Der Feldbus – In Gang und im Griff

Die digitale Datenübertragung via Feldbus setzt sich in der Prozessindustrie immer weiter durch. Die Vorteile liegen klar auf der Hand: Eine erheblich verringerte Verdrahtung spart Kosten und Zeit bei Planung, Installation und Inbetriebnahme. Im laufenden Betrieb überzeugt die Feldbustechnologie durch ihre hohe Genauigkeit in der Datenübertragung und führt unter anderem zu konsistent besserer Qualität in der Produktion. Intelligente Feldgeräte sind nicht nur leistungsstärker und bieten mehr Funktionalität. Der Feldbus erlaubt die Fernparametrierung und das Auslesen von Wartungsinformationen, die das Feldgerät selbsttätig an die Leittechnik meldet. Die Anschaffungskosten rechnen sich durch geringeren Wartungsaufwand und längere Anlagenlaufzeiten.

Feldbus und 4…20 mA-Technik haben in der Installation mehr gemeinsam als man auf den ersten Blick sieht. Kabel müssen ordnungsgemäß verlegt sein. Schirmungs- und Erdungskonzepte sehen ähnlich aus und müssen für die Anlage korrekt ausgewählt sein. Ungewohnt ist für viele Anwender, dass bis zu 31 Teilnehmer an ein Feldbussegment angeschlossen sind und dieses gemeinsam für die Energieversorgung und die Kommunikation nutzen. Auch das Explosionsschutzkonzept muss darauf abgestimmt sein, dass mehrere Teilnehmer an einer Leitung angeschlossen sind. Maximale Leitungslängen von bis zu 1.900 m spezifiziert die relevante Norm IEC 61158-2. Hier hat sich eine Topologie mit Stammleitung (engl.: Trunk) und Stichleitungen (engl: Spurs) durchgesetzt. Jedes Feldgerät wird über einen eigenen Spur an den mit hoher Energie versorgten und deswegen in erhöhter Sicherheit verlegten Trunk angeschlossen. Praktisch alle modernen Installation werden so ausgeführt.

Die zur Übertragung verwendeten Signale sollen einfach messbar sein, um Klarheit über die Übertragungsqualität zu erlangen und diese zu dokumentieren. In der Feldbustechnik spricht man hierbei neben typischen Messgrößen wie etwa Versorgungsspannung und Laststrom von Signalpegel, Signalrauschen und Jitter. Existierende Vorschriften schreiben Prüfungen vor, die dann manuell zu dokumentieren sind. Hier sind neben Kabeldurchgang und –isolation auch Widerstand und Kapazität je Strang zu vermes-sen und zu dokumentieren. Der Inbetriebnehmer hat zur Durchführung eine Vielzahl von Geräten vor Ort einzusetzen. Die Liste der Geräte umfasst digitale Multimeter, Bustester und seltener ein digitales Oszilloskop. Für den „Checkout“ müssen die Messgeräte vor Ort angeschlossen werden. Das heisst, Rangierver-teiler und Schaltschränke müssen geöffnet werden, um die Test- und Prüfgeräte in die bereits fertig gestellte Verdrahtung einzuhängen. Dazu sind im Schrank oder im Feld häufig Kabelverbindungen zu lösen. Selbige Testprozeduren schreiben auch vor, dass jedes Feldgerät einzeln anzuschliessen und dann zu messen und dokumentieren ist. Kurz: Ein hoher manueller Aufwand.

Was für eine Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung undenkbar war, ist für den Feldbus kostengünstig möglich: Das neue Advanced Diagnostic Module von Pepperl+Fuchs bietet die Messung und Überwachung der Feld-busphysik von der Leitwarte aus. Als Steckkarte für das modulare Stromversorgungssystem Power Hub ausgeführt, sammelt das Modul alle Messwerte der Feldbusphysik für alle Feldbussegmente und führt sie an einem Wartungsarbeitsplatz online und in Echtzeit zusammen. Die Feldbusdiagnose bringt Transparenz, und mit der Messbarkeit der übertragenen Signale selbst haben Installateure und Betreiber von Prozessanlagen ein umfassendes Bild vom Verhalten des Feldbusses. Damit lässt sich ansonsten oft unerklärliches Verhalten genauestens analysieren. Und Sie können die Leistungsreserven ermitteln, die der Feldbus bereit hält.

Dem Feldbus kommt zu Gute, das tatsächlich weniger als 2 % aller Installationen ein auf Fehler zurückzuführendes Verhalten aufweisen. Das heißt im Umkehrschluss, dass 98 % der Installationen qualitativ in Ordnung sind und lediglich verifiziert werden müssen. Eine Präsenz vor Ort ist damit für die Inbetriebnahme eigentlich nicht mehr erforderlich. Es liegt nahe, Installation und Inbetriebnahme in jeweils einem Schritt durchzuführen.

Im Prüflabor vorparametrierte Feldinstrumente werden alle direkt an den Feldbus angeschlossen. Mes-sung, Dokumentation und Inbetriebnahme sind zu einem einzigen Arbeitsschritt zusammengefasst. Eine Fehlersuche kann, soweit überhaupt notwendig, im Anschluss daran durchgeführt werden.

Von der Leitwarte aus führt der Inbetriebnehmer alle erforderlichen Arbeiten mit Hilfe des Advanced Di-agnostic Modules durch. Messung und Protokollierung der Arbeiten werden durch Menüs und Abfragen einfach erledigt. Die vollständige Dokumentation wird automatisch erzeugt und wahlweise in elektronischer Form oder Papierform bereit gestellt. Dabei wird sichergestellt, dass:

• Die Installation den Vorschriften der Norm IEC 61158-2 entspricht.
• Jedes Feldgerät die Forderungen des gewählten Feldbusstandards erfüllt.

Außerdem wird die Leistungsreserve jedes Feldbussegments ermittelt.

Die Prozedur kann jetzt wie folgt aussehen:

• Alle Segmente und Feldinstrumentierung sowie die Feldbusstromversorgung anschließen.
• Die Schirmung visuell überprüfen – Die Schirmung ist an jedem Feldgerät sauber aufgelegt und isoliert.
• Feldbusstromversorgung einschalten und die Leittechnik aktivieren, damit alle Feldgeräte angesprochen werden.
• Mit dem Advanced Diagnostic Module alle Messungen durchführen, abspeichern und dokumentieren.

Mit dieser kurzen Testprozedur lässt sich viel Inbetriebnahmezeit einsparen. Außerdem ist das technisch tiefe Expertenwissen über den Feldbus nur noch für die Überprüfung der im Test durchgefallenen Segmente notwendig. Die unter immer höherem Zeitdruck durchzuführenden Installations- und Inbetriebnahmearbeiten werden trotzdem mit hoher Qualität durchgeführt.

Der Inbetriebnehmer wird dabei durch clevere Dialoge unterstützt: Zunächst wird der Trunk vermessen und die Versorgungsspannung sowie der Laststrom ermittelt. Eine Erdschlussmessung wird für beide Adern durchgeführt. Danach werden die Kommunikationssignale jedes Feldgerätes auf Stärke, Rauschen und Jitter überprüft. Grenzwerte für die Onlineüberwachung der Feldbusphysik werden vorgeschlagen und im Diagnosemodul abgelegt.

Das alles und mehr wird ermöglicht durch die Integration des Diagnosemodules in die Stromversorgung, ohne dass auch nur eine einzige Klemme für den Anschluss von Messgeräten angefasst werden muss. Die Verdrahtung im Schaltschrank bleibt unbeeinträchtigt.