Lösung für effiziente Signalisierung

Dipl.-Ing. André Fritsch ist Senior Product Manager Automation/Remote I/O & Fieldbus bei der R. Stahl Schaltgeräte GmbH in Waldenburg www.stahl.de

Ein Remote-I/O soll grundsätzlich seinen Dienst unauffällig im Hintergrund erledigen. Doch auch in diesen Systemen werden Diagnosemeldungen und Alarme erzeugt, die für Betrieb und Wartung hilfreiche Informationen liefern. Remote-I/O-Lösungen der jüngsten Generation sollten daher Module bieten, deren Anzeigen ebenfalls nach der Empfehlung NE107 ausgelegt sind. Sie sollten Diagnosedaten zur Verfügung stellen, indem sie wesentliche Informationen vor Ort differenziert und schnell erfassbar zeigen, daneben aber auch möglichst vielfältige Alarm- und Meldungsmöglichkeiten auf unterschied- licher Ebene unterstützen.

Diagnosedaten von Feldgeräten dienen hauptsächlich dem Zweck, Betriebsstillstände als einen der größten Verlustfaktoren heutiger Prozessanlagen so gut wie möglich zu vermeiden. Der Namur als Interessengemeinschaft der Prozessindustrie liegt dieses Ziel naturgemäß am Herzen. Deshalb hat sie 2005/06 ihre Empfehlung NE107 für Hersteller von Automatisierungstechnik herausgegeben. Mit dieser soll eine bessere Kanalisierung der Flut an Selbstüberwachungsdaten und weiteren Informationen erreicht werden. Die NE107 betont nicht nur die elementare Anforderung, dass alle relevanten Daten verlässlich sein und durchgängig zur Verfügung stehen müssen. Sie fordert darüber hinaus, dass Diagnosen im Kontext konkreter Anwendungen stets in der Form und in dem Umfang gemeldet werden sollen, in der bzw. dem sie menschlichen Bedienern am effektivsten eine angemessene Reaktion erleichtern.

Leitprinzip ist die Beschränkung auf die jeweils maßgeblichen Anzeigen. Erforderlich ist somit einerseits Flexibilität, also ein frei konfigurierbares Verhalten, um die jeweiligen Anforderungen zu erfüllen: Je nach Aufgabe und Ebene – zum Beispiel für Bediener auf der Feldebene, in der Prozess-Steuerung oder im Asset Management – unterscheiden sich die Informationsbedürfnisse schließlich deutlich. Andererseits sollten bestimmte Standardisierungen über alle Szenarien hinweg für Übersicht sorgen. Die Empfehlung schlägt deshalb Konventionen für Status-Signale vor. Eine vereinheitlichte Farbgebung und Symbolik soll es Bedienern erleichtern, fünf klassifizierte Zustände schnell und leicht zu erfassen:

Die Empfehlung der Namur wurde inzwischen teils in Prozessleitsystemen und weitgehend auch in Asset-Management-Systemen (via FDT/DTM und EDD) umgesetzt. Viele moderne Feldbusgeräte am Profibus PA oder Foundation Fieldbus H1 folgen der Empfehlung ebenfalls bereits oder werden das in Kürze tun. Für einige wichtige andere Feldbussysteme ist eine Umsetzung geplant (Hart) oder spezifiziert (Profinet, FF HSE/F-ROM). Bei Remote-I/O-Technik hingegen sind Lösungen, die diese Empfehlung berücksichtigen, erst seit neuestem verfügbar. Für Feldgeräte und Remote-I/O ist es wichtig, dass die an der NE107 orientierte Gestaltung von Anzeigen mit der bisher schon weltweit eingeführten Praxis vereinbar bleibt. Insbesondere gelbe und orange (sowie weiße) LEDs wurden bisher schon – wie von der früheren NE044 empfohlen – zur Anzeige des Schaltzustandes eines Geräts eingesetzt.

Bei signalbezogenen gelben LEDs zur Anzeige des Schaltzustandes bleibt es auch bei Systemen, die NE107 umsetzen. Auf eine Nutzung der genannten Farben für andere Zustandsanzeigen wird also verzichtet. Das neue Remote-I/O-System IS1+ von R. Stahl ist mit separaten Anzeigen für die Kanäle ausgestattet: Neben je einer gelben LED für digitale I/O-Signale gibt es noch je eine rote LED für Ein-/Ausgänge, die bei Leitungsfehlern NE044 konform blinkt. Daneben verfügen IS1+-Module über einen Block mit drei LED für gerätebezogene Anzeigen, nämlich eine grüne Betriebs-LED, eine rote Fehler-LED und eine blaue Wartungs-LED. Die letztere dient einerseits dazu, durch Dauerlicht einen Austausch zu empfehlen, wenn dieser aufgrund von Schäden oder Verschleiß erforderlich wird, und sie signalisiert andererseits durch Blinken, dass ein System außerhalb seiner Spezifikation betrieben wird. In diesem Fall kann so das Wartungspersonal die Situation erkennen und Maßnahmen gegen Störungen ergreifen, also zum Beispiel zu hohe Betriebstemperaturen durch Aktivierung eines Kühlsystems wieder in den tolerablen Bereich absenken.

