Feldbus Erfahrungsberichte

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Feldbus Erfahrungsberichte
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
„Der Feldbus ist reif
für den Praxiseinsatz“
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Vorwort
Prof. Dr.-Ing. Birgit Vogel-Heuser,
Lehrstuhl für Automatisierungstechnik/Prozessinformatik
an der Bergischen Universität Wuppertal
Vorwort zur zweiten aktualisierten Auflage
Prof. Dr.-Ing. habil. Lothar Litz
Lehrstuhl für Automatisierungstechnik
Technische Universität Kaiserslautern
FuRIOS: Feldbus und Remote I/O – ein Systemvergleich
Erschienen in atp – Automatisierungstechnische Praxis 44 (2002),
Heft 12/2002, Seite 61 bis 70
Dr.-Ing. Thomas Tauchnitz, Aventis Pharma Deutschland GmbH
Dipl.-Ing. Wilfried Schmieder, Aventis Pharma Deutschland GmbH
Dipl.-Ing. Sven Seintsch, Infraserv GmbH & Co Höchst KG
Feldbus und Remote I/O: Systemvergleich „FuRIOS“
Präsentation anlässlich der NAMUR Hauptversammlung am 08. 11. 2002
Dr.-Ing. Thomas Tauchnitz, Aventis Pharma Deutschland GmbH
Feldbus Erfahrungsberichte
Präsentation anlässlich der NAMUR Hauptversammlung am 04. 11. 2004
Martin Schwibach, BASF
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, infraserv höchst technik
Dr. Joachim Zobel, Novartis
Tastentelefone waren der erste Schritt zum Handy
Interview mit
Dr.-Ing. Thomas Tauchnitz, Aventis Pharma Deutschland GmbH
Manfred Dietz, Infraserv GmbH & Co Höchst KG
Einsparungen sind nicht Sinn und Zweck des Feldbusses
Interview mit
Frans van Laak, Obmann des NAMUR AK 2.6 „Feldbusse“
Harry van Rijt, DSM TechnoPartners
Aus der Theorie in die Praxis
Aventis setzt FuRIOS Studie in realer Pharmaanlage um
Round Table Gespräch mit Projektbeteiligten
FuRIOS
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Meinungen
„Inzwischen sind die Vorteile der Technologie unbestritten“
Dr. Oestreich, Geschäftsführer Profibus Nutzerorganisation
„Die Technologie kann sich sehr positiv auf die Anlagenperformance auswirken“
Richard Timoney, President Fieldbus Foundation
„Die Feldbustechnologie ist reif für den Praxiseinsatz“
Martin Schwibach, BASF, Obmann NAMUR AK 2.6 „Feldbusse“
„Schon heute bekennen sich viele Anwender eindeutig zur Feldbustechnologie“
Marc Van Pelt, Vice President Europe Fieldbus Foundation
„Feldbus liefert uns wunderbare Informationen mit einem riesigen Nutzenpotential“
Ian Verhappen, Chairman Fieldbus Foundation Enduser Advisory Council
„Der Feldbus ist für Neuanlagen eine sinnvolle Alternative“
Dr. Joachim Zobel, Senior Automation Engineer Novartis Pharma
Der Feldbus wird flügge
Erste Erfahrungen aus einem Wirkstoffbetrieb bei Aventis
Erschienen in MessTec & Automation 12/2004, Seite 62 bis 64
Dr. Christine Eckert, Freie Journalistin
Fit für die Zukunft
Feldbustechnologie bei Clariant
Erschienen in CHEManager Ausgabe 7, April 2005
Dipl.-Ing. Matthias Pelz, Clariant GmbH
Dipl.-Ing. Thomas Eichhorn, Clariant GmbH
Die Anwendbarkeit der FuRIOS Studie
Erschienen in atp – Automatisierungstechnische Praxis 45 (2003),
Heft 3/2003, Seite 51 bis 54
Dipl.-Wirtsch.-Ing. Thomas Kasten, Pepperl+Fuchs GmbH
Weniger Handicaps im Ex-Bereich
Praxisgerechte Stromversorgungskonzepte für Feldbusse
Erschienen in P&A Magazin Ausgabe 1, März 2005
Dipl.-Wirtsch.-Ing. Thomas Kasten, Pepperl+Fuchs GmbH
Hohe Leistung im Feld –
mit FieldConnex® Feldbus-Installationstechnik
Überreicht mit den besten Grüßen von:
Pepperl+Fuchs GmbH
www.fieldconnex.info
FuRIOS
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Vorwort
FuRIOS, der Titel an sich verspricht furiose, überragende Erkenntnisse. In der Tat ist die
FuRIOS-Studie (Feldbus und Remote I/O-Systemvergleich) ein wesentlicher Fortschritt bei
der Betrachtung von Feldbussystemen in der Prozessautomation, weil Sie systematisch und
aus Anwendersicht den Nutzen und die Kosten (Investitionskosten und Betriebskosten)
anhand einer realen Anlage erläutert.
Bisher standen dazu nur die NAMUR-Empfehlung NE 74, Checklisten aus anderen
Anwendungsbereichen bzw. Unterlagen und Referenzberichte von einzelnen Herstellern und
Anwendern zur Verfügung. Auf der Interkama 2001 wurde die Idee für einen anwendungsbezogenen
Technologie-Vergleich von Aventis, Infraserv und einigen Herstellern initiiert. Die Ergebnisse konnten auf
der NAMUR-Hauptsitzung im November 2002 erstmalig vorgestellt werden.
Die Referenzanlage der Aventis (D712) wurde von Aventis Pharma unter Verwendung von
Remote I/O Technologie projektiert und gebaut. Mit den unveränderten Daten dieser Anlage
wurde zum Vergleich eine reine Feldbus-Lösung von Infraserv mit Unterstützung namhafter
Herstellerfirmen der Sensorik und Aktorik, der Remote I/O und Feldbustechnik sowie der
Leittechnik erarbeitet. Mit dieser Studie liegt sowohl eine systematische Analyse als auch ein
hersteller-unabhängiges Ergebnis vor: der Einsatz von Feldbustechnik lohnt sich auf jeden
Fall. Alleine die Investitionskosten reduzieren sich bei sehr konservativer Abschätzung im
Vergleich mit Remote I/O-Systemen um 3,6 – 5 %. Als Investitionskosten werden die Kosten
der Feldgeräte, des Kommunikationssystems, des Engineering der Feldtechnik und des PLS,
die Montage, die Kalibrierung und Qualifizierung und die Inbetriebsetzung analysiert.
Die technischen Vorteile, wie die Diagnosemöglichkeiten, die zustandsorientierte Wartung bis
hin zum Asset Management sind dabei nicht berücksichtigt. Sie sind aber für den Betrieb der
Anlage insbesondere im Störungsfall und damit für die Betriebskosten nicht zu unterschätzen.
Durch die Feldbustechnik werden weitere Diagnosemöglichkeiten erst eröffnet werden.
Das vorliegende Kompendium liefert Ihnen, dem Leser und Anwender, also die Ergebnisse
dieser hersteller-unabhängigen Studie mit ergänzenden Informationen der Projektverantwortlichen Herrn Dr. Tauchnitz bei Aventis Pharma und Herrn Dietz bei Infraserv sowie des
Obmanns des NAMUR AK 2.6, „Feldbus“, Herrn van Laak, und seines Mitarbeiters bei
DSM Technopartners, Herrn van Rijt.
In einem weiteren Teil werden Vorschläge zur praxisnahen Umsetzung der Ergebnisse der
Studie mittels des Feldbus-Installationssystems FieldConnex aufgezeigt. Damit werden die
betriebswirtschaftlichen Ergebnisse der Studie mit einer technischen Lösung unterfüttert und
weitere Instrumentierungsvarianten dargestellt.
Pepperl+Fuchs trägt mit diesem Kompendium sicherlich dazu bei, die oft beinahe ideologisch
geprägte Diskussion über Feldbus oder Remote I/O zu versachlichen und für den Anwender
konkrete Hilfen zu geben. In diesem Sinne wünsche ich Ihnen viel Freude beim Lesen und
Erfolg bei der Umsetzung in Ihrer betrieblichen Praxis.
Prof. Dr.-Ing. Birgit Vogel-Heuser
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Vorwort zur zweiten Auflage
Der Durchbruch beim Feldbus für die
Prozessindustrie – erleben wir ihn jetzt?
Nachgewiesenermaßen technisch machbar sind sie seit einiger Zeit: die Feldbus-basierten
Lösungen zur Automatisierung verfahrenstechnischer Produktionsanlagen im Ex-Bereich.
Wie wir alle wissen, folgt auf die technische Machbarkeit ein Durchbruch nicht automatisch
und auch nicht sofort. So vergingen vom ersten Prozessleitsystem in einer Pilotanlage im Jahr
1980 bis zum routinemäßigen Einsatz des PLS fast 10 Jahre. Der Durchbruch lag dazwischen.
Wie lang ist dieser Weg beim Feldbus und wo sind wir auf diesem Weg heute angelangt?
Schließlich liegen die ersten Test- und Laboranlagen beim Feldbus lange hinter uns. Die ersten
Produktionsanlagen sind in Betrieb genommen, weitere gehen derzeit in Betrieb. Noch mehr sind
in Planung. Erleben wir derzeit den Durchbruch? Alles deutet derzeit darauf hin.
Zur richtigen Zeit kam dazu die richtige Studie: FuRIOS (Feldbus und Remote IO Systemvergleich).
Neun Hersteller waren an dieser Studie beteiligt, die unter Regie eines Anwenders erstellt wurde.
Zu richtigen Zeit entstand die Studie, weil sie mit Feldbusbarrieren, Segmentkoppler und
Ventilanschaltboxen die neuesten technischen Entwicklungen einbezieht. Ohne diese wäre der
wirtschaftliche Vergleich noch deutlich zugunsten des Remote-IO ausgefallen. Die richtige Studie
ist FuRIOS ebenso, da sie auf methodischer Basis allen wichtigen Fragen nachgeht und diese
beantwortet. Die vielfältigen Vorteile des Feldbusses gegenüber dem Remote-IO werden detailliert
geschildert. Eine wichtige Nebenbedingung wurde in der FuRIOSStudie nicht vergessen: die
Nachhaltigkeit einer neuen Technik. Sie ist im Sinne des Investitionsschutzes essentiell bei Anlagen,
die – wie in der Prozessindustrie üblich – durchaus 25 Jahre und länger in Betrieb bleiben. Letztlich
ist Nachhaltigkeit eines der wesentlichen Unterscheidungsmerkmale zum Feldbus in der
Fertigungsautomatisierung, wo sich der Durchbruch innerhalb weniger Jahre vollzog und auch
schon einige Jahre zurück liegt.
