Schneller in Betrieb – Diagnosemodul vereinfacht den Umgang mit dem Feldbus und generiert neue Services

Das Advanced Diagnostic Module von Pepperl+Fuchs hilft Feldbusanlagen schneller in Betrieb zu nehmen, Fehler frühzeitig zu erkennen und durch eine vorausschauende Wartung die Anlagenverfügbarkeit zu steigern. Durch die automatisch erstellte Dokumentation herrschen bei der Übergabe der Anlage klare Verhältnisse – für den Inbetriebnehmer und den Kunden. Die Einsatzmöglichkeiten der herstellerunabhängigen, mobilen Version des leistungsfähigen Diagnose-Werkzeugs könnte manchen Serviceanbieter zu verschiedensten Dienstleistungen inspirieren, die bisher überhaupt nicht denkbar waren.

Beste Basis für eine zuverlässige digitale Kommunikation ist eine gute Installation. Zu diesem Schluss kommt das Prüflabor von BIS Prozesstechnik GmbH bei seinen aktuellen Untersuchungen über die Fehlersuche an der Physical Layer von Feldbussystemen. Deshalb ist es wichtig Fehler schon bei der Inbetriebnahme aufzufinden. Aber wie lässt sich das sicherstellen und wie sorgt man dafür, dass die Feldbusphysik der einzelnen Segmente möglichst optimal ausgelegt ist? Hier empfiehlt sich der Einsatz moderner Diagnosetools wie von Pepperl+Fuchs. Mit dem Advanced Diagnostic Modul (ADM) steht endlich ein Werkzeug zur Verfügung, das die Physik des Feldbusses schon während der Installation durchleuchtet und im laufenden Betrieb vor Fehlern warnt, bevor es zu einem Geräteausfall kommt.

Das Advanced Diagnostic Module von Pepperl+Fuchs vereint alle Funktionen in sich, um schnell und effizient gängige Fehlerursachen zu erkennen. Neben Störsignalpegeln, kommt das Modul auch unzureichenden Signalpegeln, falscher Gerätepolarität oder Erdungsfehlern auf die Spur. Aber auch Verdrahtungsfehler, ein Kurzschluss oder zu hohe Übergangswiderstände sind für das clevere Tool kein Thema. Sollten schon beim Commissioning Schwierigkeiten auftreten, dann bekommt der Inbetriebnehmer sie sofort angezeigt. Er kann die Fehler dann mit Hilfe der Software eingrenzen und das Problem beseitigen.

Nach der Definition der Messstellenbezeichnungen gibt das Advanced Diagnostic Module eine Übersicht mit praktischen Informationen über die Spannung, die Symmetrie, das Rauschen, den Jitter und die minimalen, bzw. maximalen Signalpegel des jeweiligen Segmentes aus. Anschließend berechnet die Software individuelle Warnwerte für jedes einzelne Feldgerät, die so ausgelegt sind, dass ein gesichertes Weiterlaufen des Segmentes immer gewährleistet ist. Nach der Messung wird automatisch ein vollständiges Protokoll mit allen aktuellen Min-/ Max-Werten generiert – einmal für das System und für jedes angeschlossene Feldgerät. So können Feldbussignale lückenlos nachgewiesen und dokumentiert werden.

Transparenz par excellence

Die Dokumentation schafft klare Verhältnisse bei der Übergabe, sowohl für die Inbetriebnehmer, ob Kontraktor, Systemintegrator, technischer Dienstleister oder Leitsystemhersteller, als auch für den Aufraggeber. Spätere Probleme können leicht mit dem Ergebnis bei der Übergabe verglichen und eine sinnvolle Ursachenforschung betrieben werden. Dies begrenzt für die Serviceanbieter auch die Garantie- und Folgekosten. Nicht zuletzt sinken durch den höheren Automatisierungsgrad die Inbetriebnahmekosten, weil viele Werte nicht mehr zeitaufwändig von Hand eingegeben werden müssen.

Das ADM macht auch die tatsächliche Leistungsreserve jedes Feldbussegmentes beim Commissioning exakt bestimmbar. Daraus lässt sich ableiten, wie viel Spielraum dem Anwender noch innerhalb der Spezifikation bleibt. Direkt an den Klemmen der Spannungsversorgung können für jedes Feldgerät und Segment die tatsächliche Belastung sowie die Signalstärke gemessen werden.

Erfahrungsgemäß wird jede verfahrenstechnische Anlage im Laufe ihres Lebenszyklus zig Male umgebaut oder um ein paar Messstellen erweitert. Und selbstverständlich führt der Betreiber hin und wieder Wartungsarbeiten durch. Jede Veränderung kann die Physik des Feldbusses nachhaltig beeinflussen. Auch hier erweist sich das Modul als äußerst hilfreich. Denn das Diagnosemodule ermöglicht es nun die aktuellen Betriebszustände turnusmäßig zu messen. Die Software erkennt Abweichungen, die langfristig zu einem Fehler führen könnten, setzt automatisch eine Warnmeldung ab und leistet proaktive Hilfestellung bei der Problembehebung.

