Standardisierte Konfiguration

Prof. Christian Diedrich, Matthias Riedl, Dr. René Simon, Mario Thron

Die digitale Informationsverarbeitung in Feldgeräten und die digitale Kommunikation über Feldbusse führte zu einem Wandel in der Handhabung von Automatisierungssystemen in der Verfahrenstechnik. Die Werkzeuge für Inbetriebnahme, Wartung sowie für das Engineering und die Programmierung solcher Automatisierungssysteme benötigen eine exakte Beschreibung der Daten und Funktionen eines Feldgerätes (Abb. 1). Die Gerätebeschreibung selbst sowie der Weg von der Erstellung der Beschreibung bis zu ihrer Nutzung wird als Gerätebeschreibungstechnologie bezeichnet. Die Beschreibung enthält zum Beispiel Konfigurationsparameter des Feldbusses sowie Wertebereiche, Maßeinheiten, Default-Werte, Grenzwerte, Beschriftungen und Hilfeinformationen. Die Profibus Nutzerorganisation (PNO) hat zur Beschreibung dieser Informationen die Electronic Device Description Language (EDDL) entwickelt. Diese liegt aktuell in der Version 1.1 vor. Das Haupteinsatzgebiet der Gerätebeschreibung ist die Konfigurierung und Parametrierung der Geräte. Weiterhin werden die in der Gerätebeschreibung enthaltenen Informationen auch für das Engineering des übergeordneten Leitsystems benötigt und beispielsweise über FDT (Field Device Tool) zur Verfügung gestellt.

Feldgeräte wie Sensoren, Aktuatoren oder Umrichter haben sich über eine Anzahl von Stufen entwickelt. Diese Entwicklung spiegelt sich noch heute in ihrem Aufbau wider. Am Beispiel eines Messumformers sei diese Entwicklung dargestellt. Ausgangspunkt ist die analoge Gerätetechnik (Abb. 2). Der Messumformer besteht aus einem Signaldetektor zur Umwandlung des physikalischen Sensorsignals in ein elektrisches Signal. Vor Ort kann die Skalierung mit Hilfe von Trimmschrauben beeinflusst werden. Der Messwert wird über eine analoge Verbindung (z. B. 4…20 mA) für die weitere Verarbeitung zum Prozesskoppelmodul der SPS oder zu einer anderen Steuerungskomponente übertragen. Durch die Einführung der Mikroprozessortechnik änderte sich diese Anordnung. Über weitere Entwicklungsstufen hinweg entstanden intelligente Feldgeräte mit digitaler Verarbeitung der Signale. Die Einführung der Feldbustechnik erzeugte wiederum eine neue Qualität. Seitens des Gerätes erfolgt der Anschluss durch einen Kommunikationscontroller (Abb. 3). Dies zieht die Einführung spezieller Kommunikationsparameter nach sich. Nun muss sowohl das Feldgerät kommunikationstechnisch parametriert als auch das gesamte Kommunikationssystem entworfen und in Betrieb genommen werden. Die zusätzliche serielle Schnittstelle entfällt unter Umständen – ihre Aufgabe kann der Feldbus mit übernehmen –, nicht jedoch die gerätespezifische Parametrierungssoftware. Die Modularisierung eines Feldgerätes in Variablen und Funktionen, Kommunikation sowie Visualisierung ist allgemeingültig. Daraus kann abgeleitet werden, dass ein Gerät für die Teilaspekte Gerätefunktionalität (Variablen und Funktionen), Datentransport (Kommunikation) und Bedienerführung (Visualisierung) Informationen bereitstellen muss.