Studien wie Furios sind ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zum Durchbruch. Geschafft
ist er dann, wenn man nicht mehr darüber schreibt, sondern wenn die Abstimmung mit der
Zahl der Feldbus-basierten Anlagen stattfindet. Das Prinzip der Mitkopplung, das jedem
Regelungstechniker bekannt ist, wird dabei helfen. Von Mitkopplung profitiert automatisch ein
jeder Durchbruch, ohne sie ist er kaum möglich. Ein schlagendes Argument bei einer Investition
ist die Wirtschaftlichkeit. Günstigere Investitionskosten für eine neue Technologie führen
über steigende Stückzahlen zu einer Preis-Degression und dadurch zu weiteren Senkung der
Investitionskosten. Jede weitere neue Anlage mit Feldbus ist Teil der Abstimmung und damit
ist ein wichtiger Schritt auf diesem Weg. Sie ist Teil des Durchbruches, den wir derzeit erleben.
Prof. Dr. Ing. habil. Lothar Litz
Lehrstuhl für Automatisierungstechnik
Technische Universität Kaiserslautern
im März 2005
Bedienen und Beobachten
FuRIOS: Feldbus und Remote I/O –
ein Systemvergleich
Wilfried Schmieder und Thomas Tauchnitz, Aventis Pharma,
und Sven Seintsch, Infraserv GmbH
Während Remote I/O-Systeme innerhalb weniger Jahre eine weite Verbreitung gefunden haben, gelingt dem
technisch überlegenen Feldbus nicht der Marktdurchbruch. Häufig wird die Meinung vertreten, dass im Vergleich zur konventionellen Verdrahtung das Remote I/O bereits fast alle Vorteile des Feldbusses realisiert, so
dass der Wechsel zum Feldbus sich nicht mehr lohnt.Andererseits wird das Remote I/O immer als Übergangslösung bezeichnet. Um einen Beitrag zur Klärung dieses Widerstreits zu leisten, wurde in Zusammenarbeit
der Firmen Aventis Pharma und Infraserv, unter Beteiligung der IGR (Interessengemeinschaft Regelwerke
Technik) und mehrerer Herstellerfirmen ein Systemvergleich durchgeführt. Der Projektname FuRIOS (Feldbus
und Remote I/O – Systemvergleich) mag vielleicht überhöhte Erwartungen wecken (lat. furere = rasen).
Ergebnis des Vergleichs ist jedoch, dass der Feldbus im Vergleich zum Remote I/O-System durchweg überlegen ist: Er bringt weitere Einsparungen in den Investitionskosten, eine Beschleunigung der Projektabwicklung und Inbetriebsetzung und stellt den Wechsel auf eine neue technische Plattform dar, auf der neuartige
und attraktive Geräte entwickelt werden können. Hersteller und Anwender sind aufgerufen, die neuen Möglichkeiten intelligent zu nutzen und mehr zu tun, als nur die bisherigen Instrumente und Betriebsweisen ohne
Änderungen auf den Feldbus zu übertragen.
FuRIOS: Fieldbus and Remote I/O – a system comparison
In contrast to the Remote I/O systems, which have reached a wide market penetration within few years, the
technically superior Fieldbus does not see a market breakthrough yet. It is frequently said that the Remote
I/O system achieves almost all advantages compared to the conventional cabling of field instruments so
that the move towards Fieldbus does not pay any more. On the other hand Remote I/O systems are often
seen as interim solution. In order to help clarify this contradiction the companies Aventis and Infraserv performed a system comparison of Remote I/O and fieldbus in cooperation with the IGR (Industrial Practices
Interest Group, see www.igrtechnik.com) and several instrument manufacturers. The project name FuRIOS
(Fieldbus and Remote I/O – System comparison), in German language associating “race”, might provoke
exaggerated expectations.The result, however, is that the Fieldbus is superior to Remote I/O in many aspects:
It brings further savings in investments, accelerates project execution and startup and so provides the migration to a new technological platform that enables the development of innovative and attractive instruments. Manufacturers and users are encouraged to make intelligent use of these new opportunities and do
more than just transfer the conventional instruments and operations without modifications to the Fieldbus.
1. Einleitung
Seit einigen Jahren stehen ausgereifte Remote I/O-Systeme
zur Verfügung. Bei Neuanlagen wird bei vielen Unternehmen
sehr weitgehend auf diese Technologie zurück gegriffen, so
dass diese sich auch für extrem große und komplexe Anwendungen bewähren konnte. Sie erwies sich als „gangbarer
Weg“, siehe [1]. Die Einsparungen im Vergleich zur konventionellen Verdrahtung über Feldverteiler, Sammelkabel und
Rangierverteiler sind enorm. Gewisse Nachteile z. B. in der
anlagenspezifischen Aufteilung, bei der Platzierung im Feld,
bei einer aufwändigeren Konfigurierung und zusätzlichen
Schulung werden in Kauf genommen.
Ganz anders ist die Situation beim Feldbus für die Verfahrensindustrie. Jahrelang trug die Konkurrenz mehrerer Feldbus-Normen zur Verunsicherung von Geräteherstellern und
atp 44 (2002) Heft 12
Anwendern bei. Technische Probleme und Engpässe kamen
hinzu. Doch seit die internationale Normung mit IEC 61158
[2] zu einem vorläufigen Abschluss gekommen ist und in der
Prozessindustrie mit Profibus PA und Foundation Fieldbus
zwei Systeme angeboten werden, wäre die technische Basis
für den Einsatz des Feldbus gegeben. Das Angebot an feldbusfähigen Geräten ist groß, und Zertifizierungsstellen bieten ihre Dienste an.
Technologisch ist der Feldbus dem Remote I/O-System
einen Generationssprung überlegen. Die Feldsignale können digital – so wie sie in den Geräten ohnehin vorliegen –
übertragen werden, die aufwändige und fehlerbehaftete
Umwandlung in ein Analogsignal und dann zurück zum
Digitalsignal entfallen. Diagnosedaten können problemlos
mit dem Messsignal übertragen werden und sind nicht wie
beim HART-Protokoll im Messsignal zu verschlüsseln. Durch
61
Bedienen und Beobachten
die Normung sind viele Signale bei allen Geräten gleich
codiert, so dass sie ohne gerätespezifischen Programmieraufwand zur Decodierung einheitlich zur Verfügung stehen.
Messgeräte, die völlig neue Möglichkeiten bieten (z. B. die
gleichzeitige Erfassung mehrerer Messgrößen), sind in der
Entwicklung oder bereits verfügbar.
Trotz der genannten Vorteile des Feldbus gelingt diesem
nicht der schon lange erwartete Marktdurchbruch. Hatte es
doch schon 1992 geheißen „Der Feldbus für die Verfahrenstechnik wird erwachsen“ [3]. Auch die regelmäßige Berichterstattung über erfolgreiche Anwendungen, z.B. [4] und das
auf den Messen präsentierte Angebot [5, 6] sowie Untersuchungen zur Wirtschaftlichkeit des Feldbuseinsatzes [7]
führten nicht zum Erfolg. Welche Ursachen können hinter
diesem späten Marktdurchbruch gerade in der Verfahrenstechnik in Deutschland stehen? Ist es die Scheu vor neuer,
noch nicht erprobter Technik? Wohl eher nicht, denn Labortests und kleine Pilotanlagen bescheinigen dem Feldbus
Marktreife. Ist es der Zweifel daran, dass der Feldbus im Vergleich zum Remote I/O-System noch wesentliche Vorteile
bringt – zumal die Einsparungen im Vergleich zur konventionellen Verdrahtung bereits durch das Remote I/O-System
erschlossen werden? Ist der technologische Vorsprung
durch die Feldbustechnologie dem Anwender nicht bekannt
oder nicht vermittelbar? Oder fehlen noch immer wichtige
Komponenten für den Einsatz?
Diese Fragen wurden von Anwendern und Herstellern
diskutiert. Initialisiert wurde das Projekt durch Aventis, Infraserv und Pepperl + Fuchs. Die IGR (Interessengemeinschaft
Regelwerke Technik) stellte die Plattform für das Fachgespräch zwischen den aus Hoechst hervor gegangenen Unternehmen dar. Bei diesen Gesprächen wurde die Idee zum Projekt FuRIOS geboren. FuRIOS steht als Abkürzung für „Feldbus und Remote I/O – Systemvergleich“ und beschreibt die
Absicht dieser Studie: Die beiden Systeme sollen einem praxisnahen Systemvergleich unterzogen werden.
Das Interesse an einem solchen Systemvergleich ist nicht
nur bei den Anwendern vorhanden, sondern auch bei den
Herstellern von Feldgeräten und Automatisierungssystemen. Dort hat man viele Jahre lang in die Entwicklung
sowohl von Remote I/O-Systemen als auch von Feldbuskomponenten investiert, dort muss man heute jedes Gerät wahlweise mit Analogsignal oder mit beiden Feldbus-Schnittstellen ausrüsten. Wie lange noch sollen die Hersteller diese
Parallelentwicklungen von Geräten und Systemen durchführen – letztlich auf Kosten höherer Gerätepreise? Vor diesem
Hintergrund haben sich folgende neun Hersteller finanziell
und teilweise durch technische Mitarbeit an dem Projekt
beteiligt: ABB, Emerson, Endress + Hauser, Camille Bauer,
Honeywell, Pepperl + Fuchs, Samson, Siemens und Wika.
Der folgende Abschnitt 2 stellt den methodischen Ansatz
des Projektes FuRIOS dar. Abschnitt 3 präsentiert die für den
Feldbus erstellte Lösung. Abschnitt 4 vergleicht die Investitionskosten, Abschnitt 5 die Betrieblichen Aspekte des Feldbusses im Vergleich zum Remote I/O. Die Ergebnisse der
Abschnitte 4 und 5 werden in Abschnitt 6 zusammenfassend
bewertet. Es folgt in Abschnitt 7 ein Ausblick für die Anwender und Hersteller. Literaturverweise und ein Verzeichnis der
verwendeten Abkürzungen schließen den Beitrag ab.
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2. Methodischer Ansatz des Projektes FuRIOS
Wie bei der Einführung aller neuer Technologien, stehen bei
der Einführung des Feldbusses Nutzen und Aufwand gegenüber, wobei zum Aufwand auch das Risiko zählt, dass die
neue Technologie zum Stillstand von Anlagen führen
könnte. Mit welchem methodischen Absatz kann man also
einen Vergleich von neuer und bisheriger Technologie
durchführen? Kriterien hierbei sind
앫 Praxisnähe: Ein Vergleich, der die Eignung für den unmittelbaren Einsatz in der industriellen Praxis bewerten soll,
kann nicht abstrakt oder theoretisch sein, sondern muss
die geplante Anlage in ihrer Gänze bewerten.
