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Ringförmiger Profibus

DP/PA-Koppler ermöglicht redundante Profibus-PA-Strukturen für mehr Sicherheit
Ringförmiger Profibus

Der Profibus PA ist optimal geeignet, um Prozessfeldgeräte wie Temperatur- oder Durchflussmesser in Betriebsumgebungen bis Ex-Zone 1 oder 0 direkt in das Prozessleitsystem zu integrieren. Er selbst wird über den Profibus DP an das Automatisierungssystem angebunden. Der DP/PA-Netzübergang erfolgt in der Regel entweder per DP/PA-Koppler oder per DP/PA-Link. Mit dem DP/PA-Koppler von Siemens lassen sich jetzt redundante Strukturen aufbauen und damit Sicherheit und Anlagenverfügbarkeit erhöhen.

Dipl.-Ing. Nicolas Heise

Profibus ist mit seinen mittlerweile über 20 Mio. installierten Knoten das am weitesten verbreitete Feldbussystem für die industrielle Kommunikation. Bewährte Technik und ein intelligenter Protokollaufbau haben diesen Erfolg möglich gemacht. Ein weiterer wesentlicher Grund für den Erfolgsfaktor Profibus sind die zahlreichen Unternehmen, die sich in der Organisation Profibus International zusammengeschlossen haben, um ein auf die individuellen Kundenbedürfnisse zugeschnittenes Produkt- und Dienstleistungsspektrum anzubieten. Aus diesen Anforderungen entstehen immer wieder neue Funktionen wie die Ringtopologie bei Profibus PA zur Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit.
Um eine breite Akzeptanz am Markt zu erreichen, ist es für eine Technologie heute eminent wichtig, offen zu sein. Proprietäre Lösungen erreichen in der Regel keinen hohen Verbreitungsgrad. Eine wesentliche Grundlage der Offenheit sind internationale Standards. Profibus ist in der IEC 61158/IEC 61784 erfasst. Neben den internationalen sind aber auch die regionalen Standards von großer Bedeutung. So wurde Profibus beispielsweise am 20. November 2006 in Peking zum höchsten nationalen chinesischen Standard („National Standard GB/T 20540-2006 Profibus Specification“) erklärt.
In den vergangenen Jahren stieg die Zahl der installierten Profibus-Knoten immer weiter kontinuierlich an. Rund 3 Mio. Knoten sind mittlerweile in der Prozessindustrie installiert. Somit ist Profibus nicht nur ein ausgereiftes Kommunikationssystem, sondern es wird auch stetig weiterentwickelt. In einer kürzlich erschienenen Studie der ARC Advisory Group wurden die zu erwartenden Wachstumsraten bei Feldbussen in der Prozessautomatisierung beleuchtet. Demzufolge wird der Markt für Feldbuslösungen in den nächsten fünf Jahre um durchschnittlich 22 % per anno wachsen.
Neben den Vorteilen bei der Installation und Inbetriebnahme (geringerer Verdrahtungsaufwand, Minimierung der Fehlerquellen, etc.) sind es vor allem die vorbeugende Wartung und Instandhaltung sowie das anlagenweite Asset Management, die zusätzlichen Kundennutzen darstellen.
Redundanz und Sicherheit
Mit redundantem Aufbau leisten die Feldbusse einen wichtigen Beitrag, die Forderung nach höchstmöglicher Anlagenverfügbarkeit zu erfüllen. Immer mehr an Bedeutung gewinnen darüber hinaus Lösungen zum Anlagen- und Personenschutz (Safety), die sich nahtlos in die vorhandene Automatisierungs- und Feldbustechnik integrieren. Mit Profibus können alle diese Anforderungen sowohl für die Fertigungsautomatisierung als auch für die Prozessautomatisierung abgedeckt werden.
In Applikationen der Prozessautomatisierung ist die Verfügbarkeit der Systeme von zentraler Bedeutung. Im besonderen Maße betrifft dies die sogenannten kontinuierlichen Prozesse, die es nicht erlauben, einen Prozess still zusetzen. Um Ausfälle der Automatisierung zu vermeiden, werden die Controller und Kommunikationssysteme redundant aufgebaut. Bei Profibus DP gibt es diese Option bereits seit längerem. Mit der Ringtopologie besteht nun auch die Möglichkeit, die Verfügbarkeit von Profibus-PA-Strängen zu erhöhen.