Die Funktionen und Variablen eines Feldgerätes repräsentieren den Ausschnitt der von außen durch den Nutzer sichtbaren Funktionalität. Sie verändern sich nur bei der Herausgabe neuer Geräteversionen. Bei gleich bleibender Funktionalität der Geräte sind die Kommunikationskenngrößen und -funktionen immer abhängig vom verwendeten Feldbus. Die Bedienerführung ist eng mit der Gerätefunktion verbunden, muss jedoch hinsichtlich der Darstellung auf dem Bildschirm den sich wandelnden Anforderungen der HMI-Trends – resultierend aus den hier vorhandenen Plattformabhängigkeiten (zum Beispiel PC-Technik) – folgen. Die unterschiedlichen Werkzeuge im Engineeringprozess können über den Bus mit den intelligenten Geräten verbunden werden. Der gleiche Feldbus wird für alle Interaktionen zwischen Steuerung und Feldgerät und zwischen den PC-Werkzeugen und Feldgerät eingesetzt. Damit können auch Hersteller spezifische PC-Werkzeuge durch Hersteller unabhängige ersetzt werden. Dazu benötigen die Hersteller eine Hersteller übergreifende Form der Beschreibung ihrer Geräte. In der PNO wurde für diese Zwecke die Sprache EDDL geschaffen. Eine mögliche Abbildung der Informationen aus solch einer EDDL-Datei in ein Inbetriebnahmewerkzeug zeigt Abbildung 4.

Die EDDL stellt die Sprachmittel für die Beschreibung der funktionellen Aspekte von Feldgeräten bereit. Die Hauptbestandteile einer Gerätebeschreibung entsprechend der EDDL sind Arrays, Blocks, Collections, Commands, Connections, Domains, Item Arrays, Menus, Methods, Programs, Records, Relations, Respond Codes, Variables und Variable Lists. Weiterhin sind in der Spezifikation Funktionen beschrieben, die als API von der EDDL benutzt werden können und eine Art Laufzeitumgebung bilden. Es sind Mechanismen vorhanden, um:

• bestehende Profilbeschreibungen in eigene Gerätebeschreibungen mit aufzunehmen, um nur noch die Zusätze beschreiben zu müssen

• auf Objekte, die in vielen Punkten bestehenden Objekten ähneln, zu referenzieren und nur noch die Zusätze zu beschreiben

• auf Standardwörterbücher zurückgreifen zu können

• die Gerätebeschreibung einem Gerät zuordnen zu können

Im Folgenden wird die Verwendung von einigen wesentlichen Sprachmitteln vorgestellt, aus denen sich Gerätebeschreibungen zusammensetzen. Eine Variable beschreibt einen Parameter im Feldgerät. Sie besitzt einen eindeutigen Namen, einen Datentyp, Defaultwert, Grenzwerte und weitere Attribute. Variablen können Methoden zugeordnet werden, die abhängig von der Nutzeraktion ausgeführt werden und lassen sich klassifizieren (Input, Output, Dynamik), wobei sich auch bestimmte Klassifikationsmerkmale überlagern können. Die Commands werden benutzt, um zum Beispiel den Wert einer Variable zum Gerät zu schreiben oder vom Gerät zu lesen. Solch ein Kommando beschreibt den zu übertragenden Objekttyp und die Art der Adressierung (relativ, absolut, Slot, Index). Ein Menü organisiert schließlich Variable, Methoden und weitere Objekttypen in einer hierarchischen Struktur. Der EDDL-Interpreter kann die Menüs zur Organisation der Oberfläche und der Ein- und Ausgabeformate benutzen. Diese beschriebenen EDD-Dateien führen zu einer Bedienoberfläche, die die Variablen in der vorgegebenen Menüstruktur anordnet, editierbar macht und die Kommunikation mit dem Gerät ermöglicht.

Die aktuelle Version 1.1 der EDDL ist ein ausgereifter Industriestandard. Trotzdem werden die Anforderungen an die Beschreibungstechnik mit der steigenden Komplexität der Feldgeräte erweitert. So laufen zur Zeit Arbeiten an der besseren und formal eindeutigen Spezifikation der dynamischen Syntax. Es wird einen Zertifizierungsprozess geben, um den Anwendern die Gewähr zu geben, dass Gerät und Beschreibung einander entsprechen. In diesem Zertifizierungsprozess werden neben dem Gerät selbst (aktueller Stand der Prüfung) auch die Korrektheit der EDD an sich und das Zusammenspiel mit dem Gerät geprüft. Hierfür werden Testspezifikationen erarbeitet. In den nächsten Versionen sollen auch hardwaremodulare Slaves beschreibbar oder Anforderungen, die sich aus der Zusammenarbeit mit FDT-DTM- oder Profinet-Komponenten ergeben, abbildbar sein.