앫 Zeitnähe: Der Vergleich darf nur Argumente berücksichtigen, die zeitnah wirksam werden können. Spekulationen
auf zukünftige Möglichkeiten sind unscharf und nutzlos
für die jetzige Entscheidung.
앫 Vollständigkeit: Eine Lösung mit der neuen Technologie
muss die Aufgabenstellung vollständig erfüllen.Teillösungen, die kritische Punkte umgehen, führen zu falschen
Aussagen.
앫 Konkretisierung: Für die Ermittlung von Kosten und Nutzen sind Hunderte von Randbedingungen zu berücksichtigen, seien es Standardgerätelisten, Stundensätze, Werkzeuge und Abläufe im jeweiligen Umfeld. Will man nicht
in Allgemeinplätzen untergehen, muss man den Vergleich
auf ganz konkrete Randbedingungen abstützen.
Um diese Kriterien zu erfüllen, wurde der Vergleich zwischen Remote I/O und Feldbus an Hand einer konkreten, neu
errichteten pharmazeutische Wirkstoffanlage durchgeführt.
Die Vergleichslösung wurde nach folgenden Kriterien entworfen:
앫 Keine Veränderung der Anforderungen an die Anlage: Es
wurde der Versuchung widerstanden, durch nachträgliche Änderungen der Anforderungen die Vergleichslösung zu erleichtern oder zu erschweren.
앫 Möglichst gleichwertige Lösung z. B. hinsichtlich Verfügbarkeit, insbesondere durch teilweise Redundanz.
앫 Möglichst gleichwerte Lösung z. B. hinsichtlich der
bestückten oder nicht bestückten Reserven.
앫 Verwendung möglichst der gleichen Feldgeräte wie in
der realisierten Anlage, sofern sie mit Feldbusanschluss
zur Verfügung stehen. Sonst wurden Geräte mit ähnlichen
Eigenschaften eingesetzt. Die Beteiligung von Herstellern
an dieser Studie hatte keinen Einfluss auf die Geräteauswahl.
앫 „Sinnvolle“ Lösung: Kriterium für die Lösung war, dass wir
gemäß unseren Kriterien und Standards die Anlage so wie
geplant bauen würden. Es wurde die Vergleichslösung
also nicht durch Verzicht auf sinnvolle Anforderungen
„gesundgerechnet“, aber auch nicht durch zusätzliche
Anforderungen „totgerechnet“.
앫 Keine mittelfristige Bindung an nur einen Hersteller: Es
wurde keine Lösung akzeptiert, die mittelfristig nur von
einem Hersteller geliefert werden kann. Eine solche
Abhängigkeit würde von der Chemisch Pharmazeutischen Industrie nicht akzeptiert und darf daher nicht
Basis einer Technologieentscheidung sein.
44 (2002) Heft 12 atp
Bedienen und Beobachten
Profibus SegmentDP red. koppler
(nicht red.)
Power Link
Module
(400 mA)
Profibus PA
Ex
SK 2
Power
Link
Strang 1
Power
Link
Strang 2
Ex e
Feldbusbarriere
Power
Link
Power
Link
Ventil
Box
Ex i
MU
Strang n
Feldbusbarriere
MU
insgesamt
• 2 Segmentkoppler
• 17 Power Link Module
• 54 Feldbusbarrieren
Bild 1: Topologie der Feldbus-Vergleichslösung.
앫 Verfügbarkeit der PA Geräte spätestens 10/2002.
앫 Konservative Berechnung: Generell wurde „auf der sicheren Seite“ gerechnet. Man kann tendenziell erwarten, dass
manche Ergebnisse bei einer a-posteriori-Auswertung
stärker zu Gunsten des Feldbus sprechen als in dieser Studie ermittelt.
Zur Vollständigkeit des Vergleichs gehört, dass nicht nur
die Investitionskosten verglichen, sondern so weit wie möglich auch andere Kriterien während des Lebenszyklus der
Anlage berücksichtigt wurden. Aus systematischen Gründen
wurde die Bewertung von Investitionskosten (Abschnitt 4)
und Betrieblichen Faktoren sauber getrennt.
Die Zeitnähe des Vergleichs wurde dadurch erfüllt, dass
nur aktuell lieferbare Geräte und Anschlusstechnologien
berücksichtigt wurden. Hier arbeitet die Zeit natürlich zu
Gunsten des Feldbus, weil immer mehr Geräte mit Feldbusschnittstellen auf den Markt kommen und auch die erforderliche Peripherie wie Anschlusstechnik, Feldmesstechnik und
Software entwickelt werden.
3. Darstellung der Vergleichslösung
Als Referenzanlage wurde eine Anlage zur chemischen Synthese eines pharmazeutischen Wirkstoffes im Gebäude
D712 bei Aventis in Frankfurt-Höchst verwendet. Diese
Anlage wurde in den Jahren 2001 und 2002 errichtet und in
2002 in Betrieb gesetzt. Die Anlage ist zu charakterisieren
durch:
앫 Projektkosten 13,8 Mio. €, davon 3,5 Mio. € PLT-Kosten,
앫 automatisiert durch das Prozessleitsystem Industrial IT
von ABB,
앫 Remote I/O: S900 von ABB,
앫 Explosionsgefährdeter Bereich: Zone 1,
앫 Pharma-Anforderungen (cGMP),
앫 Geplant mit dem CAE-System Comos PT von Innotec.
Folgendes Mengengerüst lag vor:
앫 369 PLT- Stellen am Remote I/O (mit 821 I/O‘s),
– 155 Analoge Eingänge
atp 44 (2002) Heft 12
Ventil
Box
Ventil
Box
– 58
Analoge Ausgänge
– 405
Binäre Eingänge
– 203
Binäre Ausgänge
앫 62 Motoren (Ansteuerung über Profibus DP),
앫 2 Umrichter (Ansteuerung über
Profibus DP).
Für diese konkrete Anlage wurde
eine Vergleichslösung auf Basis des
Feldbus erstellt (Bild 1). Als Feldbus
wurde Profibus PA ausgewählt. Dem
lag vor allem zu Grunde, dass für diesen
derzeit mehr Geräte und Tools auf dem
Markt sind, die die in Europa geltenden
Anforderungen an den Explosionsschutz erfüllen.
Als Grundkonzept für die Topologie
wurde der Einsatz von Feldbusbarrieren sowie von Ventilinseln festgelegt. Die passiven Feldbusbarrieren haben eine
Energieversorgung über das Buskabel bzw. das Power Link
Modul, wobei diese Anschlüsse in der Zündschutzart
erhöhte Sicherheit e ausgeführt sind, während die vorgesehenen Anschlüsse für die Feldgeräte die Zündschutzart
Eigensicherheit i aufweisen.Wir weichen hier zwar von der in
Deutschland bevorzugten eigensicheren Ausführung für
Signalübertragungen ab, halten dies aber für die sinnvollste
Lösung. Die Wahrscheinlichkeit, dass die einzelnen Feldgeräte ausgetauscht werden müssen, ist deutlich größer als
Änderungen am Feldbusstrang selbst, so dass hier die
Anwendung der Zündschutzart Eigensicherheit i von höherer Bedeutung ist. Verzichtet man auf die Feldbusbarrieren
und führt die Feldbusstränge komplett eigensicher aus – so
ergab eine grobe Abschätzung – wäre die Feldbuslösung
deutlich teurer als die Lösung mit Remote I/O. Diese Aussage
ist so wichtig, dass sie in anderen Worten wiederholt werden
soll: Ohne die Feldbusbarrieren wäre der Feldbus nicht wirtschaftlich einsetzbar!
Auch die Bedeutung der Ventilinseln ist von hoher wirtschaftlicher Bedeutung. Dem Mengengerüst kann man
entnehmen, dass etwa drei Mal so viel Binärsignale wie
Analogsignale vorliegen. Durch die Bündelung der Binärsignale in den Ventilinseln reduziert sich der Aufwand
ganz erheblich, bzw. könnten solche Feldgeräte erst gar
nicht in den PA Bus integriert werden. Auch dies würde die
wirtschaftliche Bewertung zu Ungunsten des Feldbus entscheiden.
Die erstellte Lösung mit Feldbus ist durch folgende Kennzahlen charakterisiert:
앫 2 redundante Profibus DP-Stränge für die Feldgeräte,
앫 1 Profibus DP-Strang für Motoren und Umrichter,
앫 2 Segmentkoppler (SK2), wobei diese – im Gegensatz zur
entsprechenden Remote I/O-Lösung – leider nicht mit
einer durchgängigen Redundanz bis zum jeweiligen PAStrang ausgerüstet werden können,
앫 17 Profibus PA-Stränge bzw. Power Link Module,
앫 64 Feldbusbarrieren (Bus: EEx e, Signale EEx i),
앫 max. Stranglänge ohne Stichleitungen 210 m,
앫 max. 17 Teilnehmer am Strang (Stiche jeweils 15 m),
MU
Ventil
Box
63
Bedienen und Beobachten
앫 Die Gesamtzykluszeit für Profibus PA- Slaves ist kleiner
364 ms und genügt damit den vorliegenden Anforderungen.
Es gab einige wenige Geräte, die nicht mit Feldbusanschluss verfügbar sind (siehe unten). Hierfür ist eine „Lumpensammler”-Lösung erforderlich. Eine kurze Abschätzung
ergab, dass für diese wenigen Signale (21 Signale) Remote
I/O-System unwirtschaftlich wäre. Sie werden direkt in den
Schaltraum verdrahtet und dort an konventionelle Ein/Ausgänge des Prozessleitsystems angeschlossen. Neben den
zusätzlichen Hardware-Kosten für ein Remote I/O-System
entstünde zusätzlich der damit verbundene Schulungs- und
Inbetriebnahmeaufwand, der beim direkten Anschluss an
das PLS entfällt.
4. Vergleich der Investitionskosten
In diesem Abschnitt wird im Detail verglichen, wie sich die
Realisierung mit dem Feldbus auf die einzelnen Bestandteile
der Prozessleittechnischen Anlage auswirkt. Neben der
Beschreibung der technischen Ausprägung ist auch die wirtschaftliche Bewertung enthalten.
4.1 Feldgeräte
Bei der bisher eingesetzten Technik werden Regelventile mit
Endlagenschaltern ausgestattet. Durch die digitalen Positioner wird die Rückmeldung über das Erreichen der Endlage
elektronisch ermittelt und über den Bus übertragen. Deshalb
wurde beschlossen, auf die Endlagenschalter zu verzichten.
Ebenso wurde bei Regelventilen ein Magnetventil zum
vollständigen Abschalten des Produktstroms vorgeschaltet.