Neben der Aktivierung der blauen LED sorgt das Modul bei Wartungsbedarf außerdem dafür, dass ein entsprechendes Diagnosetelegramm abgesendet wird. Auf übergeordneter Ebene, etwa im PLS oder im Asset Management-System, können diese Informationen dann ausgewertet und zum Beispiel über DTM NE107 gerecht eingebunden werden.

Das IS1+-System bietet nicht nur an NE107 orientierte LED-Anzeigen, sondern vor allem den Vorteil einer integrierten Verschleißerkennung, die nachhaltig für eine bessere Anlagenverfügbarkeit sorgt. Damit schont es nicht zuletzt die Nerven der Betreiber und des Bedien- und Wartungspersonals, das dank effizienterer Überwachungsfunktionen insgesamt seltener – zumal seltener zu sehr ungünstigen Zeitpunkten wie nachts und am Wochenende – mobilisiert werden muss. Im Betrieb werden vom Remote I/O laufend alle relevanten Parameter des Moduls wie Umgebungstemperatur, Auslastung und Einschaltvorgänge gemessen.

In Abhängigkeit von diesen Bedingungen wird die tatsächlich realistische Lebensdauer ermittelt, indem das Maximum für den Nennbetrieb – im Falle dieses konkreten Systems 15 Jahre – gegebenenfalls entsprechend reduziert wird. Die an NE107 orientierte Überwachungsfunktion des IS1+ meldet rechtzeitig, nämlich zum Beispiel 12 Monate vor dem Eintreten, das sich abzeichnende Lebensende eines Moduls. So lässt sich in den meisten Fällen ohne unnötigen Stress bei der nächsten betrieblich günstigen Gelegenheit ein erforderlicher Austausch vornehmen. Zugleich wird dank der differenzierten Diagnose vermieden, dass eigentlich noch lange funktionstüchtige Module unnötig in einem starren Turnus prophylaktisch ausgewechselt werden. Mit einem System wie IS1+ können Anwender nun zwar in den allermeisten Automatisierungsumgebungen und damit weit flächendeckender als zuvor in den Genuss der Vorteile der Namur-Empfehlung kommen.

Leider wird die NE107 jedoch auch in Zukunft nicht durchweg und insbesondere nicht von allen gängigen Feldbus-Systemen unterstützt. Speziell für den verbreiteten Profibus DP ist eine Umsetzung der Empfehlung nicht vorgesehen. Das IS1+-System bietet jedoch auch für diesen Bus zumindest eine Lösung, um rudimentär – auf eine binäre Information beschränkt – zyklisch einen Prozesswert ähnlich wie beim Profibus PA oder Foundation Fieldbus H1 zu übermitteln. Hierzu setzt das System ein von der Feldbustechnik übernommenes Status-Bit ein, um für jeden Kanal zu melden, ob ein ordnungsgemäßes oder ein gestörtes Signal vorliegt. Dieses von IS1+ schon bei Profibus DP unterstützte Feature nimmt heute bereits die Status-Info in ähnlicher Form vorweg, die in Zukunft für Profinet – dann allerdings 1 Byte statt nur 1 Bit breit – vorgesehen ist. ge

IS1 ist eines der meistinstallierten Systeme in explosionsgefährdeten Bereichen. Es wird kontinuierlich erweitert und verbessert, wie zuletzt um Profibus-Redundanz, DTM-Unterstützung sowie Einbindung optischer Ringe oder Module mit integrierten Magnetventilen. IS1-Ethernet ist eines der ersten Remote-I/Os mit Kommunikation über Industrial Ethernet in der Zone 1.

Die Namur ist ein internationaler Verband der Anwender von Automa- tisierungstechnik der Prozessindustrie. Schwerpunkte der Tätigkeiten sind der Erfahrungsaustausch zwischen den Mitgliedsfirmen, die Erstellung von Hilfsmitteln und Checklisten für Mitgliedsfirmen, die Definition der Anforderungen der Anwender an neue Geräte, Systeme und Technologien, sowie die Mitwirkung bei der internationalen Normung: