In der Prozessindustrie wird die Feldbustechnologie zunehmend als Installationsstandard eingesetzt. Trotzdem erfolgt die Ablösung der 4-20mA-Technologie durch den Feldbus langsamer als erwartet. Oftmals wird dies auf Anwenderseite mit der mangelnden Einfachheit beim Umgang mit dem Feldbus in der industriellen Praxis begründet. Ziel ist es daher, für Profibus eine Handhabung zu gewährleisten, die den gewohnten Komfort im Umgang mit der 4-20mA-Technologie bietet – bei gleichzeitiger Bereitstellung der vielen zusätzlichen Nutzenaspekte. Hierbei ist die Umsetzung von Marktanforderungen zur Geräteintegration in standardisierter Form ein grundlegender Schlüssel zur Akzeptanz der Feldbustechnologie.
Gewohnt ist nicht unbedingt einfach
Profibus PA hat im Profil 3.02 hierfür die Standards geschaffen. Wesentliche neue Elemente des Profils standardisieren Funktionalitäten zur automatischen Übernahme der Aufgaben von älteren Gerätemodellen beim Gerätetausch, der Konsistenzcheck von Beschreibungsdateien (GSD, EDD und FDT/DTM) und Gerätevarianten, die verpflichtende Implementierung von Diagnose-Kategorien (NE107) sowie die drastische Reduzierung der Up/Downloadzeiten für Geräte. Dies wird insbesondere zu einer weiteren Vereinfachung des Gerätetauschs führen. Beim Vergleich der 4-20mA-Technologie mit der Feldbustechnologie wird der Ausdruck „einfache Handhabung“ der 4-20mA-Technologie zugeordnet und oftmals mit „gewohnt“ oder „durch langfristige Erfahrungen beherrscht“ gleichgesetzt. Ein Beispiel für eine Fehlbesetzung des Begriffs „einfach“ in der 4-20mA-Technologie ist zum Beispiel die Konfiguration eines komplexen Gerätes über das Display oder die Kabelwirren während der Fehlersuche in einer Rangierverteilung. Andererseits muss sich der Feldbus an der gewohnten Handhabung der bewährten Technologie messen lassen, auch weil er den Anspruch erhebt, die konventionelle Installationstechnik generell abzulösen. Die Handhabung der Technologien unterscheidet sich grundlegend im Hinblick auf die Geräteintegration, das heißt auf die Beschreibung von Gerätefunktionalität in einer Datei und deren Integration in ein leittechnisches System (zum Beispiel Leitsystem, Engineering-Systeme etc.). Dies ist in der 4-20mA-Technologie überflüssig, da nur ein Analogwert (Mess- bzw. Stellwert) übertragen werden kann – eine Remote-Konfiguration des Geräts scheitert an fehlenden Kommunikationsressourcen. Im Vergleich zur konventionellen Installationstechnik ermöglicht Profibus PA leistungsfähigere Lösungen. Verbesserte Mess- oder Stelleigenschaften, standardisierte Diagnosefunktionalitäten und Informationen zum Gerätemanagement, einheitliche Bedienung durch Gerätestandards, eine leistungsfähige Kommunikation etc. sind nur einige dieser Vorteile. Aufgrund der Auswahlmöglichkeiten und Zusatzfunktionalitäten ist bei Profibus-PA-Geräten der Umgang mit Beschreibungsdateien notwendig. Ein einfaches Beispiel ist die Auswahl von Datenpaketen im zyklischen Verkehr: bei einem Coriolis-Durchflussmessgerät kann zwischen der Übertragung des Volumenstroms, der Temperatur, der Dichte oder deren Variation ausgewählt werden. Ein grundlegender Anspruch an die Geräteintegration bei Profibus ist, dass sie keine Pflegeaufwendungen im Betrieb verursacht. Dieser Anspruch beruht auf einer geeigneten Versionspolitik von Geräten, Gerätedateien und Software-Plattformen, die eine Minimierung von Pflegeaufwendungen über den Lebenszyklus einer Produktionsanlage realisiert. Dies wird von Anwenderseite in der Namur-Empfehlung NE105 [1] beschrieben. Zunehmend gewinnt die Qualitätssicherung und das Management industrieller Leittechnik über den Lebenszyklus der Produktionsanlage an Bedeutung (Namur-Empfehlung NE121 [2]). Insbesondere bedeutet dies hier, dass bei einem Ersatz von Feldgeräten durch technisch weiterentwickelte Varianten (zum Beispiel nach zehn Jahren) geeignete Standards zur Sicherstellung der bestehenden Geräteintegration verfügbar sind. Die heutige Planung des Gerätetauschs in zehn bis 20 Jahren ist daher der Ausdruck einer proaktiven Gestaltung und zukünftiger Sicherstellung der Geräteintegration über den Lebenszyklus einer Produktionsanlage.
