Lange Anlagenlaufzeit fordert automatisiertes Wartungskonzept Inspektor zur Busanalyse

Es streitet heute wohl kaum einer mehr ab: Die Feldbuskommunikation als Ganzes – nicht nur einzelne Module – unterliegt dem Verschleiß. Bauteilalterungen und das ständige Einwirken der Produktionsumwelt (Temperatur, Feuchtigkeit, Öle, Fette) sind hierfür als Hauptverantwortliche auszumachen. Oft ist der Verschleiß nicht einmal sehr groß, aber da beim Einrichten vieler Feldbussysteme die Qualität messtechnisch nicht hinterfragt wird und die Empfangsqualität von Anfang an weit unter den vorgegebenen Werten liegt, reicht schon der redensartliche Tropfen, der das Fass zum Überlaufen bringt. So finden viele Anlagenstillstände, die scheinbar aus heiterem Himmel kommen, ihre Ursache im schlechten Grundzustand des Feldbusses und dessen Alterung. Was tun? Schmerzliche Erfahrungen aus der Praxis bringen heute immer mehr Anlagenbetreiber zu der Frage: Was kann ich tun, um solche Ausfälle von vorneherein zu vermeiden? Gerade dann, wenn Zeit und Personal knapper werden, sind die richtigen Instandhaltungsmaßnahmen gefragt; sonst können die durch Anlagenstillstände verursachten Kosten schnell die Investitionseinsparungen überschreiten. Der Grund, warum aber viele Anlagenbetreiber heute noch immer keine Konzepte zur Feldbuswartung realisiert haben, ist das fehlende Verständnis und auch die Sensibilität dafür, dass der Feldbus ein verschleißbehaftetes Bauteil darstellt und als solches angesehen und behandelt werden muss. Darüber hinaus wird Wartung im Feldbus noch immer mit Aufwand, Oszilloskop, Telegrammanalyse und einer großen Menge Expertenwissen in Zusammenhang gebracht. Inzwischen gibt es jedoch Diagnose- und Instandhaltungstools, die ohne großen Aufwand einzurichten sind und sich obendrein einfach bedienen lassen. Die Indu-Sol GmbH hat für die Interessenten aus Anlagenerrichtung, Wartung und Service verschiedene Diagnose- und Wartungstools im Programm. Die Mitarbeiter mussten sich Fragen nach einer permanenten messbaren Verschleißermittlung gefallen lassen. Denn nicht selten ist es vorgekommen, dass Messungen im Stillstand einer Anlage keinen Hinweis auf eine Schwachstelle brachten und sich in der Produktion die sporadischen Ausfälle erneut zeigten. Hinzu kommt, dass in solchen Fällen das Quittieren der Störung bis hin zum Betätigen des Hauptschalters den Fehler (bis zum nächsten Mal) einfach vergessen machten. Eine Reproduzierbarkeit oder nachträgliche Analyse ist unmöglich. Ausgehend von der Nachfrage aus dem Markt und der Überlegung, dass es einen plötzlichen \’Bus-Tod\‘ nicht gibt, sondern sich dieser, wie oft auch im wahren Leben, vorher andeutet, hat Indu-Sol hierfür einen \’Feldbusspitzel – den Inspektor\‘ entwickelt. Der Inspektor (siehe Kastentext) ist ein Analysegerät, das sich unter laufenden Produktionsbedingungen in Anlagen integrieren lässt und den permanenten Zustand der Bus-Teilnehmer in Form einer Ampel (rot, gelb, grün) anzeigt (Bild 1). Ohne große Vorkenntnisse lassen sich so Probleme schnell aufspüren. Dem Inspektor bieten sich zwei unterschiedliche Einsatzfälle: die permanente Überwachung eines Bussystems oder die temporäre Kurzeitanalyse. Langzeitanalyse erlaubt vorbeugende Instandhaltung Zur Feldbusanalyse wird der Inspektor (Hardwaremodul) auf die Hutschiene aufgeschnappt, über eine 24V-Spannung versorgt und über ein rückwirkungsfreies Anschlusskabel mit dem Profibus verbunden. Der Einbau ins zu überwachende Mastersystem ist ohne Konfiguration möglich. Die Analyse läuft und überwacht nun kontinuierlich den logischen Datenverkehr, zählt Fehler und speichert vorübergehend folgende Ereignisse: zerstörte Telegramme, Telegrammwiederholungen, Diagnosemeldungen des Slaves und sichtbare Veränderungen der Zykluszeiten. Mit der Monitoring-Software Promanage ist es von zentraler Stelle aus möglich, über eine Ethernet-Verbindung die gemessenen Daten in Diagrammen (Reports) darzustellen. Die Messwerte werden mit einem Zeitstempel versehen und bis zu 365 Tage minutenaktuell in einer Datenbank gespeichert. Die Alarmierung der Instandhalter