In der Studie wurde beschlossen, hierauf beim Einsatz des
Feldbus zu verzichten, da auch die Positioner das vollständige Abschalten ermöglichen und dies durch die integrierte
Rückmeldung der realen Ventilstellung überwacht werden
kann. Dies gilt allerdings nicht bei Magnetventilen, die für
sicherheitsrelevante Funktionen eingesetzt werden.
Noch keine befriedigenden Feldbus-Komponenten gab
es für folgende Aufgabenstellungen:
앫 In Befehlsgeber integrierte Meldeleuchten erfordern eine
so hohe Leistung, dass sie nicht eigensicher vom Feldbus
aus versorgt werden können. In unserer Anlage wurden –
trotz überwiegend automatischer Fahrweise – 5 Vor-OrtBefehlsgeber und 2 separate Meldeleuchten eingesetzt.
앫 Bei Drehzahl- und bestehenden konventionellen Mengenmessungen fallen Signale als Zählimpulse an. Hierfür
gibt es keine feldbusfähigen Eingangsgeräte, die als
Binär-Eingangs-Signale durchaus denkbar wären. In der
konkreten Anlage waren vier Drehzahlmessungen separat zu lösen.
앫 Während es feldbusfähige Analysengeräte für die maßgeblichen Anwendungen, wie PH-und Redox-Wert sowie
Leitfähigkeit und O2-Messungen gibt, stehen für eher selten eingesetzte weitere Analysengeräte, wie Messgeräte
für Trübung in der Regel nicht mit einem Feldbusanschluss zur Verfügung. Im konkreten Fall wurden auf-
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grund von sicherheitstechnischen Anforderungen drei
O2-Messungen konventionell aufgebaut.
앫 Bei der Wägetechnik müssen heute noch die Signale der
Wägezellen mittels eines Auswertegerätes aufbereitet
werden. Diese sind dann nicht vor Ort, sondern üblicherweise im Schaltraum, und können dann per Profibus DP
Anschaltung angesteuert bzw. ausgelesen werden.
Wie bereits erwähnt, wurden hier – wie übrigens auch bei
der vorhandenen Remote I/O Lösung – die genannten 21
Messungen konventionell zum Prozessleitsystem verdrahtet
und auf dessen konventionelle Ein/Ausgangsebene aufgelegt.
An dieser Stelle sei auf die Methodik des Projektes hingewiesen, soweit möglich eine 1 zu 1-Lösung zu realisieren. Speziell wurden keine Multi-Variablen-Geräte eingesetzt (z. B. für
Durchfluss,Temperatur und Druck), weil diese Geräte auch in
der ursprünglichen Lösung nicht zum Einsatz kamen und die
Messungen im R+I-Schema auch an unterschiedlichen Orten
vorgesehen sind. Hier ergibt sich ein zusätzliches Einsparpotenzial, wenn die Möglichkeit von Multi-Variablen-Geräten
bereits bei der Erstellung der R+I-Schemata genutzt wird.
Die wirtschaftliche Bewertung der in diesem Abschnitt
geschilderten Feldgeräte führen zu einem Mehrpreis von
4489 €. Den Einsparungen für die Magnetventile von 7400 €
stehen Mehrkosten für die Feldgeräte mit Feldbusanschluss
in Höhe von 11 889 € gegenüber. Bezogen auf die Kosten für
Feldgeräte von 770 000 € für das gesamte Projekt betragen
die Mehrkosten 0,6 Prozent.
4.2 I/O-System
Durch den Einsatz des Feldbus entfällt das gesamte Remote
I/O-System mit allen seinen Komponenten. In der konkreten
Anlage betrifft dies 20 lokale Remote I/O-Schränke im
Betrieb sowie die zugehörige Speisung und Ex-Trennung.
Dem stehen gegenüber:
앫 Zusätzliche Ein/Ausgangskarten des PLS (für die „Lumpensammler“-Signale),
앫 Komponenten des Feldbussystems (Feldbus-Barrieren,
Ventilanschaltboxen, Segmentkoppler, Power-Link-Module).
앫 Speziell beim eingesetzten PLS war eine zusätzliche Prozessnahe Komponente (PNK) erforderlich, da die vom spezifischen PLS-Hersteller angebotenen Komponenten nur
vier Profibus DP-Anschlüsse enthielt, jedoch fünf benötigt
wurden. Die entsprechenden Mehrkosten sind insofern
spezifisch für den PLS-Hersteller – bei anderen Systemen
sind mal mehr, mal weniger als vier Feldbusanschlüsse
pro PNK vorhanden. Bei einer stärkeren anlagenspezifischen Aufteilung der Funktion auf mehrere PNK wäre dieser Mehrpreis nicht entfallen, also die PA Lösung dann
noch etwas günstiger.
Die wirtschaftliche Bewertung der in diesem Abschnitt
geschilderten I/O-Systeme führt zu einer Einsparung von
76 212 €. Den Einsparungen von 138 562 € für das entfallende Remote I/O-System stehen Mehraufwendungen in
Höhe von 46 350 € für die genannten Feldbuskomponenten
44 (2002) Heft 12 atp
Bedienen und Beobachten
sowie von 16 000 € für eine PNK gegenüber. Bezogen auf die
Kosten des I/O-Systems von 420 000 € betragen die Einsparungen 18,1 Prozent.
4.3 Engineering der Feldtechnik
Mit dem bisher eingesetzten Remote I/O-System ging ein
nicht unerheblicher Engineering-Aufwand einher und
bedurften aufgrund des beträchtlichen Platzbedarfs eigens
der Berücksichtigung bei der Aufstellungsplanung. Die
dezentralen I/O-Schränke mussten optimal im Betrieb positioniert und mit Ein/Ausgabekarten bestückt werden. Für
diese Belegung musste vorher festgelegt werden, welche
Geräte an welchen Schrank angeschlossen werden sollen –
häufig ein iterativer Vorgang. Für das Remote I/O war
anschließend eine Detailplanung durchzuführen und mit
entsprechenden Plänen zu dokumentieren. Manche Remote
I/O-Systeme erfordern eine spezielle Wärmeberechnung, um
die Anforderungen des Explosionsschutzes sicher zu stellen.
Für jedes Feldgerät muss ein Nachweis der Eigensicherheit
für die spezielle Kombination von Feldgerät und Remote I/O
Ein-/Ausgangskarte erstellt werden.
Viele dieser Tätigkeiten können bei Einsatz des Feldbusses entfallen oder werden wesentlich einfacher. Die Topologie des Feldbusses ist sehr einfach mit wenigen und platzsparenden Komponenten vor Ort, und erfordert daher einen
geringeren Planungsaufwand. Durch die freie Zusammenstellung der an einen Feldbusstrang anzuschließenden
Geräte kann im Vergleich zum Remote I/O ohne Mehraufwand eine präzise Anlagenzuordnung erreicht werden. Dank
FISCO vereinfacht sich der Nachweise der Eigensicherheit
erheblich.
Einen wesentlichen Einfluss auf den Aufwand zur Erstellung der Dokumentation hat das eingesetzte Planungswerkzeug. Verwendet man ein datenbank-zentriertes CAE-Tool
wie bei Aventis das Tool „Comos PT“ von Innotec, dann ist der
Aufwand für die Erstellung der Pläne gering – sowohl beim
Remote I/O als auch beim Feldbus. Die dennoch zu erzielende Einsparung resultiert zum einen aus dem Wegfall von
Anschlüssen, wie beim Stellungsregler, und zum andern ist
der verbleibende PA Anschluss bei allen Geräten gleich.
Somit entfallen die sonst erforderlichen geräte- und herstellerspezifischen Ausprägungsübernahmen grafischen Symbole und Anschlüsse in die Standardbibliothek des CAE
Tools.
Die wirtschaftliche Bewertung des in diesem Abschnitt
geschilderten Engineerings der Feldtechnik führt zu einer
Einsparung in Höhe von 9076 €. Wesentliche Punkte hierbei
sind der Wegfall der Remote I/O-Belegungsplanung, die vereinfachten Nachweise der Eigensicherheit und die vereinfachte Erstellung von Typicals im CAE-System. Bezogen auf
die Kosten des Engineerings von 280 000 € für das gesamte
Projekt betragen die Einsparungen 3,2 %. Die Einsparungen
wären deutlich höher, wenn die Pläne nicht mit dem CAESystem erzeugt würde, sondern – wie bei Aventis noch vor
zwei Jahren üblich – mit relativ hohem manuellen Aufwand.
Die Abschätzung ergab, dass dann die Einsparungen durch
den Feldbus 33 188 € betragen hätten – immerhin 11,9 Prozent der Engineering-Kosten.
atp 44 (2002) Heft 12
4.4 Engineering des PLS
Auf den ersten Blick überrascht es, dass die Wahl zwischen
Remote I/O und Feldbus Auswirkungen auf das Engineering
des PLS hat. Und doch ist gerade dieser Einfluss recht
bedeutsam für das Gesamtergebnis. Hintergrund ist letztlich,
dass beim Feldbus der Standardisierungsgrad hoch ist – im
Gegensatz zu Remote I/O. Beim Remote I/O muss für jedes
Gerät separat programmiert bzw. ausgewertet werden, welches Codemuster der Statussbytes welche Bedeutung haben
und wie sie dann im PLS verarbeitet werden. Beim Feldbus
dagegen sind die Statusinformationen einheitlich codiert, so
dass keine gerätespezifischen Typicals konfiguriert, implementiert und geprüft werden müssen. Dies ermöglicht die
Konfigurierung im PLS unabhängig von den Messgeräten
und sogar bis zu einem gewissen Grad von den Messgrößen.
Ein anderer Unterschied wird bei der Arbeit mit dem PLS
offensichtlich: Beim Remote I/O werden die Feldgeräte als
„Fremdsysteme“ über eine Schnittstelle angekoppelt, während die Geräte beim Feldbus transparent sind, als ob sie
direkt an das PLS angeschlossen wären. Dies erleichtert das
Engineering, die Inbetriebsetzung und den Test.
Die wirtschaftliche Bewertung des in diesem Abschnitt
geschilderten PLS-Engineerings ergibt eine Einsparung von
24 795 €. Bezogen auf die Kosten des PLS incl. Des Engineerings beträgt dies 4,7 Prozent, bezogen auf die reinen PLSEngineering-Kosten ungefähr das Doppelte. für Feldgeräte
von 770 000 € für das gesamte Projekt betragen die Mehrkosten 0,6 Prozent.
4.5 Montage
Der Bereich der Montagekosten ist derjenige, wo die größten Potenziale bereits durch den Wechsel von der konventionellen Verdrahtung zum Remote I/O erschlossen wurden.
