfristiger Wartungsbedarf), andererseits kann der Wert des Messwertstatus auf eines der Statussignale nach NE 107 im Leitsystem/Plant Asset Management-System zugeordnet werden – und das differenziert für die Prozessführung und das Wartungspersonal.
Diagnose mit Augenmaß
Das neue Diagnosekonzept von Profibus PA ist mit Augenmaß und Weitsicht verwirklicht worden: Geräte, die den bisherigen Messwertstatus bereitstellen, werden diesen aus Kompatibilitätsgründen auch in Zukunft anbieten. Dazu ist eine Umschaltbarkeit zwischen bisherigem und neuem Messwertstatus vorgesehen. Die Adaptierbarkeit der Klassifizierung von Diagnose-ereignissen, wählbarer Detaillierungsgrad des Messwertstatus und die Möglichkeit individueller Meldungen für Prozessführung und Wartungspersonal zeugen von einer weitsichtigen Lösung, die verschiedenste Anforderungen und Sichtweisen in einem gemeinsamen Konzept vereinigt.
Halle 6, Stand 210
cav 442

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