Das Anlagenkonzept basiert auf folgenden Grundelementen:

• Automatisierung durch konsequenten Einsatz von Feldbustechnik mit dem Ziel, den vielschichtigen Anwendernutzen dieser neuen Technologie zu realisieren (siehe unten: Anwendererwartungen an die Feldbustechnik
• Aufteilung der Gesamtanlage in Teilanlagen mit standardisierten Automatisierungsstrukturen von der Feldinstallation mit ihrer Bustopologie bis zum Schaltschrank mit dem Ziel, die Kosten auf allen Ebenen (Planung, Dokumentation, Wartung, ...) auch dadurch weiter zu reduzieren.
• Redundanz sowohl bei den MSR-Räumen als auch bei den Steuerungen und den Bedien-Servern für erhöhte Verfügbarkeit, z. B. kein Stillstand bei Anlagenausbau oder Störungen bis hin zu lokalem Brandschaden
• Peripherieanbindung weitgehend mit Lichtwellenleitern als optischer Ring für störungsfreien und ausfallsicheren Betrieb

Nutzen für die Verfahrenstechnik

• Digitale (sichere) Datenübertragung
• Gerätespeisung über den Bus
• Reduzierter Aufwand für Planung, Montage und Wartung
• In Aufwand und Platzbedarf reduzierte Verkabelung
• Zentraler Zugriff zu allen Geräten aus der Warte
• Wesentlich reduzierte Dokumentation
• Zentrale Datenhaltung
• Verfügbarkeit von Status- und Diagnoseinformationen aus den Feldgeräten

Übergeordnete Voraussetzung der Entscheidung für PROFIBUS als Feldbussystem war die große Auswahl an lieferbaren PROFIBUS-Geräten unterschiedlicher Hersteller. So bestanden Auswahlmöglichkeiten und ein Verzicht auf vertraute und bewährte Lieferanten war nicht erforderlich.

Bei der Detail-Auswahl der Geräte standen Kosten und Installationsaspekte im Vordergrund:

• Bei einfachen binären Sensoren und Aktoren sind AS-I-Geräte die wirtschaftlichste Lösung. Der AS-I-Bus ist ein typischer "Zubringerbus" und die Ankopplung von AS-I-Segmenten an den über-geordneten PROFIBUS ist seit langem bewährt.
• Für alle anderen Geräte wurden, soweit möglich, PROFIBUS-Geräte in der Ausführung PA ge-wählt. Diese "PA-Geräte" bieten die Installationsvorteile der Baumtopologie sowie der Gerätespeisung über die Datenleitung; der weitere große Vorteil der Eigensicherheit spielte bei dieser Anlage keine Rolle.
• PROFIBUS-Geräte in Ausführung DP wurden nur in den Fällen gewählt, in denen PA-Geräte nicht am Markt angeboten werden (Waagen und Frequenzumformer). "DP-Geräte" können nur in Linientopologie installiert werden.

Moderne Technik muss in allen Phasen ihrer Anwendung einfach und sicher beherrschbar sein; nur so können ihre Vorteile vom Anwender auch voll genutzt werden. Für die Feldbustechnik bedeutet das die Forderung nach leistungsfähigen und einfach handhabbaren Tools (das sind Software-Programme) für Inbetriebnahme, Parametrierung und Wartung der Feldgeräte. PROFIBUS bietet dafür, orientiert an der geforderten Leistungsklasse, eine Auswahl von Möglichkeiten. Alle Tools be-nötigen für Ihre Aufgabe eine exakte Beschreibung der Daten und Funktionen der Feldgeräte, wie Konfigurationsparameter, Maßeinheiten, Wertebereiche, Grenzwerte oder Defaultwerte. Gleiches gilt für die Steuerungen und Leitsysteme, denen für einen reibungslosen Datenaustausch mit den Feldgeräten eben diese Informationen in Form einer "Gerätebeschreibung" bekannt gemacht werden müssen.

• Bei PROFIBUS gibt es zu jedem Gerät eine Grundbeschreibung GSD (Gerätestammdaten-Datei, gehört als Diskette zum jedem Gerät), welche vor allem die Kommunikationsparameter, aber auch einige zusätzliche Informationen, wie z. B. einfache Diagnoseparameter enthält, die für den zyklischen Datenverkehr notwendig sind
• Für den azyklischen Betrieb, wie Gerätekonfiguration und erweiterte Diagnosefunktionen, hat sich in der Prozessautomatisierung eine zusätzliche Form der Gerätebeschreibung bewährt, die EDD (Electronic Device Description). In dieser kann der Hersteller die spezifischen Leistungsmerkmale und Funktionen seines Gerätes beschreiben und dem Bedientool ebenfalls mittels eines Daten-trägers zugänglich machen.
• Eine weitere Möglichkeit für o.g. Funktionen bietet in jüngster Zeit die Gerätebeschreibung in Form einer Softwarekomponente mit DTM (Device Type Manager bezeichnet) und deren Verwendung im Zusammenwirken mit einer standardisierten Schnittstelle FDT (Field Device Tool)

Für die besprochene Anlage wurden für alle Geräte die jeweilige GSD und bis auf wenige Ausnahmen die entsprechende EDD verwendet. Als Gerätemanager kam PDM (Process Device Manager) der Fa. Siemens zum Einsatz. Dieses Tool (Software) wurde zusammen mit den in den GSDs vorliegenden Gerätebeschreibungen in die zentrale Engineeringstation des Prozessleitsystems PCS 7 implementiert und enthält die EDDs. Damit stehen auf der Engineeringstation sämtliche Informatio-nen zur Verfügung, die für ein Gerätemanagement mit nur einem Tool und zentral von der Messwarte aus erforderlich sind.

