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Geräte-Management FDT/DTM, EDD und TCI: ein Wegweiser für ein erfolgreiches Geräte-Management

| Autor / Redakteur: Martin Paulick / Dr. Jörg Kempf

Der Trend, das Management der Feldgeräte in das Engineering-System zu verlagern, ist nach wie vor ungebrochen. Diese Forderung wird getrieben von Anwendern und Geräteherstellern, die eine Integration der Feldgeräte in das Engineering-System der Systemlieferanten fordern. In der Prozessautomatisierung haben sich dazu die Standards Field Device Tool und Electronic Device Description etabliert. Sie werden zukünftig um das Tool Calling Interface ergänzt. Bestehende komplexe Device-Tools können hiermit einfach in Engineering-Systeme eingebunden werden. Jetzt zielen die Anforderungen der Anwender in Richtung Zusammenführung beider Standards.

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Damit die Kommunikation stimmt: erfolgreiches Geräte-Management
Damit die Kommunikation stimmt: erfolgreiches Geräte-Management
( Bild: Wago )

Herstellerspezifische Device-Tools (DTs) sind oft entstanden, weil für den Feldgerätehersteller keine Möglichkeit besteht, das Geräte-Management in das Engineering-System (ES) zu integrieren. Ein eigenes DT kann der Hersteller genau auf die Anforderungen seines Gerätes abstimmen. Er „erkauft“ diese Spezialisierung allerdings mit der Notwendigkeit, den Anwender auf den Umgang mit dem Tool zu schulen. Oft wird auch ein Feldgerät mit verschiedenen Feldbusanschaltungen ausgeliefert – mit der Konsequenz, sich unter Umständen an verschiedene ES anbinden zu müssen. Als Lösungsmöglichkeiten für dieses „m-zu-n“-Problem bieten sich zurzeit neben Field Device Tool (FDT)-Gerätetreibern auch Geräte-Management-Tools an, die eine Vielzahl von Feldbussen unterstützen. Eine lokale Verbindung zum Gerät, die unabhängig vom Feldbus ist (z.B. USB), wird oft vom Anwender abgelehnt. Eine Lösung für die Anbindung eines DT an ein ES mit Kommunikation über den Feldbus bietet das Tool Calling Interface (TCI).

Tool Calling Interface

TCI – 2006 aufgrund der Anforderungen in der Fertigungsautomatisierung durch die PNO spezifiziert – ist eine einfache Aufrufschnittstelle, um komplexe DT vom ES aufzurufen. Ziel von TCI ist es, die proprietären DT der verschiedenen Hersteller von Feldgeräten möglichst einfach an das ES anzubinden. Von einer wirklichen Integration in das ES wie bei EDD (Electronic Device Description) und FDT kann jedoch keine Rede sein. Beispiele sind DT für Drives von SEW oder Safety-Module für Remote-IO’s von Wago.

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Derzeit ist TCI für die Feldbusse Profibus DP und Profinet IO spezifiziert, jedoch um weitere Feldbusse erweiterbar. Ein TCI-fähiges ES ist der Simatic-Manager von Siemens. Abhängig von der unterstützten Conformence Class des ES und DT können zusätzlich Daten an das Gerätetool übergeben werden (C2) bzw. die Kommunikation noch durch die Gerätetopologie inklusive Steuerung hindurch erfolgen (C3).

Anders als bei einer integrierten FDT-Rahmenapplikation handelt es sich bei TCI um eine Aufrufschnittstelle eines externen Tools und nicht um eine Integration der Geräteapplikation in das ES wie bei FDT. Ein Datenaustausch ist nur in Richtung vom ES zum Gerätetool definiert, nicht jedoch in Gegenrichtung. Über diese Funktionalität hinausgehend hat die PNO mit EDD und FDT bereits zwei praxiserprobte Technologien. Die Entwicklung von TCI auf das Niveau von EDD und FDT ist damit nicht sinnvoll.