Während bisher mit örtlichen Verteilern, Stammkabeln und
Rangierverteilern gearbeitet wurde, benötigte das Remote
I/O nur noch individuelle Verbindungen zu den Remote I/OStationen, die direkt im Feld errichtet werden, während es
von dort per Buskabel zum Schaltraum ging. Neben diesen
Busleitungen musste nur noch die Hilfsenergieversorgung
der Remote I/O-Station verlegt werden. Die Einsparungen
bei der Verkabelung, bei den Kabeltrassen und beim Platz im
Schaltraum sind beträchtlich, jedoch nicht mehr Gegenstand dieser Studie.
Durch den Übergang vom Remote I/O zum Feldbus gibt
es weitere Einsparungen. Generell verkürzen sich die Kabellängen für die Stichleitungen, weil die Feldbusbarrieren
wegen ihrer verglichen mit den Remote I/O-Stationen höheren Zahl dezentraler sind als die Stationen. Die Montage der
sehr kleinen und leichten Feldbusbarrieren stellt kein Problem dar, während die großen Remote I/O-Stationen sorgfältig montiert werden müssen. Die Verlegung der Hilfsenergieversorgungen der I/O-Stationen entfällt. Durch die größere
Zahl der Feldbusstränge und die „Lumpensammler“-Signale
bleibt die Zahl der insgesamt zwischen Feld und Schaltraum
zu verlegenden Kabel in etwa gleich.
Die wirtschaftliche Bewertung der in diesem Abschnitt
geschilderten Montage führt zu Einsparungen von 10 732 €.
65
Bedienen und Beobachten
Bezogen auf die Kosten der PLT-Montage von 700 000 € sind das 1,5 Prozent. Dies ist zwar relativ wenig, ist
jedoch additiv zu sehen zu den hohen
Einsparungen, die bei der Abkehr von
der konventionellen Verkabelung zum
Remote I/O erzielt wurden.
4.6 Kalibrierung und
Qualifizierung
Tabelle 1. Überblick über den Einfluss auf die Investitionskosten (alle Angaben in €).
Kosten PA:
Mind. (%)
Elektrotechn.: 0 %
Kosten RIO
140 000
0
140 000
0,0 %
Analyseng.: 0 %
140 000
0
140 000
0,0 %
Projektabwickl.: 0 %
280 000
0
280 000
0,0 %
Feldgeräte: + 0,6%
770 000
4489
774 489
0,6 %
– 18,1 %
I/O-System: –18,1 %
420 000
– 76 212
343 788
PLS incl. Eng.: – 4,7 %
525 000
– 24 795
500 205
– 4,7 %
Montage: –1,5 %
700 000
– 10 732
689 268
– 1,5 %
Kalibr./Qual.: – 4,3 %
Grundsätzlich hat die Art der IBS: – 2,3 %
Anschlusstechnik keinen Einfluss auf Engin.: – 3,2 %
die Kalibrierung der Geräte und den Summe (PLT ges.)
damit verbundenen Aufwand. Ganz Summe (relev. PLT)
anders sieht es mit der Kalibrierung
und Qualifizierung der Strecke aus:
Während das Feldbussignal keinen Messwertverfälschungen unterliegt und daher nicht kalibriert werden muss, ist
der bisherige analoge Signalpfad fehlerbehaftet, so dass entsprechender Kalibrierungs-, Qualifizierungs- und Dokumentationsaufwand entsteht. Auch das Einstellen und Überprüfen der Messbereiche entfällt, zur Qualifizierung ist lediglich
eine Plausibilitätsprüfung erforderlich.
Die wirtschaftliche Bewertung der in diesem Abschnitt
geschilderten Kalibrierung und Qualifizierung führt zu einer
Einsparung von 5967 €. Bezogen auf die Kosten der Kalibrierung und Qualifizierung von 140 000 € für das gesamte Projekt beträgt die Einsparung 4,3 Prozent.
4.7 Inbetriebsetzung
Wie schon mehrfach erwähnt, gelingt die Integration der
Feldgeräte in die gesamte Prozessleittechnik durch den Feldbus deutlich besser als mit dem Remote I/O. Durch die Reduzierung der Fehlerquellen, durch die Verwendung von Standards und durch die dank der höheren Transparenz erleichterte Fehlerdiagnose wird die Inbetriebsetzung deutlich
beschleunigt. Insbesondere die Prüfung der gesamten fertig
montierten PLT-Stelle, der so genannte Loop Check, kann entfallen. Es muss lediglich geprüft werden, ob das richtige
Gerät angeschlossen wurde und ob dieses eine „Lebensmeldung“ absetzt.
Die wirtschaftliche Bewertung der in diesem Abschnitt
geschilderten Inbetriebsetzung führt zu einer Einsparung
von 2400 €, was sich aus einer halben Stunde Einsparung pro
Analoggerät ergibt. Bezogen auf die Kosten der Inbetriebsetzung von 105 000 € beträgt die Einsparung 2,3 Prozent.
4.8 Übersicht der Ergebnisse
Die in den bisherigen Abschnitten genannten Mehraufwendungen bzw. Einsparungen sind in Tabelle 1 zusammengefasst:
Insgesamt ergibt sich also eine Einsparung bei den PLT-Investitionskosten von ca. 125 000 €, das ist 3,6 Prozent der
gesamten PLT-Kosten. Man erkennt in der Tabelle aber auch,
dass einige Projektteile überhaupt nicht von der Anschlusstechnik berührt werden, beispielsweise die Elektrotechnik,
66
Preisänder.
140 000
– 5976
134 024
– 4,3 %
105 000
– 2400
102 600
– 2,3 %
280 000
– 9076
270 924
– 3,2 %
3 500 000
– 124 702
3 375 298
– 3,6 %
2 940 000
– 124 702
2 815 298
– 4,2 %
die Analysengeräte und die Projektabwicklung an sich. Rechnet man diese Anteile heraus, so beträgt die gesamte Einsparung 4,2 Prozent der relevanten PLT-Kosten. Hier sei nochmals an den Einfluss des verwendeten CAE-Tools auf die Einsparungen im Engineering verwiesen, siehe oben, Abschnitt
4c. Ohne diesen Einfluss betrüge die Einsparung 4,2 Prozent
der gesamten PLT-Kosten bzw. 5,0 Prozent der relevanten
PLT-Kosten.
5. Vergleich der Betrieblichen Faktoren
Im vorigen Abschnitt wurden die Auswirkungen des Feldbus
auf die Investitionskosten ermittelt. Dies waren „harte Fakten“, die präzise berechenbar waren. In diesem Abschnitt
sind die übrigen Auswirkungen geschildert und soweit möglich bewertet. Dies betrifft einerseits die Auswirkungen im
Lebenszyklus der Anlage, die noch nicht so klar zu ermitteln
sind wie die Investitionskosten. Andererseits betrifft es auch
indirekte Auswirkungen, die sich z. B. in höherer Produktion
der Anlage und damit in Nutzen außerhalb des PLT-Bereiches niederschlagen. Weil diese von der jeweiligen Produktions- und Marktsituation abhängen, kann der Nutzen nicht
allgemein abgeschätzt werden. Hier muss der Leser aufgerufen werden, die Auswirkungen in seiner konkreten Branche
und Anlage selbst zu ermitteln.
5.1 Einfluss auf die Projektlaufzeit
Schon im Abschnitt 4.7 wurde auf die erheblichen Auswirkungen in der Inbetriebsetzung hingewiesen. Standen dort
die direkt im Projekt gesparten Investitionskosten im Vordergrund, so soll hier der Einfluss auf die Projektlaufzeit diskutiert werden.
Unsere Berechnungen zeigten, dass – bei realistischen
Teamgrößen – vier Tage bei der Montage, fünf Tage bei der
Qualifizierung und zwei Tage bei der Inbetriebsetzung eingespart werden können. Auch dies klingt zunächst nicht sensationell, bezogen auf die 12–18 Monate, die heute als Projektdauer angesetzt werden. Analysiert man jedoch die Projektzeitpläne im Detail, so sieht man, dass die PLT-Montage,
die Qualifizierung und die PLT-Inbetriebsetzung stets auf
44 (2002) Heft 12 atp
Bedienen und Beobachten
dem kritischen Pfad liegen. Umgangssprachlich gesagt: Die
PLTisten kommen immer als letzte rein und müssen als erste
raus sein. Insofern kann man mit Recht sagen, dass der Einsatz des Feldbusses das Gesamtprojekt um ca. 10 Tage
beschleunigen kann!
Der Versuch, diese Einsparung in Euro und Cent zu bewerten, muss scheitern. Der Nutzen hängt davon ab, ob diese
zwei Wochen in eine frühere Marktpräsenz, in höheren Marktanteil, in gesteigerten Umsatz umgesetzt werden kann oder
an anderer Stelle im Projekt, in der Produktion oder im Marketing wieder verloren wird. Generell wächst jedoch der Termindruck in Projekten von Jahr zu Jahr, so dass eine Projektbeschleunigung von erheblichem Wert ist. Um diesen abzuschätzen sei dem Leser empfohlen, den auf zwei Wochen
entfallenden Jahresumsatz eines neuen Produktes und die
zugehörige Gewinnmarge in seiner Umgebung abzuschätzen – die Projektbeschleunigung kann deutlich mehr Wert
schaffen als die gesamte Einsparung der Investition!
allem der letzte Punkt kann ein hohes wirtschaftliches
Gewicht erlangen, wenn die geforderten Toleranzen bisher
nur durch spezielle und teure Präzisionsmesstechnik bzw. aktorik erreicht werden konnte. Hier kann keine generelle
Aussage über den wirtschaftlichen Nutzen dieses Effekts
getroffen werden – er kann jedoch beträchtlich sein.
Zwei andere Faktoren haben einen Einfluss auf die
Gesamtqualität der Prozessleittechnik: Viele Fehlermöglichkeiten entfallen an der Quelle, z.B. indem die Ersatzwertzuordnung nicht mehr individuell vorgenommen werden
muss. Und Fehler, die gar nicht erst entstehen, können nicht
zu Qualitätseinbußen führen. Außerdem – das ist der zweite
Faktor – werden Fehler durch die Transparenz schnell
erkannt und behoben, so dass ihr Schaden geringer ist. Auch
bei diesen Faktoren ist eine wirtschaftliche Bewertung derzeit nicht möglich.
5.4 Einfluss auf die Störungsbehebung
Generell erfordert das Remote I/O ebenso wie der Feldbus
den Einsatz von geschulten, gut qualifizierten Prozessleitelektronikern. Wir schätzen, dass die Handwerker jeweils zwei
Tage lang für den Feldbus geschult werden müssen, um den
Ein/Ausbau, die Diagnose und die Störungsbehebung zu
erlernen. Dafür entfällt die gleich lange Schulung für das
Remote I/O-System.Während jedoch das Remote I/O herstellerspezifische Schulungen für die einzelnen Geräte erfordert,
um die jeweiligen Codes entschlüsseln zu können, entfällt
dieser Schulungsbedarf durch die Standardisierung des
Feldbusprotokolls. Diese Einsparung wird mit 2 Schulungstagen pro Handwerker eingeschätzt. Bei drei Handwerkern im
Betrieb schätzen wir die Einsparung bezüglich der Schulung
mit 4000 € ab.