Der Jitter als Gütefaktor Nr. 1

Prinzipiell können drei Kenngrößen – Jitter, Signalpegel und Rauschen – als Gütefaktoren für Feldbusnetzwerke herangezogen werden, weil ihre Grenzwerte in der Feldbusnorm IEC 61158-2 eindeutig festgelegt sind. Die Untersuchungen des Prüflabors von BIS Prozesstechnik GmbH zeigten jedoch, dass sich der Jitter für die Beobachtung der Feldbusphysik besonders eignet. Die Messung des Jitters ist eine äußerst komplexe Angelegenheit, eine Herausforderung, die die Entwickler von Pepperl+Fuchs mit Bravour meisterten.

Die Flanke eines idealen Feldbussignals, die den logischen Zustand eines Bits beschreibt, kommt theoretisch exakt in der Mitte der Bitzeit. Der Zeitpunkt, an dem die Signalflanke den Versorgungsspannungspegel durchtritt nennt man Durchtrittspunkt. In der Praxis beeinflussen die vorhandenen Induktivitäten und Kapazitäten der angeschlossenen Geräte sowie des Power Supply Systems, die Kabel und die Verbindungstechnik das Signal. Darüber hinaus spielt auch die Topologie, sprich die Länge der Kabel sowie die Anzahl und Verteilung der Feldgeräte eine Rolle. Deshalb ist es unausweichlich, dass der Durchtrittspunkt in realen Anlagen variiert und ein so genannter Jitter auftritt. Entscheidend ist: Wird sein Wert zu hoch, dann verlässt die Flanke das Messfenster in dem der Empfänger die Polarität der Flanke misst und ein Bit geht verloren. Das erkennt der Datensicherungsmechanismus und weist das Telegramm als fehlerhaft zurück. Es treten Wiederholungen auf, u. U. wird sogar der gesamte Kommunikationsprozess gestoppt. Das Leitsystem selbst registriert zwar auftretende Telegrammwiederholungen, ihm fehlt aber die Fähigkeit die Signalgüte der einzelnen Parameter nachzuprüfen.

Erst die Diagnose des Physical Layer und die Bestimmung des Jitters erlaubt nun eine eindeutige Zuordnung möglicher Fehlerursachen wie eine schleichende Veränderung der Kapazität der Abschlusswiderstände oder korrodierte Klemmen. Bei dem einen oder anderen Problem muss der Bediener tiefer in die Thematik einsteigen. Über ein defektes Feldgerät kann unter Umständen erst das integrierte Oszilloskop Aufschluss geben.

Diagnose eröffnet neue Serviceangebote

Für die spezifischen Anforderungen verschiedener Zielgruppen bietet Pepperl+Fuchs zwei Ausführungen seines Advanced Diagnostic Modules an. Es gibt zum einen eine stationäre, zum anderen eine mobile Variante. Die fest installierte Version ist für Betreiber gedacht, die ihre Feldbusphysik im Griff behalten wollen. Es wird direkt in einen freien Slot des Power Supply Systems des Herstellers eingesteckt und kann gleichzeitig bis zu vier Segmente überwachen:

• Es dient zur Verifizierung der Feldbusphysik während der Inbetriebnahme
• Informiert mit Warnungen oder Alarmen über abnormale Veränderungen des Physical Layers – inklusive schleichender Veränderungen
• Kann zur Fehlersuche von komplexen Fehlern verwendet werden
• Gestattet auch den externen Zugriff, z. B. über das Internet

Falls kein Pepperl+Fuchs Power Supply System eingesetzt wurde, dann kann zumindest die mobile Version des ADMs eingesetzt werden. Mit wenigen Ausnahmen besitzt es die gleiche Funktionalität wie das stationäre Modul.

Auf jeden Fall eröffnen Diagnosemodule den Weg zu völlig neuen Servicekonzepten. So könnten Dienstleister ihren Kunden zukünftig zum Beispiel anbieten, den Physical Layer der Anlagen durchzumessen. Durch eine regelmäßige Kontrolle lassen sich ungeplante Stillstandzeiten minimieren. Der turnusmäßige Report über den Zustand der Feldbusanlagen schafft zudem Vertrauen in die Technik. Auch ein 24-Stunden Service für akute Probleme wäre denkbar. Durch die Fernwartung per Internet könnten sich bei Anwendern, die sich für eine dauerhafte Online Diagnose der Physical Layer entschieden haben, Reparaturarbeiten deutlich vereinfachen – ein Service, der auch weltweit angeboten werden kann.

Das ADM von Pepperl+Fuchs spart erstens viel Zeit bei der Inbetriebnahme ein; schafft zweitens schnelle Abhilfe bei Problemen; minimiert drittens kostenintensive, ungeplante Anlagenstillstände und erhöht viertens deutlich die Anlagenverfügbarkeit. Serviceunternehmen ermöglicht es die Inbetriebnahme zu straffen und die Anlage termingerecht zu übergeben. Außerdem können Unternehmen mit dem mobilen Diagnose-Werkzeug viele neue After Sales-Dienstleistungen rund um Wartung und Reparatur offerieren und für sich zusätzliches Umsatzpotential erschließen.