Automatisierte Feldbuswartung Erhöhte Verfügbarkeit trotz reduziertem Wartungsaufwand

Die Automatisierungsbranche sieht sich derzeit mit einem Dilemma konfrontiert: In der Praxis wird es immer deutlicher, dass Kommunikationsbusse nicht so fehlerfrei arbeiten, wie die Anwender lange glaubten. In vielen Fällen ist die mangelnde Buskommunikation sogar die Ursache für Produktionsstillstände. Daher ist es für eine zuverlässige Produktion notwendig, das Kommunikationsnetzwerk selbst regelmäßig zu warten. Andererseits wollen viele Unternehmen Kosten für das Wartungspersonal sparen. Doch dieser Gegensatz ist lösbar, wenn in der Praxis für die zu überwachenden Netze die entsprechenden Soft- und Hardware-Lösungen zur Verfügung stehen. Regelmäßige Wartung fehlt Eine Ursache für Systemausfälle liegt bei den Anwendern von Feldbussystemen selbst: Vor dem Einsatz im Netzwerk werden alle Sensoren und Aktoren bis ins Detail geprüft. Jedoch nach der Installation des Netzwerks selbst, wenn zu den eingebauten Komponenten noch zahlreiche Meter an Kabeln und viele Steckverbinder dazugekommen sind und das System läuft, prüfen die Anwender die Netzwerke nicht mehr. Da bislang keine Norm die Qualitätsprüfung des Gesamtnetzwerks fordert, wollen sich viele Anwender die Kosten für eine Untersuchung nach der Installation oder eine regelmäßige Wartung sparen. Dieses Verhalten ist allerdings kurzsichtig, bedenkt man, dass der Feldbus das \’zentrale Nervensystem\‘ einer Automatisierungsanlage bildet. Netzwerkzustände beurteilen Nachdem die erste Euphorie im Feldbusbereich verklungen ist, lassen sich 95% der Ausfallursachen von industriellen Datennetzen auf mangelnde Qualität des Bus zurückführen. Nur wer den genauen Zustand seines Feldbusnetzes kennt, kann eingreifen, bevor es zum Ausfall kommt. Zum einen ist es notwendig, Projektierungs- und Installationsrichtlinien genau zu befolgen, damit der Bus von Anfang an mit maximaler physikalischer Übertragungsqualität arbeitet. Zum anderen gilt es zu bedenken, dass Leitungen und Steckverbinder verschleißen. Kühlmittel, Temperatureinflüsse, Feuchtigkeit, Öle, Fette, aber auch unzählige Wechselbiegebeanspruchungen der Leitungen in den Schleppketten beispielsweise tragen hierzu bei. Der physikalische Zustand eines Feldbusses verschlechtert sich also über die Jahre. Der Abnutzungsvorrat beim Feldbus ist sehr hoch. Deshalb fuktioniert der Bus auch dann noch, wenn weit jenseits der definierten Sollspannung gearbeitet wird. Deshalb glauben viele Anwender, ganz auf Wartung verzichten zu können. Doch der Störabstand und damit der Spannungsbereich, innerhalb dessen der Feldbus zuverlässig arbeitet, ist zwar groß, aber keinesfalls unendlich – eine trügerische Sicherheit. Mit zunehmendem Verschleiß sinkt die physikalische Busqualität irgendwann so stark ab, dass diese Veränderung den logischen Datenverkehr beeinträchtigt. In der Folge kommt es zu sporadischen Ausfällen. Spätestens hier sollten potenzielle Schwachstellen beseitigt werden. Warten bringt Sicherheit Aus Erfahrung wissen die Feldbusspezialisten, dass man den physikalischen Zustand des Kommunikationsnetzes zyklisch alle zwölf bis 18 Monate abfragen sollte, um durch \’Vorsorge\‘ eine unterbrechungsfreie Produktion gewährleisten zu können. Mit der zunehmenden Zahl der zu überwachenden Netzwerke und der gleichzeitigen Abnahme an Wartungspersonal wird die Überwachung immer problematischer, betrachtet man nur das zur Verfügung stehende Zeitvolumen. Daher muss die Feldbuswartung automatisiert werden. Derzeit arbeitet Indu-Sol an einer Lösung. Ein Hardwaremodul als dezentraler Busmonitor und eine entsprechenden Software sollen kontinuierlich den logischen Datenverkehr in Feldbussen überwachen und dessen Zustand anzeigen. So lassen sich Rückschlüsse auf den physikalischen Zustand des Netzes ziehen. Dazu wird das Hardwaremodul \’Inspektor\‘ in jedes zu überwachende Mastersystem eingebaut. Dort überwachen sie den logischen Datenverkehr kontinuierlich, zählen Fehler und speichern diese als Ereignisse: zerstörte Telegramme, Telegrammwiederholungen, Diagnosemeldungen des Slaves und