Dieses Ergebnis ist beachtlich, widerspricht es doch der
allgemeinen Meinung, dass neue Technologien stets komplizierter sind als die bisherigen und dass daher das Schulungsniveau ständig steigt. Grund ist einerseits die Standardisierung, die Spezialschulungen zu vermeiden hilft, und andererseits die Tatsache, dass der Feldbus die Transparenz und
Durchgängigkeit erhöht. Das System ist jetzt komplett auf
die digitale Basis gestellt und hat dadurch die Vorteile, die
sich aus der Homogenität ergeben.
Durch den Feldbus erhöht sich die Transparenz des Systems,
so dass Fehler schneller erkannt werden bzw. sich sogar
„aktiv melden“. Auch ermöglicht diese Technologie den Einsatz „intelligenterer“ Feldgeräte, die über gute Selbstdiagnosemöglichkeiten bis hin zu Anforderungssignalen für vorbeugende Wartung verfügen.
Neben der schnelleren Erkennung von Fehlern wird sich
auch die höhere Zuverlässigkeit der Fehlerdiagnose auswirken. Wenn die Geräte eine zuverlässige Selbstdiagnose ausführen und „ich bin ok“ zurückmelden, wird man sie nicht
mehr „auf Verdacht“ ausbauen, prüfen und dann wieder einbauen.
Der direkt zu ermittelnde wirtschaftliche Nutzen dieser
erleichterten Störungsbehebung ist enttäuschend gering,
wir kommen auf 500 € pro Jahr. Grund hierfür ist die geringe
Ausfallrate der Technik – wir haben sie mit 0,5 Prozent p. a.
abgeschätzt. Diese wiederum zeigt den Erfolg des konservativen Vorgehens, neue Geräte erst nach eingehender Prüfung in den Prüflabors der NAMUR-Mitgliedsfirmen oder
nach Betriebsbewährung einzusetzen.
Der indirekte Nutzen ist um Klassen höher, entzieht sich
aber der verallgemeinernden Ermittlung. Wenn die Feldbustechnik dazu führt, dass Fehlchargen vermieden werden
oder dass auch nur ein Tag Produktionsausfall entfällt, dann
kann dieser Nutzen mehrere 100 000 € betragen.
5.3 Einfluss auf die Qualität
5.5 Einfluss auf die Wartung und Inspektion
Durch den Feldbus entfallen zwei Signalwandlungen: Vom
meist digital erzeugten Messsignal zum analogen Ausgangssignal und dann zum digitalen Signal im PLS – und entsprechend bei Aktoren. Mit diesen beiden Signalwandlungen fallen zwei systematische Fehlerquellen, man muss keine Fehlerfortpflanzung berücksichtigen und die Genauigkeit des
gesamten Signalkreises ist genauso groß wie die des Sensors
bzw. Aktors. Hierdurch ergeben sich insgesamt kleinere
Messtoleranzen. Dies kann entweder genutzt werden, um
mit den gleichen Feldgeräten genauer zu messen bzw. zu
stellen, oder um die geforderte Gesamttoleranz mit Sensoren bzw. Aktoren mit größeren Messfehlern zu erreichen. Vor
Wie schon in Abschnitt 5.3 ausgeführt, entfallen durch den
Feldbus mögliche Fehlerquellen in der Signalumwandlung
und -weiterleitung. Dies erspart bei den – zumindest im pharmazeutischen Umfeld erforderlichen – jährlichen Wiederholungsprüfungen die Kalibrierung der Strecke. In der konkreten Anlage betrifft dies 25 Kalibrierungen, was zu Einsparungen von 2500 € pro Jahr führt. Es ermöglicht darüber hinaus,
nicht mehr das eingebaute Gerät zu kalibrieren, sondern
gegen ein frisch kalibriertes Gerät auszutauschen. Dies wirkt
sich vor allem in einer Beschleunigung der jährlichen Wiederholungsprüfungen und damit in einer kürzeren Produktionsunterbrechung aus – mit hohem wirtschaftlichem Wert.
5.2 Einfluss auf die Schulung der PLT-Mitarbeiter
atp 44 (2002) Heft 12
67
Bedienen und Beobachten
Ein weiterer Punkt kann noch nicht definitiv geklärt werden: Möglicherweise können die Kalibrierzyklen der Sensoren deutlich erhöht werden – auch über die derzeit übliche
Obergrenze von einmal jährlich hinaus. Grund hierfür ist,
dass die Sensoren häufig sehr viel langzeitstabiler sind als
die Elektronik für die Signalumwandlung in den Analoggeräten. Weil die Signalumwandlung entfällt, könnte der Kalibrierzyklus auf die Langzeitstabilität des Sensors angepasst
werden. Wenn dies auch von den Qualitätsabteilungen und
Aufsichtsbehörden akzeptiert wird – sicherlich erst nach
gründlicher Praxiserfahrung – sind hier weitere Einsparungen möglich. Auf PLT-Seite können sie in der konkreten
Anlage 7500 € betragen, der betriebliche Nutzen durch verringerte Ausfallzeiten kann nicht abgeschätzt werden.
6. Bewertung der Ergebnisse
6.1 Bewertung der Investitionskosten
Die oben dargestellten Einsparungen bei den PLT-Kosten in
Höhe von – je nach Betrachtung – 3,6 Prozent bis 5 Prozent
sind auf den ersten Blick enttäuschend klein. Die ursprünglich in Studien ermittelten Werte in der Größenordnung von
20 Prozent ließen vorerst anderes erwarten. Hier muss
jedoch daran erinnert werden, dass diese Studien [8] das Einsparpotenzial des Feldbus durch Vergleich mit der konventionellen Verdrahtung ermittelt haben. Grob kann man also
sagen, dass die Einsparung durch das Remote I/O 15 Prozent
und die zusätzliche Einsparung durch den Feldbus 5 Prozent
betragen.
Bei realistischer Betrachtung war nur durch die geänderte
Anschlusstechnik nicht mehr Einsparungen bei den Investitionskosten zu erwarten, denn die Zahl der vom Schaltraum
ins Feld gelegten Kabel bleibt annähernd gleich. Die Einsparung ist dennoch durchaus relevant: Wenn durch eine neue
Technologie die Investitionskosten eines Fachgebiets um
5 Prozent sinken, ist das ein beachtlicher Sprung, dem man
sich nicht entziehen kann – selbst ohne die zusätzlich ermittelten Vorteile während des Lebenszyklus.Welcher Technologiesprung hat in den letzten Jahren in anderen Gewerken
wie der Bautechnik oder Apparatetechnik zu 5 Prozent Einsparung der Gesamtkosten des Gewerkes geführt?
6.2 Bewertung der Betrieblichen Faktoren
Die betrieblichen Faktoren enthalten – neben einigen relativ
kleinen Faktoren wie bei der Schulung oder bei den PLT-Kosten der Instandhaltung – wichtige Änderungen: Wenn dank
des Feldbus Anlagen schneller in Betrieb gehen, bei Störungen kürzer ausfallen und mit höherer Genauigkeit betrieben
werden können, dann liegt hier der eigentliche Nutzen des
Feldbus. Ein Tag Produktionsgewinn bei einer voll ausgelasteten Anlage kann leicht 500 000 € generieren – oder umgekehrt ein Tag Produktionsausfall so viel Wert vernichten.
Zwar lassen sich hier leider keine allgemeinen Nutzenpotentiale bestimmen – zu groß ist der Einfluss der Anlagenauslastung, der Marktsituation, der Gewinnmarge – , jedoch über-
68
wiegt dieser Nutzen die Einsparung bei der Investition normalerweise bei weitem. Von hier aus gesehen ist es erfreulich, dass der betriebliche Nutzen nicht etwa – wie sonst bei
Innovationen – durch höhere Investitionskosten erkauft werden muss, sondern sogar noch mit einer – wenn auch geringen – Einsparung belohnt wird.
6.3 Bewertung der Methodik
Die Bewertung der Ergebnisse wäre unvollständig ohne eine
Bewertung der Methodik. Die oben beschriebene und
begründete Methodik hat in relativ kurzer Zeit zu einer
belastbaren, nachvollziehbaren Bewertung geführt. Selbstverständlich kann diese derzeit noch nicht durch eine Projektauswertung „geadelt“ werden, denn erst auf Grund dieser Studie wird eine entsprechende Projektentscheidung für
den Feldbus getroffen. Auf das Risiko, dass beim praktischen
Vergleich manche Ergebnisse anders ausfallen werden, sei
hier explizit hingewiesen.
Methodisch gesehen enthält der Ansatz, den Vergleich an
einer konkreten Anlage zu erstellen, eine hohe Willkür. Durch
Wahl von Anlagenstandort, Anlagengröße, Anlagenart und
Ausstattung werden Festlegungen getroffen, die nicht verallgemeinerbar sind. Ebenso kann der Zeitpunkt dieser
Untersuchung einen hohen Einfluss haben, so dass die
Ergebnisse in einem halben Jahr schon anders aussehen
werden. Entsprechend vorsichtig muss bei der Übertragung
der Ergebnisse auf andere Anlagen oder gar bei der Verallgemeinerung der Ergebnisse umgegangen werden. So mag es
Anlagengrößen geben, wo das Remote I/O die optimale
Lösung ist. Bei kontinuierlichen Prozessen mit entsprechenden Verfügbarkeitsanforderungen können sich andere
Bewertungen ergeben. Bei Revamps existierender Anlagen
ermöglicht diese Technik zudem die Weiterverwendung der
Feldgeräte. Andererseits wäre der Feldbus beispielsweise bei
großflächigen, weit verteilten Anlagen noch stärker im Vorteil als im konkreten Fall. Die Fachwelt ist eingeladen, die
Methoden dieser Studie auf andere Anlagentypen anzuwenden und die Ergebnisse zu kommunizieren, damit allgemeinere Aussagen möglich sind.
Eine weitere Willkür des Projektes FuRIOS ist, dass der Vergleich auf Basis des Profibus PA und nicht des FF-Feldbusses
durchgeführt wurde. Ohne eine Lösung mit FF im Detail
durchdacht zu haben, wagen wir die Aussage, dass das
Ergebnis einer Studie mit dem FF-Feldbus zu ziemlich ähnlichen Ergebnissen kämen. Hier und da trägen Vor- oder Nachteile der einzelnen Systeme zu Tage, die in der Summe kaum
mehr als 10 % Einfluss auf das Ergebnis hätten.
