Worldwide China Indien

Diagnosetools

Prozessautomatisierung

10.01.2007 | Redakteur: Dr. Jörg Kempf

Diagnosetools für den Feldbus schaffen häufig erst die Voraussetzung für siche-re Netze. PROCESS stellt eine Auswahl vor:

Sabine Mühlenkamp

Die Autorin ist redaktionelle Mitarbeiterin bei PROCESS.E-Mail: info@muehlenkamp.net

Um eines vorwegzunehmen: Feldbusse arbeiten sehr stabil. So haben Laborversuche und Messungen in laufenden Anlagen durch das Prüflabor von Reinhold & Mahla gezeigt, dass die Kommunikation von einzelnen Fehlern meist unbeeindruckt weiter läuft, so lange es sich nicht um fatale Fehler handelt. Problematisch wird es immer dann, wenn ein bestimmter Störpegel überschritten wird. Sprich: Das Netzwerk läuft meist lange Zeit – trotz einiger Störungen, wie etwa durch EMV – sehr sicher und wird erst durch einen weiteren Fehler gestört. Die Konsequenz für die Praxis: Es ist wichtig, den ersten Fehler zu detektieren bzw. Fehler bereits bei der Installation zu vermeiden, um Störsicherheit zu gewährleisten.

Wie lassen sich solche Fehler diagnostizieren? „In der Vergangenheit ließen sich Feldbusnetzwerke mit herkömmlicher Messtechnik, also einem Oszilloskop, überprüfen. Dies erfordert einen hohen Sachverstand, und es lassen sich nicht alle Parameter erfassen“, erklärt Sven Seintsch vom Rheinhold & Mahla Prüflabor. „In der Praxis hat sich der Jitter als besonders geeignet heraus gestellt, um das Verhalten des Physical Layer zu beobachten. Wenn dieser Wert ein vorgegebenes Zeitfenster verlässt, kann ein empfangenes Gerät das Telegramm möglicherweise nicht mehr auswerten.“

Fehler im laufenden Betrieb zeigen sich außerdem durch ein Rauschen auf dem Feldbussignal. Da aber das Rauschen die Kommunikationsgüte nur bedingt verschlechtert, bietet sich besonders der Jitter als Gütefaktor an. Bereits heute gibt es Diagnosetools, die Symptome wie Rauschen, Signallevel und Jitter detektieren können.

Prinzipiell gibt es zwei Möglichkeiten: den Festeinbau und die mobile Nutzung von Diagnosegeräten. Die mobile Nutzung unterscheidet sich nicht wesentlich von dem bekannten Multimeter für 4…20 mA-Normsignale. Wenn es zu einem Anlagenfehler kommt, analysiert das Servicepersonal vor Ort die installierte Gerätetechnik. Die stationäre Nutzung von „physical-Layer-Diagnose“ ähnelt mehr den bekannten Hart-Wartungs-Systemen. Allerdings muss der Anwender beim Umgang mit dem Tool über ein gewisses Fachwissen und einige Erfahrung verfügen, um die Symptome den eigentlichen Ursachen zuzuordnen und letztendlich lokalisieren zu können. „Die bisher existierenden Feldbus-Diagnosetools sind nicht als Instandhaltungswerkzeug konzipiert und zu komplex. Ihr Fokus liegt zu sehr auf der Telegrammanalyse und Fehlersuche. Die Messergebnisse sind meist schwer und oft nur von Spezialisten oder von externen Dienstleistern zu interpretieren“, bestätigt Steffen Himstedt von Trebing&Himstedt.

Die Forderungen lauten daher, das eine einfache Integration in die vorhandene Leittechnik möglich sein muss. Darüber hinaus erwartet der Anwender eindeutige Diagnose- und Anweisungsmeldungen, damit auftretende Fehler und Veränderungen rechtzeitig erkannt und beseitigt werden. „Es geht darum, schleichende Fehler zu erkennen“, macht Thomas Menze, Geschäftsführer von MTL Instruments deutlich. So wird ein daraus resultierender Anlagenstillstand von vorneherein vermieden.

Erprobung in der Praxis

In einem Feldversuch der Clariant Produkte (D) GmbH am Standort Höchst wurde erstmalig eine permanente Überwachung von etwa 40 Feldbussträngen mit etwa 300 Feldbusteilnehmern in einer Produktionsanlage installiert. Auch hier zeigte sich, dass der Feldbus sehr stabil lief. So bestätigten die ersten positiven Überwachungsergebnisse zum einen die Auswahl der robusten Installationstechnik (beispielsweise Speisetechnik, Feldbusbarrieren, Ventilboxen) und zum anderen das verwendete Schirmungskonzept (guter Potenzialausgleich der Anlage, harte beidseitige Erdung des Schirmes). Bis auf Einzelergebnisse zeigten sich gute (IEC 61158-2 konforme) Messergebnisse in der Anlage.