Eine interessante Möglichkeit ist es, eine FDT-Rahmenapplikation über TCI an das ES anzukoppeln. Damit sind DTM-Gerätetreiber auch an Engineering-Systemen nutzbar, die keine integrierte FDT-Rahmenapplikation besitzen. Eine FDT-Rahmenapplikation mit TCI-Interface ist beispielsweise der fdtContainer von M&M Software. DTM-Gerätetreibern stehen damit dieselben Möglichkeiten eines DT zur Verfügung.

Zusätzlich kann der Anwender mit diesem Ansatz auch unterlagerte Subbusse mit Geräten planen und in Betrieb nehmen, die durch die Steuerung hindurch kommunizieren (Conformence Class 3). Das ES kennt und sieht in der Regel diese unterlagerten Subbusse und Geräte nicht. Beispiele sind hier ASI-, Hart- oder IO-Link-Geräte, die über Profibus- oder Profinet-Gateways an die Steuerung angeschlossen werden.

EDD und FDT

Mit einer EDD können einfache Feldgeräte ohne großen Aufwand in ES mit EDD-Interpreter integriert werden. Der ES-Hersteller legt mit dem EDD-Interpreter den Funktionsumfang fest, den der Feldgerätehersteller mit der EDD nutzen kann. Auch gibt der EDD-Interpreter die unterstützten Feldbusprotokolle vor. Nicht möglich ist damit eine Projektierung unterlagerter Feldbusse (z.B. IO-Link, Hart, ASI), wenn diese im EDD-Interpreter nicht vorgesehen sind. Im Gegensatz dazu kann bei TCI und FDT der Gerätehersteller zusätzliche Kommunikationsprotokolle für unterlagerte Feldgeräte ergänzen.

FDT bietet für die Anwender von Feldgeräten eine nahtlose Integration der Gerätetreiber ins ES. Die Feldgerätehersteller schätzen dabei die Unabhängigkeit von FDT vom verwendeten Feldbus. Für jeden Feldbus werden Anhänge definiert, wobei die FDT-Basistechnologie davon unbeeinflusst bleibt. FDT passt daher ideal zu Feldgeräten und Remote-I/Os, die ebenfalls unabhängig vom Feldbus sind – einfach durch Austausch der Feldbusanschaltungsbaugruppe.

Mit einer in das ES integrierten FDT-Rahmenapplikation besteht die Möglichkeit des Datenaustausches zwischen dem Gerätetreiber und dem ES. Der Mehrwert für den Anwender besteht darin, dass beispielsweise ein SPS-Programm auf Variablen und Speicheradresse im Gerät zugreifen kann, die vom DTM zur Verfügung gestellt werden. Ziel ist die Vermeidung von Mehrfachengineering (Single Point of Data Entry). In wieweit dieses umgesetzt ist, hängt von der Art und Weise ab, wie der ES-Hersteller die FDT Rahmenapplikation eingebettet hat. Ist im ES keine FDT-Rahmenapplikation integriert, kann der Anwender DTM-Gerätetreiber in eigenständigen FDT-Rahmenapplikationen verwenden (Stand-alone-Frames). Auch können Stand-alone-Frames verwendet werden, um Geräte zu parametrieren, wo das ES diese Feldbusprotokolle oder Netzwerktopologie nicht unterstützt. Wago liefert für die I/O-Systeme der Serie 750, Speedway (IP 67) und den Messwertwandlern Jumpflex DTM-Gerätetreiber.

Field Device Integration

Die Initiative von Prof. Dr. Klaus Bender (siehe Kasten auf Seite 37) zielt auf die Zusammenführung der Standards EDD und FDT einschließlich Beseitigung von Kritikpunkten. Zusätzlich soll FDI abwärtskompatibel zu EDD und FDT sein. Diese beiden Technologien sind unter dem Dach der PNO entstanden, wobei jede ihren Anwendungsfall hat. Die PNO grenzt die Technologien derart von einander ab, dass EDD sehr gut für Geräte mit geringer Komplexität geeignet ist und FDT für Geräte höherer Komplexität. Fakt ist, dass einige Hersteller von ES jedoch nur eine der beiden Technologien unterstützen. Dies führt zur Ausgrenzung von Feldgeräten, die nicht die gewählte Variante des ES unterstützen. Diese Problematik wird mit FDI durch Zusammenführung von EDD und FDT gelöst.