Eine weitere kritische Relativierung des Projektes FuRIOS
ist wichtig: Diese Studie wurde nach bestem Wissen und
unter Nutzung aller den Autoren bekannten Erfahrungen
mit Feldbus-Testanlagen erstellt. Jedoch fehlt noch die Praxiserfahrung. Vielleicht waren einige Annahmen zu konservativ, vielleicht treten bei der Durchführung eines Projektes
Probleme auf, die von uns nicht vorhergesehen wurden. Auf
jeden Fall muss in den ersten Projekten mit „Kinderkrankheiten“ gerechnet werden, welche die Einsparungen wieder
auffressen. Auch die schnellere Inbetriebnahme wird beim
ersten Projekt wohl eher nicht realisierbar sein.
44 (2002) Heft 12 atp
Bedienen und Beobachten
7. Ausblick
Die Methodik dieses Projektes bestand in der 1 zu 1-Abbildung einer konkreten mit Remote I/O realisierten Anlage in
eine Anlage mit Feldbus. Intelligent genutzt, wird diese Technologie jedoch zu weiteren Einsparungen bzw. Nutzenerhöhungen führen. Hier ist einerseits der Anwender gefordert,
andererseits ergeben sich auch Anforderungen an die Hersteller.
7.1 Ausblick für die Anwender
Die Feldbustechnologie ist die technische Plattform, um
Feldgeräte weiter zu entwickeln. Erste Produkte sind bereits
verfügbar: So genannte Multi-Variablen-Geräte, die mehrere
physikalische Größen gleichzeitig ermitteln, beispielsweise
den Durchfluss, den Druck und die Temperatur. Solche
Geräte sind preisgünstig und – dank des Feldbusses –
ebenso einfach anzuschließen wie Einzelwertgeräte. Im Projekt FuRIOS konnten sie jedoch an keiner Stelle eingesetzt
werden, weil beispielsweise die Temperatur- und Druckmessung nicht an der selben Rohrleitung oder am selben Einbauort erfolgten. Hier erwächst die Forderung an die
Anwender, sich der Möglichkeiten von Multi-Variablen-Geräten bewusst zu werden und diese gleich beim Entwurf der
R+I-Schemata einzuplanen.
Der Feldbus ist die technische Basis für neuartige Geräteentwicklungen. Eine Stabsonde, die ein Temperaturprofil
misst, ein Ventil, das Ventilhübe zählt, ein Analysegerät, das
sich selbst überwacht – all dies ist erst mit dem Feldbus sinnvoll und effizient in die Automatisierung zu integrieren.
Diese Erkenntnis wurde bereits vor Jahren veröffentlicht:„Die
Feldbustechnik als Motor der Automatisierungstechnik“
hieß ein Beitrag von 1999 [9]. Heute spricht man eher vom
Enabler, gemeint ist dasselbe: Der Feldbus stellt eine innovative technologische Plattform dar – es liegt am Hersteller
und Anwender, welche Geräte diese Plattform nutzen und
wie sie eingesetzt werden.
Der Feldbus ist auch die technisch richtige Basis für Asset
Management Systeme. Diese erforderten bisher separate
Bussysteme für die Übertragung der Geräteinformationen,
die jetzt entfallen können, weil die Informationen direkt
vom Bus abgenommen werden können. Dies könnte den
Asset Management Systemen (endlich) zum Durchbruch
verhelfen, der ihm bisher noch nicht gelang. Allerdings ist
die Diskussion, wie die Aufgabenteilung von CAE-System,
Asset Management und ERP-System optimal vorzusehen ist,
noch nicht abgeschlossen. Die Kosten-Nutzen-Analyse von
Asset Management-Systemen ist aus dieser Studie bewusst
ausgeklammert, sie muss an anderer Stelle diskutiert
werden.
7.2 Ausblick für die Hersteller
Nicht nur die Anwender sind aufgefordert, den Feldbus intelligenter zu nutzen als nur die bisherige Aufgabenstellung 1
zu 1 zu realisieren. Auch die Hersteller sind zur Weiterentwicklung aufgerufen. Insbesondere sind folgende Wünsche
festzuhalten:
atp 44 (2002) Heft 12
앫 Speisegeräte (Power Module) mit höherem Speisestrom
(deutlich größer als 400 mA) wären sinnvoll, weil viele
Geräte – teilweise aus gutem Grund – wesentlich mehr als
10 mA benötigen. Durch einen stärkeren Speisestrom
würde nicht nur die Zahl der Feldbus-Stränge reduziert,
sondern es würde mehr und mehr Geräten erlauben, von
der Vierleiter-Versorgung zur Zweileiter-Versorgung zu
wechseln.
앫 Eine Ventilanschaltbox für Profibus PA mit einer Busanschaltung in erhöhter Sicherheit e würde das Ansteuern
stärkerer eigensichere Magnetventile ermöglichen (dies
ist beim FF-Feldbus vorhanden).
앫 Ein „Mini Remote I/O“ auf Seite des Profibus PA ebenfalls
mit einer Busanschaltung in erhöhter Sicherheit e würde
eine konventionelle Verdrahtung (auch für Impulseingänge) oder ein separates Remote I/O als „Lumpensammler“ überflüssig machen (derzeit sind nur Lösungen mit
Hilfsenergie vorhanden).
앫 Der Adressumfang von 126 Adressen im Profibus DP ist
limitierender Faktor. Die Normungsgremien sollten eine
Revision dieser Grenze anstreben.
앫 Eine PNK sollte nicht auf zwei redundante Profibus DP-Linien begrenzt sein. Dies erhöht die Zahl der PNKs unsinnig. Allerdings wird dieser Wunsch von vielen Systemen
bereits erfüllt.
앫 Programme zum Durchrechnen der herstellerspezifischen
Verschaltung sind erforderlich. Noch bietet sie nicht jeder
Hersteller von Feldbuskomponenten an.
앫 Ein einfaches Busmonitorsystem für den Profibus PA zur
Problemdiagnose im Strang für den Ex-Bereich wäre sinnvoll. Dies ist für den FF-Feldbus bereits verfügbar.
앫 Bisher fehlt bei dem Profibus PA noch die Option einer
durchgängigen Redundanz, zumindest bis zum jeweiligen PA- Strang
Neben den genannten Autoren haben Manfred Dietz, Infraserv Höchst,
sowie Harald Hauch und Josef Will, Aventis, an dem Projekt mitgewirkt,
außerdem Mitarbeiter der genannten Herstellerfirmen. Ihnen sei an dieser
Stelle herzlich gedankt.
Literatur
[1]
Gangbarer Weg – Remote I/O-Systeme in der Prozessautomation.
Chemie Technik, 28 (1999), Nr. 4, S. 38–40.
[2]
Klemm, E.: Internationale Feldbusnorm IEC61158 ist Realität. etz, H.
6/2000.
[3]
Hils, F., Lindner, K.-P.: PROFIBUS – Der Feldbus für die Verfahrenstechnik wird erwachsen. atp – Automatisierungstechnische Praxis 34
(1992), H. 12, S. 661–667.
[4]
N.N.: Zielsichere Vorlage. Chemie Produktion, H. 3/1998, S. 44–47.
[5]
Rathje, J.: Der Feldbus in der Verfahrenstechnik. atp – Automatisierungstechnische Praxis 35 (1993), H. 2, S. 135–137.
[6]
Rathje, J.: ACHEMA 97: Der Feldbus kommt ins Rollen – Ein Situationsbericht. atp – Automatisierungstechnische Praxis 39 (1997), H. 10,
S. 56–59.
[7]
Max, G., Heidel, R., Frehse, K. P.: Wirtschaftlichkeit des Feldbuseinsatzes.
atp – Automatisierungstechnische Praxis 34 (1992), H. 9, S. 507–512.
[8]
Rathje, J.: Braucht die chemische Industrie den Feldbus? atp – Automatisierungstechnische Praxis 36 (1994), H. 4, S. 22–30.
[9]
Neumann, P.: Die Feldbustechnik als Motor der Automatisierungstechnik. atp – Automatisierungstechnische Praxis 41 (1999), H. 7,
S. 27–34.
69
Bedienen und Beobachten
Abkürzungen
FF-Feldbus
Fieldbus Foundation
FuRIOS
Feldbus und Remote I/O: Systemvergleich
PLS
Prozessleitsystem
PNK
Prozessnahe Komponente des PLS
FISCO
Fieldbus Intrinsically Safe Concept
Profibus DP
Dezentrale Peripherie (siehe IEC 61158)
Profibus PA
Prozess Automation (siehe IEC 61158)
Dipl.-Ing. Wilfried Schmieder leitet in der Ingenieurtechnik Wirkstoffe der Aventis Pharma Deutschland
GmbH das Team Projekte Prozessleittechnik.
Adresse: Aventis Pharma Deutschland GmbH, ITW,
D581, D-65926 Frankfurt/Main, Tel. (0 69) 3 051 21 22, Fax -31 10 46, E-Mail: [email protected]
70
Dr.-Ing. Thomas Tauchnitz leitet in der Ingenieurtechnik Wirkstoffe der Aventis Pharma Deutschland
GmbH die Gruppe Technologie und Projekte. In der
NAMUR ist er Koordinator des Arbeitsfeldes 2 Integrierte Lösungen und Systeme. In der IGR (Interessengemeinschaft Regelwerke Technik) leitet er das
Arbeitsfeld Leittechnik.
Adresse: Aventis Pharma Deutschland GmbH, ITW,
D610, D-65926 Frankfurt/Main,Tel. (0 69) 3 05-41 94,
Fax -8 30 98, E-Mail:[email protected]
Dipl.-Ing. Sven Seintsch leitet im Prüflabor der Infraserv GmbH & Co Höchst KG die Untersuchungen an
verschiedenen Feldbus-Test-Installationen. Er ist
Mitglied des NAMUR-Arbeitskreises 2.6 Feldbus. In
der IGR (Interessengemeinschaft Regelwerke Technik) leitet er den Arbeitskreis Feldbus.
Adresse: Infraserv GmbH & Co. Höchst KG, MSRTechnik, Prüflabor, D710, D-65926 Frankfurt/Main,
Tel. (0 69)3 05-1 32 60, Fax-1 59 78, E-Mail:
[email protected]
44 (2002) Heft 12 atp
FuRIOS
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Feldbus und Remote I/O:
Systemvergleich „FuRIOS“
ƒ Ein praxisnaher Vergleich von Kosten und Nutzen von
Feldbus und Remote I/O-System
ƒ Erstellt durch die Firmen
– InfraServ GmbH & Co Höchst KG (Sven Seintsch, Manfred
Dietz) und
– Aventis Pharma Deutschland GmbH (Wilfried Schmieder,
Harald Hauch, Josef Will, Dr. Thomas Tauchnitz)
– im Rahmen der IGR (Interessengemeinschaft Regelwerke
Technik)
ƒ In Zusammenarbeit mit den Herstellern ABB,
Camille Bauer, Emerson, Endress+Hauser, Honeywell,
Pepperl+Fuchs, Samson, Siemens, Wika
Ergebnisbericht FURIOS ausführlich 2002-08-27
1
IGR
Interessengemeinschaft
Regelwerke Technik
Fragestellung des Projektes
Hypothese:
ƒ Der Feldbus ist da, er könnte angewandt werden.