Gute Installation als beste Basis

Mit dem Einsatz eines Diagnosetools konnten auftretende Grenzwertverletzungen (beispielsweise erhöhte Jitter-Werte) im laufenden Betrieb ermittelt und beseitigt werden, bevor es zu Produktionsbeeinträchtigungen kommen konnte. Für den Versuch wurde eine Produktionsanlage mit häufigen Segmenterweiterungen gewählt. Hier konnten negative Auswirkungen der Montageaktivitäten direkt erkannt und beseitigt werden. Daher ist das Urteil von Michael Pelz, Clariant, eindeutig: „Anhand der Ergebnisse des Feldversuches empfehlen wir neue Feldbusanlagen, wenn möglich, direkt mit einer ständigen Überwachung des Physical Layer auszustatten.“ Pelz fügt jedoch einen wichtigen Aspekt an: „Die beste Basis für eine zuverlässige Kommunikation ist eine gute Installation. Mithilfe der Diagnosetools kann vor der Inbetriebnahme die Qualität einer Installation überprüft werden, und es wird möglich, diese Qualität über den Lebenszyklus der Anlage zu erhalten.“

Mit bus check stellt Softing seine Familie an Diagnosewerkzeugen für die industrielle Kommunikationstechnik vor. Neuentwickeltes Mitglied der Familie ist der Protokollanalysator für Profibus-Netze (DP und PA), der vor allem Inbetriebnehmer und Wartungspersonal effektiv dabei unterstützt, Anlagenausfälle aufgrund von Kommunikationsproblemen vorbeugend zu vermeiden oder bei Auftreten schnell zu analysieren und zu beheben. Neben der klassischen Protokollaufzeichnung ermöglicht der Quick-Mode auch Anwendern ohne tiefere Protokollkenntnisse eine genaue Bewertung des Zustands von Profibus-Netzen. In diesem Modus werden kontinuierlich alle Profibus-Telegramme ausgewertet und der Zustand aller Teilnehmer mit ihren Betriebszuständen, auch mit „Ampel“, in einer Baumstruktur dargestellt. Durch Auswählen des Bussegments oder eines Busteilnehmers erscheinen in einem zusätzlichen Fenster weitere Informationen: beispielsweise umfangreiche Fehlerstatistiken auf Segmentebene oder die Länge des DP-Zyklus auf der Master-Ebene.

Die Feldbus-Diagnose von Trebing&Himstedt basiert auf dem Tool Profibus Scope, das die in Profibus-Telegrammen enthaltenen Informationen über den Zustand der einzelnen Teilnehmer (z.B. Anzahl der Fehler- und Wiederholtelegramme oder Zykluszeiten) auswertet. Diese Informationen werden aufbereitet und dienen dem Instandhalter als Grundlage, um im Vorfeld auf etwaige Störungen im Bussystem reagieren zu können. Dabei ist zwischen Geräte- und Busdiagnose zu unterscheiden. Letztere sind z.B. Konfigurations- und Parametrierfehler sowie Modul-Auswahlfehler. Diese Fehler werden im Slave-Diagnose-Telegramm übertragen. Grenzwertüberschreitungen (Übertemperatur oder -spannung der Baugruppe) oder auch Kurzschluss und Kabelbruch auf der Feldgeräteseite, gehören zur erweiterten Profibus-Diagnose und werden ebenfalls im Slave-Diagnose-Telegramm übertragen, bedeuten jedoch keine Störung des Busses. Weitere Diagnoseinformationen sind der Netzstatus (Live List) mit allen Teilnehmern, allgemeine Zustandsmeldungen sowie statistische Informationen über Buszykluszeiten, Fehler- und Wiederholungs-Telegramme.

Das Advanced Diagnostics Modul (ADM) von Pepperl+Fuchs für den FieldConnex Power Hub misst die Bitübertragungsschicht von Feldbussen und bringt damit Transparenz und Kontrolle in Feldbusinstallationen. Das ADM überwacht ein umfangreiches Spektrum an Messungen. Diese werden online und in Echtzeit an den Wartungsrechner übertragen und einfach bedienbar am Bildschirm im „Diagnostic Manager“ angezeigt. Typischerweise wird damit direkt nach der Inbetriebnahme eine Momentaufnahme aller Messungen hergestellt. Mit dieser ursprünglichen Momentaufnahme werden vom Anwender einstellbare Warn- und vordefinierte Alarmschwellen verglichen, die bei sinkender Kommunikationsqualität das Bedienpersonal alarmieren, bevor kritische Werte erreicht werden. Eine langfristige Trendanalyse erkennt schleichende oder plötzliche Veränderungen des Feldbus.

Beim FBT-6 von MTL handelt es sich um ein tragbares Diagnosegerät, das sowohl in einzelnen betroffenen Segmenten als auch in Stichleitungen eingesetzt werden kann. Es verfügt über eine Zulassung für Ex-Zone 1. Das Gerät besitzt eine Klartextanzeige und einen Messwertspeicher für acht Segmente. Die im Feld gemessenen Daten lassen sich via USB-Schnittstelle auf jeden PC übertragen. Sämtliche Messungen des „physical-Layers“ eines Feldbusses sind möglich. Beim Typ F809F von MTL handelt es sich um ein integriertes Diagnose-Modul für Feldbusse. Es verfügt über die gleichen Eigenschaft wie das FBT-6, überträgt jedoch die Diagnosedaten über den Feldbus direkt in das Leitsystem. Die Verlegung eines separaten Diagnosebus und spezieller Auswertesoftware entfällt.

Kommentare werden geladen....

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Der Kommentar wird durch einen Redakteur geprüft und in Kürze freigeschaltet.

  1. Avatar
    Avatar
    Bearbeitet von am
    Bearbeitet von am
    1. Avatar
      Avatar
      Bearbeitet von am
      Bearbeitet von am

Kommentare werden geladen....

Kommentar melden

Melden Sie diesen Kommentar, wenn dieser nicht den Richtlinien entspricht.

Kommentar Freigeben

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Freigabe entfernen

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 195013 / Prozessmesstechnik)