Die Einführung einer neuen Technik sollte immer mit rechtzeitiger Schulung der beteiligten Mitarbeiter begleitet werden. Dieses Prinzip wurde sowohl vom Betreiber (verantwortlich für die Inbetriebsetzung) als auch vom Systemintegrator (verantwortlich für die Errichtung des Prozessleitsystems und die Feldmontage) berücksichtigt. Positiv war dabei, dass hier nur wenige Tage Schulung zu hervorragenden Ergebnissen in Form von zügiger und weitgehend problemfreier Montage und Inbetriebsetzung geführt haben. Beigetragen hat hierzu sicherlich die mittlerweile hohe Qualität der Schulungskurse der Hersteller und der dabei verwendeten Dokumentation. Aber auch die Begeisterung speziell jüngerer Mitarbeiter für die Beschäftigung mit hochmoderner Technologie ist sicher ein wichtiger Faktor für eine erfolgreiche Durchführung einer solchen Maßnahme in so kurzer Zeit.

Die Verwendung der Feldbustechnik mit ihrer sehr einfachen und flexiblen Topologie geht einher mit einer enormen Reduzierung von Geräten und Kabelstrecken, die für konventionelle Verbindungstechnik erforderlich waren. Das wirkt sich auch unmittelbar auf den Umfang der Dokumentation aus: Messkreiszeichnungen und Verteilerpläne beispielsweise können u.U. ganz entfallen oder, wie bei der besprochenen Anlage der Fall, vom Umfang her um eine Größenordnung reduziert werden. Für zukünftige Anlagen mit Feldbustechnologie bestehen Überlegungen die Dokumentation nur noch in Listform durchzuführen.

Der straffe zeitliche Ablauf mit nur 12 Monaten von Planungsbeginn bis zur Produktionsaufnahme zeigt, dass die Feldbustechnik und speziell die PROFIBUS-Technologie für den Einsatz in der Verfahrenstechnik voll geeignet ist.

Die einzelnen Meilensteine waren:

• 03/2000 -Erste Vorüberlegungen zum Konzept
• 07/2000 - Planungsbeginn MSR
• 10/2000 - Beginn der Bestellphase
• 02/2001 - Montagebeginn MSR
• 05/2001 - Signalprüfung
• 06/2001 - Inbetriebsetzung
• 07/2001 - Erstes Produkt

Die Erfahrungen nach nunmehr 20 Monaten Betrieb sind ohne Einschränkung positiv und die anfangs an die Feldbustechnik und speziell die PROFIBUS-Technologie gestellten Erwartungen wurden voll erfüllt.

Das Nutzenpotenzial für den Anwender ist vielschichtig, wobei sich die meisten Beiträge direkt oder indirekt auf "Kostensenkung und Qualitätssicherung" beziehen. Ein Nutzen ist tagtäglich besonders spürbar und wird von den Betroffenen immer wieder bestätigt: der zentrale Zugriff zu allen Geräten

hat die Wartungsarbeiten, trotz immer komplexer werdender Geräte, hinsichtlich Zeitaufwand und Effektivität im positiven Sinn revolutioniert.

Hier einige der Erfahrungen im Überblick:

• Planungs- und Montageaufwand ist erheblich reduziert; wenige Zweidraht-Leitungen statt dicker Kabelbündel
• Weniger Geräte erforderlich (keine Speisegeräte, keine Klemmen)
• Größere Messbereiche möglich; dadurch Zahl der Gerätetypen reduziert
• Zeitaufwand für Messkreistests reduziert, da zentral von der Warte aus
• Geringerer Wartungsaufwand durch zentralen Zugriff zu den Geräten
• Weniger Fehlermöglichkeiten durch zentrale Datenhaltung
• Sorgfalt bei der Montage (vor allem bei Erdung und Schirmung) und der Einsatz vorkonfektionierter Steckerleitungen und BUS-Verteiler lohnt sich hinsichtlich Zeitaufwand und Fehlervermeidung

Ein interessanter Aspekt ist ein Kostenvergleich dieser Feldbus-Anlage mit der zuvor errichteten, ähnlichen Remote-I/O-Anlage. Der Vergleich ergab Kostenvorteile für den Feldbus, was im Einklang mit Erfahrungen an anderen Anlagen liegt, über die kürzlich in Fachkreisen berichtet wurde.

Gerätekosten

Remote I/O: 100

PROFIBUS: 109

Montagekosten

Remote I/O: 100

PROFIBUS: 81

Ingenieurkosten

Remote I/O: 100

PROFIBUS: 64

Als Fazit kann festgehalten werden:

• PROFIBUS ist einfach und kostensenkend zu planen, zu installieren und zu bedienen
• Die Nutzung der Kostensenkungspotentiale hängt in hohem Maße von Motivation und Ausbildung der Mitarbeiter ab
• Die Erfahrungen mit PROFIBUS stärken den Vorsatz, auch bei Folgeanlagen wieder PROFIBUS einzusetzen.

Dieser Anwendungs-Bericht erschien auch im PROFIBUS Journal 1/2003.

Autoren:

Franz Strupp, Merck KGaA Darmstadt

Dr. Ulrich Jecht, UJ Prozessanalytik, Mitglied der PROFIBUS WG Process Automation

Franz