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Profibus PA So implementieren Sie eine Profibus PA-Schnittstelle ohne Software-Entwicklungsaufwand

| Autor / Redakteur: Lars Mickan, Georg Süss / Dr. Jörg Kempf

Normalerweise ist für die Implementierung eines Profibus PA-Feldgeräts die Entwicklung eigener Hardware und gerätespezifischer Software erforderlich, was weit reichende Profibus-Kenntnisse voraussetzt. Es gibt jedoch einen einfacheren Lösungsweg, wie dieser Beitrag zeigt.

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Hyperion-Dichtemessumformer von Tracerco mit Profibus PA-Schnittstelle
Hyperion-Dichtemessumformer von Tracerco mit Profibus PA-Schnittstelle
(Bild: Tracerco/Softing)

Das britische Unternehmen Tracerco bietet u.a. spezielle Erkennungs-, Diagnose- und Messlösungen für die Öl- und Gasindustrie. Durch regelmäßigen Kundenkontakt sowie kontinuierliche Marktbeobachtung hat der Hersteller einen Bedarf für die Unterstützung von Profibus PA-Kommunikationsfunktionalität für seine Füllstand- und Dichtemessumformer ermittelt. Diese Forderung sollte mit Priorität umgesetzt werden. Die Implementierungsanforderungen schlossen einen niedrigen Stromverbrauch sowie einen für die Industrie geeigneten Betriebstemperaturbereich von -40 bis +85 °C ein. In einem ersten Schritt führten die Ingenieure dazu eine gründliche Analyse durch und identifizierten verschiedene Möglichkeiten zur Implementierung einer Profibus PA-Schnittstelle.

Es stellte sich heraus, dass eine speziell zugeschnittene Hard- und Firmware benötigt wird, um die Profibus PA-Anforderungen umzusetzen. Zum einen musste für die Übertragung der Feldbusse in Profibus PA-Netzen und für die Stromversorgung der einzelnen Geräte die MBP (Manchester Coded Bus Powered)-Technologie unterstützt werden. Dazu wird die Profibus PA-Schnittstelle gemeinsam mit den zeitkritischen Komponenten der Profibus-Kommunikation in Hardware implementiert. Andererseits erfordert eine vollständige Profibus PA-Implementierung, dass die Profibus PA-Firmware die weniger zeitkritischen Komponenten des Profibus PA-Protokoll-Stacks sowie die Function Block-Anwendung abdeckt.

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Während der Protokoll-Stack für den reinen Profibus-Datenaustausch über den Feldbus zuständig ist, implementiert die Function-Block-Anwendung eine Schnittstelle zu den spezifischen Tracerco-Messgeräten und stellt sicher, dass alle Gerätefunktionen und -parameter sowie der Zugriff auf diese Daten über ein Blockmodell im gesamten Netz einheitlich umgesetzt werden. Die Function Blocks greifen in zyklischer Folge auf die dynamischen Prozessparameter zu, während der Physical Block Daten über die physikalischen Geräteeigenschaften bereitstellt. Ein oder mehrere Transducer Blocks bilden die spezifischen Prozessdaten der Tracerco-Geräte auf die standardisierten Function Blocks ab. Dazu wird für den Datenaustausch innerhalb des Geräts über das serielle Modbus RTU-Protokoll auf die einzelnen Geräteparameter zugegriffen.

Da sogar ein einfacher Profibus PA-Messumformer mindestens 80 fest codierte und variable Parameter unterstützt, müssen Transducer-Blocks in der Regel eine große Anzahl von Parametern verarbeiten. Für viele dieser Parameter führen die Transducer Blocks nicht nur die beschriebene Zuordnung durch, sondern erledigen auch die Vorverarbeitung und Kalibrierung der Gerätedaten. Somit ist die Transducer Block-Implementierung häufig mit großem Entwicklungs- und Testaufwand verbunden. Die Hauptkomponente der Function-Block-Anwendung bildet die Function-Block-Shell, die die Ausführung der einzelnen Blöcke steuert und diese mit der Profibus PA-Kommunikation verknüpft. So übernimmt die Function Block-Shell in etwa die Aufgaben eines Betriebssystems für die verschiedenen Profibus PA-Blöcke.

Die zunächst von Tracerco ins Auge gefasste Implementierung der Profibus PA-Schnittstelle sah eine vollständige Neuentwicklung nach eigenen Vorgaben vor, was zwangsläufig eine längere Entwicklungsdauer, höhere Kosten sowie einen hohen Zertifizierungsaufwand bedeutet hätte. Nachdem Alternativen geprüft wurden, erkannte man bei Tracerco jedoch, dass die Lösung PA-easy von Softing Industrial Automation einen besser geeigneten Implementierungsansatz bot. Zunächst zeigte sich, dass die Integration des sofort einsatzbereiten Kommunikationsmoduls in die Messgeräte von Tracerco einfach durchzuführen war. Weitere Pluspunkte waren der verkürzte Entwicklungsprozess und ein schnelles Time-to-Market. Dies führte letztlich zur Entscheidung von Tracerco, die Profibus PA-Schnittstelle auf der Grundlage von PA-easy zu implementieren.

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