Feldbusse

Ab jetzt kommt Disziplin ins Spiel

28.09.2006 | Redakteur: Gerd Kucera

Die Qualität der Datenübertragung in seinem eingesetzten Feldbus hinterfragt der Anwender in der Regel nicht. Nach der Installation kennt er daher auch nur zwei Zustände: der Bus funktioniert oder...

Die Qualität der Datenübertragung in seinem eingesetzten Feldbus hinterfragt der Anwender in der Regel nicht. Nach der Installation kennt er daher auch nur zwei Zustände: der Bus funktioniert oder der Bus funktioniert nicht. Alles dazwischen bleibt ungewiss. Und solange seine Anlage läuft, fragt er auch nicht, wie sie auf eventuelle Störungen reagiert. Aber diese sorglose Einstellung kann fatale Folgen haben, warnt Karl-Heinz Richter, Geschäftsführer des Feldbus-Dienstleisters Indu-Sol. In diesem Beitrag verdeutlicht er, warum für den langfristig zuverlässigen Betrieb einer Feldbusvernetzung die kontinuierliche Diagnose so wichtig ist. Es ist schon paradox: Jede Einzelkomponente eines Feldbussystems ist vor dem Einbau in das Gesamtsystem vom jeweiligen Hersteller auf Herz und Nieren geprüft. Nach Integration in die Anlage – mit mehreren hundert Metern Leitungen, einer Vielzahl von Steckern und Klemmstellen – begnügen sich Anlagenbauer und Anlagenbetreiber oft mit der Aussage: „Es funktioniert“. Auf ähnliche Qualitätstests wie bei den Slave-Baugruppen bzw. verbindliche Aussagen zum tatsächlichen Zustand für das gesamte Netzwerk wird meist verzichtet. Warum ist das so? „Zum einen spielen Kostengründe eine gewichtige Rolle“, konstatiert Karl-Heinz Richter, Geschäftsführer des Feldbus-Dienstleisters Indu-Sol, „sicherlich, Netzwerkprüfung ist zeit- und kostenintensiv und erfordert zudem entsprechende Messausrüstung und entsprechendes Wissen. Auf diese Kosten wollen viele Betreiber oft verzichten. Ein solches Denken ist jedoch sehr kurzsichtig. Diesen Kosteneinsparungen stehen nämlich eventuelle Stillstandskosten gegenüber, die sich schnell zu mehreren tausend Euro summieren.“ Ein weiterer Grund: Es gibt bisher keinerlei Richtlinien oder Normen, wie die physikalische und logische Qualität eines Profibus-Netzwerkes zu prüfen ist. Um diesen Missstand zu ändern, erarbeitet ein VDI-Gremium derzeit eine Richtlinie. Mit im Gremium sitzen die Feldbus-Spezialisten der Firma Indu-Sol. Sie bringen dort ihre langjährigen Erfahrungen mit der Netzwerk-analyse ein. Bis diese Norm verbindlich wird, sollten Anlagenbetreiber jedoch für den Bereich der MSR- und Steuerungstechnik Richtlinien zu Qualitätsbestimmung für den Feldbus nachweispflichtig in den entsprechenden technischen Lieferspezifikationen festschreiben. Richter: „Spätestens wenn diese VDI-Richtlinie umgesetzt wird, werden Messgeräte zur Qualitätsbestimmung von Feldbussystemen benötigt. Netzbetreiber müssen aber nicht so lange warten und sich derweil mit ungewissen Netzzuständen zufrieden geben. Indu-Sol, als herstellerneutraler Dienstleister der Automatisierungstechnik und somit Partner aller interessierten Planer, Inbetriebnehmer, Servicetechniker und Instandhalter, hat bereits jetzt die entsprechenden Profibus-Testwerkzeuge in seiner Produktpalette, die die physikalische und logische Kommunikationsqualität des Datenaustauschs in einem Profibus-Netzwerk ermitteln können. Darüber hinaus unterstützen Sie unsere Netzwerkspezialisten mit ihrem Wissensschatz. Oft sind es schon die trivialen Dinge, die Probleme bereitenUnd Richter legt besonderen Wert darauf, dass Anwender die Prüfmittel nicht nur einfach kaufen: „Sie sollen sie auch richtig anwenden. Hierfür gibt es unsere kostenpflichtigen Praxisseminare oder Beratungs-gespräche – auch vor Ort beim Anwender. Kostenfrei dagegen ist eine Kurzberatung und Analyse im Haus des künftigen Anwenders.“ Allen Planern bietet der Dienstleister zur Formulierung ihrer Qualitätsanforderungen in Liefervorschriften bzw. Systemspezifikationen und Lastenheften sowohl für Profibus DP/PA als auch für Industrial Ethernet kostenfreie Unterstützung durch vorgefertigte Textbausteine. Diese können einfach per E-Mail unter info@indu-sol.com abgerufen werden. Die Probleme beim Ermitteln des Netzzustands beginnen, wie Richter weiß, meist schon mit ganz trivialen Dingen.