sichtbare Veränderungen der Zykluszeiten. Im Ethernet wird zudem noch die Anzahl der Telegrammkollisionen beobachtet. Um das Verhalten im Datenverkehr und somit die auftretenden Fehler richtig beurteilen zu können, werden die Schwellenwerte zur Frühalarmierung des Instandhaltungspersonals erst nach einer gewissen Zeit der Installation des Systems eingestellt. Nur mit dieser Vorarbeit lassen sich Grenzwerte (Alarmstufen) anlagenspezifisch und somit optimal definieren. Die zentrale Instandhaltungssoftware \’Promanage\‘ ist über das vorhandene Ethernet-Netzwerk mit dem Inspektor verbunden. Die Software holt sich im Minutentakt die Messdaten im SNMP-Format (Simple Network Management Protocol) ab, zeigt sie in verständlichen Diagrammen (Reports) an und informiert den Instandhalter, bevor die logische Busqualität den sicheren Bereich verlässt. Historie für Netzwerkanalyse Mit der kontinuierlichen Netzwerküberwachung und dem Speichern der ermittelten Daten lässt sich jederzeit eine quantitative Aussage über den Zustand einer Anlage machen, und es eröffnen sich künftig weitere Möglichkeiten. Bislang wurde bei vielen Automatisierern der Instandhalter für das Wochenende nur dann bestellt, wenn das Netzwerk während der Woche nicht zuverlässig arbeitete. Wer jedoch den genauen Zustand eines Netzes nicht kennt, kann nicht garantieren, dass der Feldbus nicht plötzlich ausfällt. Mit der kontinuierlichen Überwachung sieht man genau, wann sich die Kommunikationsqualität dem Ausfallbereich nähert, und kann rechtzeitig mit einer Wartung entgegenwirken. Daneben bringt die Speicherung der Daten weitere Vorteile: Der Zustand eines Netzes kann über einen längeren Zeitraum beobachtet werden und beispielsweise mit dem Vortag, dem Vormonat oder dem Vorjahr verglichen werden. Außerdem wird anhand dieser Informationen deutlich, warum Feldbusse in verschiedenen Werksbereichen unterschiedlich schnell altern. Daraus lässt sich unter Umständen schließen, welche Umgebungsbedingungen für eine schnellere Alterung verantwortlich sind. Dabei entstehen auch wichtige Erkenntnisse zum Verhalten eines Netzwerks. So kann der Anwender ablesen, wie stark die Umwelt oder die Bauteilalterung die Kommunikation im Verlauf der Zeit beeinflussen. Diese Forschungsergebnisse dürften nicht nur für die Instandhaltungsplaner, sondern auch für die Gerätehersteller und deren Entwickler von Vorteil sein. Flexibel durch Standards Damit sich die automatisierte Feldbusdiagnose unter dem Begriff \’Permanente Netzwerküberwachung\‘ möglichst flexibel einsetzten lässt, werden bei der Schnittstelle zwischen Inspektor und Software bewusst Standards verwendet. Die gemessenen Daten werden per Simple Network Management Protocol (SNMP) an die Leitsoftware \’Promanage\‘ weitergegeben. Soll in der gleichen Maschine z.B. noch ein Temperaturwächter mit SNMP-Anschluss installiert werden, so lassen sich dessen Messdaten einfach in der bereits verwendeten Software anzeigen und bewerten. Aber auch der umgekehrte Fall ist denkbar: Eine Visualisierungssoftware ist bereits vorhanden. Dann lassen sich dort die Messdaten des Inspektors einfach integrieren und anzeigen. So kann der Anwender je nach Bedarf die benötigten Module kaufen und muss sich nicht mit mehreren Installationen von Visualisierungssoftware herumschlagen. Der für diesen Fall notwendige Management Information Base-Pfad (MIB) wird dann von Indu-Sol zur Verfügung gestellt. Derzeit ist das Projekt der kontinuierlichen Netzwerküberwachung in der praktischen Forschungs- und Entwicklungsphase. Derzeit machen 13 Firmen Gebrauch von einer kostenlosen Testaktion: Ihnen wird für vier Wochen Hard- und Software kostenlos für die Überwachung ihrer Produktion zur Verfügung gestellt. Lediglich für Personal- und Einrichtung müssen sie einen Festpreis bezahlen. Auf SPS/IPC/Drives 2006 wurde ein Prototyp des Inspektors für den Profibus vorgestellt; zur Hannover Messe 2007 sollen die Inspektoren bereits in Serie lieferbar sein. Inspektoren für den ASi- und CAN-Bus sowie die endgültige Softwareversion von \’Pro­manage\‘ werden bis Ende 2007 folgen. Halle 8 Stand B28