Auch für den Anlagen- und Personenschutz (Safety) sind mittlerweile Prozessfeldgeräte bis SIL2 (Safety Integrity Level 2) für Profibus PA erhältlich. Somit lassen sich durchgängige Lösungen mit erhöhter Verfügbarkeit und Safety mit Profibus realisieren. Besonders in hybriden Applikationen ergeben sich für den Anwender große Nutzenvorteile. Die Durchgängigkeit von Profibus für Applikationen der Prozessautomatisierung und von High-Speed-Anwendungen wie Drives ermöglicht es dem Anwender auf ein System zu setzen, welches er effizient bedienen und warten kann.
Lücke geschlossen
Bei Profibus PA wird mit den beiden Redundanzkonzepten eine bestehende Lücke in der Feldbuskommunikation für die Prozessautomatisierung geschlossen. Grundsätzlich kann der Aufbau in der sogenannten Koppler- und Medienredundanz (Ringtopologie) erfolgen. In beiden Varianten kommt ein DP/PA-Koppler zum Einsatz. Über ihn wird der Profibus-PA-Strang an das übergeordnete redundante DP-Netz angeschlossen. Diese Koppler verfügen über integrierte Diagnose-Slave-Funktionen. Zum Aufbau sind ebenfalls aktive Feldverteiler erforderlich. Bei der Kopplerredundanz wird ein Active-Field-Splitter (AFS) eingesetzt. Die Ringtopologie erfordert den Einsatz eines Active-Field-Distributor (AFD). Der aktive Feldverteiler AFD verfügt über eine automatische Busterminierung. Mit dieser Funktion ist es dem System möglich, defekte Bussegmente bei Kurzschluss oder Drahtbruch automatisch und stoßfrei zu isolieren.
Darüber hinaus erlaubt sie dem Anwender, Änderungen an der Instrumentierung, einschließlich Hinzufügen oder Entfernen von Ring-Segmenten, im laufenden Betrieb vorzunehmen. Durch den Einsatz automatischer Busterminierung wird die Installation einfacher, da eine falsche Terminierung grundsätzlich ausgeschlossen ist.
Diagnose und Integration
Die Diagnosemöglichkeiten werden in industriellen Anwendungen immer wichtiger. In Anlagen der Prozessautomatisierung fallen eine große Menge an Diagnosemeldungen für Anlagenfahrer oder Instandhaltungspersonal an. Diese Meldungen können Auskunft über kritische Zustände vermitteln. Ebenso wichtig ist es, einen vorausschauenden Blick auf Anlagenzustände zu haben, um vorbeugende Wartungsmaßnahmen durchzuführen, bevor es zu Ausfällen von Komponenten kommt. Eine schnelle Aussage über den Zustand der aktiven Feldverteiler ermöglichen die von außen ablesbaren Diagnose-LED. Noch wichtiger ist natürlich die Einbindung in das Prozessleitsystem. Hierzu können die DP/PA-Koppler als Diagnose-Slaves projektiert werden. Somit stehen umfassende Diagnose- und Zustandsinformationen, wie z. B. Strom- und Spannungswert auf der Hauptleitung, Redundanzstatus oder Drahtbruch und Kurzschluss für den Anwender zur Verfügung. D. h. neben den eigentlichen Diagnoseinformationen der Prozessfeldgeräte erhält das Instandhaltungspersonal auch hilfreiche Informationen über den Zustand der Kommunikation. Damit lassen sich Fehlerquellen schneller auffinden und Stillstandszeiten verringern.
Zur Geräteintegration wird die bewährte EDD-Technologie (Electronic Device Description) verwendet. Hierdurch ist eine optimale Integration in das Asset Management des Prozessleitsystems gewährleistet. Der Engineering-Aufwand im Process Device Manager (Simatic PDM) ist hierbei minimal.
cav 428

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