Kommunikationsmesstechnik Überwachte Busse

Um den sicheren Betrieb einer Anlage zu gewährleisten, sollten Anlagenbetreiber neben den eingesetzten Komponenten auch die Qualität des Kommunikationsbusses zyklisch prüfen oder, noch besser, permanent überwachen. Wichtig dafür ist eine ganzheitliche Betrachtung der Anlage, in welche die Feldgeräte, die Übertragungstechnik und die Übertragungsmedien sowie die gesamte Infrastruktur miteinbezogen werden. Damit sollte man schon bei der Anlagenplanung beginnen und Qualitätsparameter sowie deren Mess- und Überwachungsmethode definieren.

Nach wie vor ist der Profibus zeitgemäß und wird gerade in der Prozess- und Verfahrenstechnik im Mix mit Profinet weitere Anwendungen erfahren. Unabhängig von der Wahl des Kommunikationsbusses gilt für die Anlagenplanung aber eines: Nur ein zuverlässiges Netzwerk ist ein gutes Netzwerk. Deshalb sind bereits bei Planung und Design alle einschlägigen Richtlinien und Empfehlungen zu beachten. Das klingt selbstverständlich, genügt aber in der Praxis leider nicht. Geplant werden muss mit ausreichenden Reserven, damit der Kommunikationsbus, salopp gesagt, nicht schon von Anfang an »aus dem letzten Loch« pfeift. Letzteres ist leider allzu oft bittere Realität, wie man bei Indu-Sol aufgrund langjähriger Erfahrung mit der Diagnose von Feldbussen weiß.

Neben der Funktion ist es auch wichtig, die Überschaubarkeit und somit die Anforderungen von Wartung und Instandhaltung bei der Netzwerkstrukturplanung mitzubedenken. Man sollte sich beispielsweise von Anfang an einschränken, beispielsweise was Teilnehmeranzahl pro Segment und Leitungslängen betrifft, die Übertragungsrate nicht nach Möglichkeit, sondern nach Erfordernis festlegen und Qualitätskriterien für die Abnahme definieren. Konzipiert man dann noch ein Monitoringsystem, das in eigenen Spezifikationen festgeschrieben wird, wird man mit längerer Lebensdauer und größerer Produktionssicherheit belohnt. Ausgereifte Softwarewerkzeuge für die Netzwerkplanung schaffen dafür die Voraussetzung, dass Planung und Anlagenrealität übereinstimmen und das Netzwerk mit ausreichender Reserve funktioniert.

Vorbeugen statt Heilen

Die Zuverlässigkeit des Feldbusses, der »Hauptschlagader des Automatisierungssystems«, gilt es auch nach der Inbetriebnahme, während der Produktionsphase, zu hinterfragen. Denn auch ein Kommunikationsbus ist nicht unsterblich, sondern altert und verschleißt. Deshalb ist eine permanente Überwachung und kontinuierliche Zustandsanalyse der Kommunikationsqualität während des Produktionslebenszyklus‘ im Sinne eines Condition-Monitoring von großem Nutzen. Eine Warnung vor dem Ausfall macht verdeckte Störer frühzeitig sichtbar, Wartungsmaßnahmen werden planbar und kostenintensive Anlagenstillstände, die in Prozess- und Verfahrenstechnik nicht tolerierbar sind, lassen sich vermeiden.

Das gilt auch, wenn für eine Ausfallüberbrückung redundante Systeme vorgesehen sind. Bei Fehlern ist dann zwar kein unmittelbarer Anlagenstillstand zu befürchten, aber dennoch ist es wichtig zu wissen, warum es zu Redundanzumschaltung gekommen ist. Um den Fehler mittelfristig zu beseitigen, muss man ihn allerdings finden, braucht also auch hier die passenden Diagnosewerkzeuge. Dazu ist eine präzise Kenntnis der Netzwerktopologie unerlässlich. Nur dann lässt sich der potenzielle Störungsverursacher schnell lokalisieren. Mit dem richtigen Equipment gelingt dies heute auch bei großen Anlagen, ohne dass man sich dazu tief greifende Netzwerk- oder IT-Kenntnisse aneignen muss.

Diagnose, Übersicht und historische Daten

Ein gutes Beispiel hierfür ist die Netzwerküberwachungssoftware »PROmanage« (Bild 1). Diese wird samt Datenbank auf einem zentralen Rechner installiert und sammelt Informationen zur Kommunikationsqualität in industriellen Netzwerken. Mit ihr lassen sich sowohl Profibus- als auch Ethernet-, Profinet-, CAN-Bus- und ASi-Netzwerke überwachen.

Für Ethernet fragt das System dazu die Portstatistiken der verwaltbaren Switche im Minutentakt ab, für die anderen Netzwerke sammeln sogenannte »Bus-INspektoren« (Bild 2) die benötigten Informationen. Abhängig von der jeweiligen Anlage lassen sich für alle Netzwerkteilnehmer Schwellwerte definieren; werden diese überschritten, schlägt die Software Alarm.

Darüber hinaus können die minutengenauen Daten bis zu einem Jahr lang gespeichert werden. So lassen sich Trends exakt nachvollziehen und Probleme damit frühzeitig erkennen, da immer nachvollziehbar ist, wer, wann, wie und mit wem kommuniziert hat. Besonders bei der Verwendung von Ethernet-basierender Echtzeitkommunikation wird es immer wichtiger zu wissen, wie es dem Netzwerk geht und dass die entsprechenden Daten samt der möglichen sporadischen Ereignisse nachvollziehbar auf einer Datenbank abgelegt werden. Gleichzeitig bilden diese Daten eine gute Basis für strategische Entscheidungen, etwa um festzustellen, an welcher Stelle eine Modernisierung der Anlage sinnvoll ist. Es lohnt sich also in vielerlei Hinsicht, die Qualität der Kommunikationsnetzwerke während des gesamten Lebenszyklus‘ der Anlagen im Auge zu behalten.

Über die Autoren:

Ellen-Christine Reiff und Alex Homburg schreiben für das Redaktionsbüro Stutensee.

Profibus gestern und heute 
Die Geschichte von Profibus geht auf ein 1987 in Deutschland gestartetes öffentlich gefördertes Verbundvorhaben zurück. In einem ersten Schritt wurde das komplexe Kommunikationsprotokoll »Profibus FMS« (Fieldbus Message Specification) spezifiziert, das auf anspruchsvolle Kommunikationsaufgaben zugeschnitten war. In weiteren Schritten wurde ab 1993 das einfacher aufgebaute und daher wesentlich schnellere Protokoll »Profibus DP« (Decentralized Peripherals) spezifiziert. Die Weiterentwicklung geht in Richtung höherer Geschwindigkeiten durch Einsatz von Industrial-Ethernet (Profinet) als Kommunikationstechnologie. Bestehende Geräteprofile (wie Profidrive) werden dabei auf Profinet abgebildet.