erfolgt, bevor die logische Busqualität den sicheren Bereich verlässt. Die Möglichkeit der Integration über OPC in bestehende Visualisierungen und der Fernzugriff über VPN sind Bestandteile dieser Systemlösung zur permanenten Netzwerküberwachung. Hierzu werden für jede Anlage individuelle Schwellenwerte definiert. Die Software ermöglicht zudem die zentrale Verwaltung von Daten aus maximal 100 Netzwerken (Bild 2). Wegen der Langzeit-Datenspeicherung kann der Anwender kontinuierliche Verschlechterungen frühzeitig wahrnehmen und eingreifen, bevor es zum Ausfall kommt. Will man trotz Einsatz von weniger Personal unerwartete Ausfälle vermeiden, kommt man an automatisierten Lösungen zur permanenten Zustandsüberwachung des Feldbusses nicht vorbei. Daneben bringt das langfristige Speichern von Qualitätsdaten der Netzwerke weitere Vorteile: In der Praxis werden Erkenntnisse zum Thema \’Netzwerk-Verschleiß\‘ gesammelt. Damit kann zum Beispiel auf die Zusammenhänge von Betriebsdauer, Umgebungsbedingungen und Alterung geschlossen werden. Diese Informationen sind langfristig nicht nur für Instandhalter, sondern auch für Anlagenplaner und Gerätehersteller interessant. Gerade wenn Anlagen über ihren geplanten Einsatzzeitraum hinaus betrieben werden, sind Langzeitanalysen wichtig, die eine kontinuierliche Verschlechterung der Anlage aufzeigen und so vorbeugende Instandhaltung ermöglichen. Kurzzeitanalyse: Einsatz von Messgeräten vorbereiten Der Autor dieses Beitrags steht mit verschiedenen Anlagenbetreibern im Austausch und beobachtet hier ein Umdenken bei den Investitionen: Während früher ein neues Modell zugleich auch eine komplett neue Produktionslinie bedeutete, ist heute die Herangehensweise die, neue Modelle möglichst auf bestehenden Anlagen fertigen zu können. Das heißt aber auch, dass Anlagen, die ursprünglich für einen Einsatzzeitraum bis 2011 vorgesehen waren, jetzt auf einmal bis 2020 arbeiten sollen. Hier werden Frühwarnsysteme für den Feldbus und auch für das Ethernet, die also bereits vor dem Anlagenausfall warnen, immer wichtiger. Zustandsorientierte und somit vorbeugende Wartung sind die aktuellen Schlagwörter in der Instandhaltung. Das gilt auch für den Feldbus. Hierbei kann der Inspektor hilfreiche Dienste leisten. So ist es damit möglich, an beliebigen Stellen des Netzwerks eine Kurzzeitanalyse durchzuführen. Die dabei gewonnenen Ergebnisse ermöglichen dann den Einsatz weiterer Messgeräte (Bild 4). Für die Mitarbeiter von Indu-Sol ist es bei der Businspektion nämlich oft das Problem, dass sie gar nicht wissen, wo sie ansetzen müssen. Ist es ein \’Kopf-\‘ oder ein \’Rumpfproblem\‘, also ist der Fehler wirklich im Bus, in der Busanschaltung oder ist er in der I/O Erweiterung der einzelnen Feldbusmodule zu suchen? Mit den in der Kurzeitanalyse gewonnenen Informationen und den zusätzlichen Ergebnissen der Messungen wird klar, wo z.B. einzelne Busleitungen ausgetauscht werden müssen, Abschlusswiderstände fehlen oder ob der Einbau, eine Reparatur oder der Austausch einzelner Module nötig wird. Um sich ein Bild über dieses Analysemodul zu machen, kann der Stand-Alone-Inspektor einschließlich Zubehör in einem entsprechenden Starter-Kit kostenlos getestet werden. Kasten: Inspektor für ein permanentes \’EKG\‘ der Anlage Kommunikationsbusse sind die Hauptschlagadern der Automatisierungstechnik. Damit die Produktion fehlerfrei arbeiten kann, muss deren Zustand jederzeit bekannt sein. Die Inspektor-Familie der Firma Indu-Sol ermöglicht eine permanente Überwachung von Profibus, ASi, CAN, DeviceNet, Safetybus p und Profinet. Mit der Software Promanage lassen sich verschiedene Bussysteme von zentraler Stelle aus überwachen und analysieren. Mit Hilfe eines in der Hardware integrierten Webservers kann der Netzwerkzustand aber auch ohne weitere Software auf jedem PC mittels Internetbrowser teilnehmerbezogen als Matrix angezeigt werden (Bild 3). Voreingestellte Triggerfunktionen summieren Ereignisse auf und ein integrierter potentialfreier Kontakt \’schlägt\‘ bei Überschreitung definierbarer Schwellen Alarm. Ampelfarben kennzeichnen den Zustand.