Eine häufige Schwierigkeit ist sowohl Anlagenerrichtern als auch Betreibern bekannt: Die Topologie eines Netzwerks wird zwar im Vorfeld sorgfältig geplant, bei der Errichtung ergeben sich dennoch oft kurzfristige Änderungen. Topologiepläne stimmen dann mit der tatsächlichen physikalischen Reihenfolge der Teilnehmer in einem Netz nicht mehr überein. „Will man aber die Qualität eines Netzwerkes ermitteln, ist ein korrekter Topologieplan eine wesentliche Voraussetzung“, mahnt Richter. Der neue Profibus-Tester Profview-XL ermittelt mit wenig Aufwand bei laufender Anlage unter voller Produktion die Qualität des Datenaustauschs zwischen Master und Slaves. Die Messausrüstung besteht aus Hard- und Software, die der Anwender ohne Spezialkenntnisse bedienen kann. Per USB-Schnittstelle wird die Hardware an einen handelsüblichen PC angeschlossen, auf dem die mitgelieferte Software installiert ist.Auch die Signalform auf dem Bus ist entscheidentBewertungsgrundlage für die Übertragungsqualität sind nicht die Signalinhalte, sondern die Signalformen. Gemessen wird Flankensteilheit, Signalpegel und Überschwingverhalten eines jeden Teilnehmers. Diese Werte werden übersichtlich in einem Balkendiagramm dargestellt. Jedem Teilnehmer ist ein Balken zugeordnet, der die Messergebnisse in einem Qualitätswert zusammenfasst. Die Höhe des Balkens ist direkt proportional zur ermittelten Übertragungsqualität. Ausreichend Störabstand ist dann gewährleistet, wenn der Q-Wert aller Balken über 2500 liegt. Der Anlagenbetreiber kann für jeden Teilnehmer ein zusätzliches Diagramm erhalten, das dessen Flankensteilheit, Signalpegel und Überschwingverhalten darstellt. Das ist vor allem dann sinnvoll, wenn der Grenzwert unterschritten wird. Mithilfe dieses Diagramms kann der Netzwerkbetreuer Schwachstellen gezielt auffinden und beseitigen. Er ist somit zukünftig nicht mehr auf lästiges und auch unsicheres „Trial and Error“ angewiesen. Bei bestandener Qualitätsprüfung enthüllt der Profibus-Tester in einem weiteren Messschritt die tatsächliche Topologie eines Netzwerks. Diese Messung erfolgt im Stillstand der Anlage; der Profview-XL übernimmt hierbei die Masterfunktion und ermittelt die reale, physikalische Anordnung aller Teilnehmer sowie die Entfernungen der Teilnehmer untereinander. Die beschriebenen Messungen ergeben eine zuverlässige Aussage über den momentanen Zustand des Feldbussystems. Halten die Messungen den Vorgaben nicht stand, dann sind meist zusäzliche Langzeittests sinnvoll. Ähnlich einem Langzeit-EKG beim Menschen wird dabei das Verhalten der Anlage im realen Arbeitsumfeld über einen längeren Zeitraum hinweg überwacht. Minima und Maxima des Q-Wertes werden gemessen und dokumentiert. Anhand eines Minimums kann dabei zum Beispiel auf Störungen in einer Leitung oder auf eine lockere Kontaktstelle in einem bestimmten Bereich des Netzwerks geschlossen werden. Um mögliche weitere Schwachstellen aufzuspüren, ist es zudem sinnvoll, die Anzahl der Fehltelegramme während eines bestimmten Zeitraums zu ermitteln. Der Tester überprüft dazu das Netzwerk in Echtzeit. Zu viele Fehltelegramme lassen auf Störstellen in der Busphysik oder auf weitere äußere Einflüsse schließen. Anhand der Messergebnisse entscheidet der Anlagenbetreiber, ob weitere Messungen im logischen Bereich (Protokollanalyse) nötig sind.

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