Kritikpunkte an FDT sind die hohe Komplexität der Schnittstellen und Abhängigkeit vom Betriebssystem bzw. Betriebssystemversion (Microsoft-COM-Technologie). In FDI wird Microsoft COM durch Java ersetzt, und auch das FDT-Kommunikationskonzept wird in FDI durch OPC UA unabhängig vom Betriebssystem.

Ein ES mit FDI-Schnittstelle wird also beide Anwendungsfälle abdecken: Geräte mit geringer Komplexität können mit einer EDD und Geräte höherer Komplexität mit einem Gerätetreiber ins ES integriert werden. Die Anforderung der Abwärtskompatibilität zu EDD und FDT könnte von den ES-Herstellern schon jetzt in die Systeme implementiert werden, ohne auf das Release der FDI-Spezifikation Ende 2008 zu warten.

WEB-Server

Ein eleganter Weg zur Durchführung des Geräte-Managements nutzt einen in das Gerät integrierten WEB-Server. Der Vorteil ist, dass das Geräte-Management-Tool im Gerät integriert ist und dadurch keine extra Software notwendig wird. Weiterhin ist es unabhängig vom verwendeten Browser und Betriebssystem. Eine Einschränkung ist die Beschränkung auf Ethernet als Feldbus. Auch muss das Gerät physikalisch vorhanden und online sein, um Einstellungen vornehmen zu können. Eine Offline-Parametrierung ohne Gerät ist nicht möglich. Ein Backup/Restore der Einstellungen kann über Laden/Speichern der Einstellungen in einer Datei realisiert werden. Die Ethernet-Geräte der Wago-I/O-Systeme besitzen bereits einen integrierten Web-Server zur einfachen Parametrierung und Diagnose. Die programmierbaren Geräte davon bieten darüber hinaus eine Visualisierung der Prozesswerte und Einstellungen, z.B. der Wago 750-841.

Fazit

Nicht zuletzt auf Druck der Anwender werden sich die Engineeringsysteme für die Integration von Geräte-Tools öffnen. TCI ist da ein Schritt in die richtige Richtung, um bestehende Geräte-Tools einfach an ein ES anzubinden. Keinesfalls kann jedoch von einer Integration des DT ins ES gesprochen werden. Interessant ist, dass TCI auch von DTMs in einem nicht FDT-fähigen ES genutzt werden kann, um unterlagerte ASI-, Hart- oder IO-Link-Geräte an das ES anzubinden. Mit der Zusammenführung von EDD und FDT zeigt FDI die Zukunft auf. Getätigte Investitionen und aktuelle Entwicklungen in FDT/DTM und EDD können auch weiterhin mit FDI genutzt werden.

Hintergrund: Das FDI-Konzept

Auf Initiative von Prof. Dr. Klaus Bender vom Lehrstuhl ITM der TU München wurde das Field Device Integration (FDI)-Konzept geboren. FDI soll FDT und EDD zusammenführen und abwärtskompatibel zu beiden sein. Ein funktionsfähiger Prototyp war auf der Hannover Messe Industrie 2007 zu sehen. Die Spezifikation dieses Konzeptes soll bis Ende 2008 unter Mitarbeit des EDDL Cooperation Team, der FDT-Group und den Feldbusorganisationen Fieldbus Foundation, Hart Communication Foundation, OPC-Foundation und Profibus Nutzerorganisation (PNO) abgeschlossen sein.

Der Autor ist im Produktmanagement Automation bei der WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG in Minden tätig.

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