Vereinfachte Geräteintegration
Die Vereinfachung der Geräteintegration im Profil 3.02 besteht aus einem Paket an Maßnahmen: herstellerübergreifende Regeln zur Überprüfung der Kompatibilität bei der Zertifizierung von Profibus-Geräten, verpflichtende Abbildung von Diagnoseinformationen auf Diagnosekategorien, der automatischen Anpassung des Geräts an Vorgängermodelle oder -varianten, der einheitlichen Kennzeichnung von Software-Ständen am Gerätegehäuse und der optimierten Übertragung von Parameterdaten beim Gerätetausch. Zu Entwicklungszeiten eines Profibus-PA-Gerätetyps leiten Hersteller übergreifende Richtlinien die Entwicklung der Gerätesoftware, welche Änderungen der Gerätesoftware und deren Auswirkung auf die Kompatibilität zu Vorgängermodellen beschreiben. Diese Richtlinien bilden eine Grundlage für die Zertifizierung von Geräten. Die konsequente Zertifizierung von PA-Geräten besteht zum einen aus der „Profibus-Zertifizierung“, welche die Etablierung des zyklischen Verkehrs zwischen Gerät und einer Steuerung/Leitsystem sowie die Erfüllung der Profilfunktionalität eines Geräts sicherstellt. Des Weiteren werden zunehmend Gerätebeschreibungen (EDD, DTM) zertifiziert, sodass neben den Integrationstests von Herstellern auch unabhängige Qualitätssiegel für Gerätefunktionalität verfügbar sind. Im industriellen Betrieb sichern verschiedene Maßnahmen den einfachen Umgang von Beschreibungsdateien und Gerätevarianten. Zum einen sind klare Vorschriften zur Kennzeichnung der Software-Variante und kompatibler Beschreibungsdatei verfügbar, die einen automatischen Konsistenzcheck ermöglichen und somit Fehlbedienungen verhindern. Beim Gerätetausch ist mit Profil 3.02 eine automatische Übernahme der Funktionen von Vorgängermodellen standardisiert. Der Standardmechanismus besteht einerseits in der automatischen Identifikation der erwarteten Vorgängerversion und andererseits die automatische Umschaltung auf dessen Funktionalitäten. Bei einem solchem Gerätetausch stellt sich das Ersatzgerät auf die gewünschte Variante um. Bei einem späteren geplanten Stillstand können bei Bedarf durch ein Update der Beschreibungsdatei die neuen Funktionalitäten des Ersatzgerätes integriert werden. Hiermit bereitet das PA-Profil 3.02 eine neue Qualität zur Vereinfachung der Geräteintegration. Die Hersteller übergreifende Implementierung eines proaktiven Umgangs mit weiterentwickelten Gerätevarianten zeichnet Profibus PA als einzige Kommunikationstechnologie aus, welche diese wichtige Anforderung des Marktes standardisiert. Eine Vereinfachung der Geräteintegration ergibt sich auch durch die verpflichtende Abbildung der Diagnoseinformationen eines PA-Feldgeräts auf die Hersteller übergreifenden Kategorien der NE107 [3]. Dies ist eigentlich schon ein alter Hut für PA (2005), wird jedoch durch die verpflichtende Implementierung in 3.02 die Marktdurchdringung in Produkten noch beschleunigen. Hierbei erfolgt die Abbildung der herstellerspezifischen Diagnoseinformationen durch den Hersteller bereits im Feldgerät, sodass lediglich die standardisierten Informationen in das übergeordnete System (zum Beispiel PLS, Instandhaltungssystem) integriert werden müssen. Bei einem Gerätetausch ergeben sich somit keine Aufwendungen durch Änderungen der integrierten Diagnoseinformationen. Ein weiteres Herausstellungsmerkmal von Profibus PA gegenüber gängigen Feldbussen der Prozessautomatisierung ist die Optimierung der Übertragungszeit für den Up/Download von Parametern. Je nach Phase im Lebenszyklus eines Feldgerätes müssen verschiedene Mengen von Daten übertragen werden. So muss bei der Inbetriebnahme der größte Teil der Parameter angepasst werden, ein Teil bei eventuellen Wartungsmaßnahmen und wiederum ein Großteil bei einem Gerätetausch. Je nach Funktionalität der Geräte sind 300 Parameter keine Seltenheit, sodass die Übertragungszeit der Parameter an Bedeutung wächst. Das neue PA-Profil 3.02 optimiert die Übertragung durch die Gruppierung von Parametern und einen vereinfachten und effizienten Zugriff. Hierdurch lassen sich die Übertragungszeiten um ein Vielfaches verringern. Der standardisierte Übertragungsmechanismus hat auch den Vorteil eines verbesserten Konsistenzchecks in Bezug auf Abhängigkeiten von Parametern untereinander (etwa bezüglich der Maßeinheit, Grenzwerte von Parametern).
Fazit: V3.02 reduziert Engineering und Kosten
Im Vorfeld der Spezifikationsarbeiten zu PA 3.02 wurden intensive Gespräche mit Anwendern in der Prozessautomatisierung geführt, wesentliche Neuerungen begleitend diskutiert und zusätzliche Anforderungen aufgenommen. Profibus PA setzt mit Profil 3.02 neue Maßstäbe für die Umsetzung von Anwenderanforderungen, welches durch die Presseerklärung des Namur-AK „Feldbus“ belegt wird. „... Damit kann das Profibus PA Profil V3.02 einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung des Engineering und der Betriebskosten beim Umgang mit Feldbustechnologie leisten und einen proaktiven Beitrag zur Minimierung der Lebenszykluskosten beitragen.“ Bereits auf der Namur-Hauptsitzung 2008 wurde das Profibus-PA-Profil 3.02 als das Beispiel für die Spezifikation eines proaktiven Managements leittechnischer Komponenten hervorgehoben. Relevant für die industrielle Praxis ist die Verfügbarkeit von Produkten. Auch hier erfolgt eine Umsetzung des Profils rasch: erste Produkte auf Basis von Profil 3.02 werden bereits 2009 im Markt erwartet.
Literatur
- [1] Namur: Namur-Empfehlung 105: Anforderungen an die Integration von Feldbusgeräten in Engineering-Tools für Feldgeräte, 2004. [2] Namur: Namur-Empfehlung 121: Qualitätssicherung leittechnischer Systeme, 2008. [3] Namur: Namur-Empfehlung 107: Selbstüberwachung und Diagnose von Feldgeräten, 2005.
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