ƒ Eine aktuelle Untersuchung der Kosten/Nutzenaspekte fehlt und könnte die Akzeptanz herbeiführen.
Einspar.
??
Konv.
Rem.I/O
Feldb.
Nutzen
??
Konv.
Rem.I/O
Feldb.
Ziel des Projektes:
ƒ Untersuchung der Machbarkeit und der
Kosten/Nutzen-Aspekte des Feldbus aus
Anwendersicht unter möglichst typischen
Randbedingungen eines PharmazeutischChemischen Produktionsbetriebes.
2
Ergebnisbericht FURIOS ausführlich 2002-08-27
IGR
Interessengemeinschaft
Regelwerke Technik
FuRIOS
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Methodik des Projektes
ƒ
Auswahl einer konkreten, typischen, kürzlich
errichteten Anlage mit Remote I/O
Planung einer (soweit möglich) 1:1
vergleichbaren Lösung mit Feldbus
(konkret: Profibus PA)
Vergleich und Bewertung der Kosten-NutzenAspekte der mit Remote I/O realisierten
Batch-Anlage mit der mit Feldbus geplanten
Anlage unter Berücksichtigung des
kompletten Lebenszyklus
ƒ
ƒ
Ergebnisbericht FURIOS ausführlich 2002-08-27
3
IGR
Interessengemeinschaft
Regelwerke Technik
Charakterisierung der Anlage D712
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Projektkosten 13,8 Mio €, davon 3,5 Mio € PLT-Kosten
Remote I/O (S900 von ABB)
PLS (Industrial IT von ABB)
Explosionsgefährdeter Bereich: Zone 1
Pharma-Anforderungen (cGMP)
Geplant mit dem CAE-System Comos PT
Mengengerüst:
–
369
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
–
–
62
2
PLT- Stellen am Remote I/O (mit 821 I/O‘s)
155
Analoge Eingänge
58
Analoge Ausgänge
405
Binäre Eingänge
203
Binäre Ausgänge
Motoren (Ansteuerung über Profibus DP)
Umrichter (Ansteuerung über Profibus DP)
Ergebnisbericht FURIOS ausführlich 2002-08-27
4
IGR
Interessengemeinschaft
Regelwerke Technik
FuRIOS
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Kriterien für die Vergleichslösung
ƒ Keine Veränderung der Anforderungen an die Anlage
(keine Nachoptimierungen)
ƒ Möglichst gleichwertige Lösung z.B. hinsichtlich
Verfügbarkeit, Reserven
ƒ „Sinnvolle“ Lösung angestrebt, die man auch so
bauen würde (nicht „gesundgerechnet“)
ƒ Keine Lösung, die mittelfristig an nur einen Hersteller
bindet
ƒ Verfügbarkeit der Geräte spätestens 10/2002
ƒ Konservative Berechnung, „auf der sicheren Seite“
5
Ergebnisbericht FURIOS ausführlich 2002-08-27
IGR
Interessengemeinschaft
Regelwerke Technik
Topologie der Vergleichslösung
Profibus Segmentkoppler
DP red.
(nicht red.)
SK 2
Power Link
Module
(400mA)
Power
Strang 1
Profibus PA
Ex
Ex e
Power
Strang 2
Link
Ex i
MU
Ventil
Box
Ventil
Box
Ventil
Box
MU
MU
insgesamt
Power
Link
Power
Feldbusbarriere
Feldbusbarriere
Link
• 2 Segmentkoppler
Strang n
• 17 Power Link Module
Link
• 64 Feldbusbarrieren
Ergebnisbericht FURIOS ausführlich 2002-08-27
6
IGR
Interessengemeinschaft
Regelwerke Technik
Ventil
Box
FuRIOS
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Charakterisierung der Vergleichslösung
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
2 redundante Profibus DP-Stränge für die Feldgeräte
1 Profibus DP-Strang für Motoren und Umrichter
2 Segmentkoppler (SK2) (leider nicht redundant!)
17 PA-Stränge bzw. Power Link Module
64 Feldbusbarrieren (Bus:Ex e, Signale Ex i)
Max. Stranglänge ohne Stichleitungen 210 m
Max. 17 Teilnehmer am Strang (Stiche jeweils 15 m)
Die Gesamtzykluszeit für PA- Slaves ist kleiner 364 ms und
genügt damit den vorliegenden Anforderungen
ƒ Anschluss von Geräten, die nicht mit Profibus PA verfügbar
sind, direkt an konventionelle I/O‘s („Lumpensammler“)
ƒ Hinweis: Ohne Feldbusbarrieren und ohne Ventilanschaltbox
wäre die Aufgabe nicht wirtschaftlich lösbar gewesen!!!
ƒ Ebenso wäre die Kombination von Feldbus und Remote I/O
unwirtschaftlich
Ergebnisbericht FURIOS ausführlich 2002-08-27
7
IGR
Interessengemeinschaft
Regelwerke Technik
Zusammenfassung Investitionskosten
Elektrotechn.: 0%
Analyseng.: 0%
Projektabwickl.: 0%
Feldgeräte: +0,6%
I/O-System: -18,1%
PLS incl. Eng.: -4,7%
Montage: -1,5%
Kalibr./Qual.: -4,3%
IBS: -2,3%
Engin.: -3,2%
Summe (PLT ges.)
Summe (relev. PLT)
Kosten RIO Preisänder. Kosten PA: Mind. (%)
140000
0
140000
0,0%
140000
0
140000
0,0%
280000
0
280000
0,0%
770000
4489
774489
0,6%
420000
-76212
343788
-18,1%
525000
-24795
500205
-4,7%
700000
-10732
689268
-1,5%
140000
-5976
134024
-4,3%
105000
-2400
102600
-2,3%
280000
-9076
270924
-3,2%
3500000
-124702
3375298
-3,6%
2940000
-124702
2815298
-4,2%
Einsparung: 338 € pro PLT-Stelle.
Anm.: Ohne Comos PT läge die Einsparung vom Engineering um
22.752 € höher, so dass sich insgesamt 147.454 = 4,2/5,0% ergäben
Ergebnisbericht FURIOS ausführlich 2002-08-27
8
IGR
Interessengemeinschaft
Regelwerke Technik
FuRIOS
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Zusammenfassung der
Betrieblichen Faktoren
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Schnellere Inbetriebnahme (10 Tage)
Weniger Schulungsaufwand (4.000 €)
Erhöhte Qualität, genauere Messung
Schnellere Störungsbehebung durch gezielte Diagnose
Weniger Wiederholungskalibrierung (2.500 € p.a.)
Eventuell größerer Kalibrierzyklus (7.500 € p.a.)
Einsparungen durch Multi-Variablen-Geräte möglich
Verknüpfung Messbereiche mit Rezepten entfällt
Hinweis:
Alle Details der Studie finden Sie im ausführlichen Beitrag in der atp Dezember 2002
9
Ergebnisbericht FURIOS ausführlich 2002-08-27
IGR
Interessengemeinschaft
Regelwerke Technik
Wünsche an die Hersteller
ƒ Speisegeräte (Segmentkoppler) mit höherem Speisestrom
(>> 400 mA) wären sinnvoll, weil viele Geräte deutlich mehr als
10 mA benötigen (ist in Entwicklung)
ƒ Eine Ventilanschaltbox für PA mit Ex(e)-Eingang würde das
Ansteuern stärkerer Magnetventile ermöglichen (bei FF vorhanden)
ƒ Ein „Mini-Remote I/O“ auf PA-Seite mit Ex(e)-Eingang (auch für
Impulseingänge) würde eine konventionelle Verdrahtung oder ein
separates Remote I/O als „Lumpensammler“ überflüssig machen
(derzeit sind nur Lösungen mit Hilfsenergie vorhanden)
ƒ Der Adressumfang von 126 Adressen im Profibus DP ist
limitierender Faktor
ƒ Eine PNK sollte nicht auf zwei redundante Profibus DP-Linien
begrenzt sein (erhöht die Zahl der PNK‘s, wird aber von vielen
Systemen erfüllt; abhängig von Konzept der Dezentralisierung)
ƒ Programme zum Durchrechnen der herstellerspezifischen
Verschaltung sind erforderlich
ƒ Ein einfaches PA-Busmonitorsystem (Trouble shooting im Strang)
für den Ex-Bereich wäre sinnvoll (bei FF vorhanden)
Ergebnisbericht FURIOS ausführlich 2002-08-27
10
IGR
Interessengemeinschaft
Regelwerke Technik
FuRIOS
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Zur Erinnerung: Methodik des Projektes
ƒ
ƒ
ƒ
Æ
Æ
Æ
Auswahl einer konkreten, typischen, kürzlich errichteten BatchAnlage mit Remote I/O
Planung einer (soweit möglich) 1:1 vergleichbaren Lösung mit
Feldbus (Profibus PA)
Vergleich und Bewertung der Kosten-Nutzen-Aspekte der mit
Remote I/O realisierten Anlage mit der mit Feldbus geplanten
Anlage unter Berücksichtigung des kompletten Lebenszyklus
Eine Verallgemeinerung oder Übertragung auf andere
Aufgabenstellungen (z.B. hinsichtlich Redundanz, Kontinuierliche
Produktion, Anlagenorientierung) ist sehr kritisch zu prüfen!
Die Ergebnisse dieser Studie naturgemäß nicht auf den
Erfahrungen eines abgeschlossenen Projektes beruhen
In ersten Projekten muss mit „Kinderkrankheiten“ gerechnet
werden. Eventuell lassen sich daher die genannten Einsparungen
nicht sofort realisieren. Andererseits: Es wurde „konservativ“
gerechnet.
Ergebnisbericht FURIOS ausführlich 2002-08-27
11
IGR
Interessengemeinschaft
Regelwerke Technik
Zusammenfassung von FuRIOS
ƒ Für eine konkrete Anlage wurden die Kosten/Nutzen-Aspekte
eines Feldbusses gegen Remote I/O untersucht
ƒ Ohne Feldbusbarriere und ohne Ventilanschaltbox wäre der
Einsatz des Feldbus nicht wirtschaftlich gewesen
ƒ Eine Kombination von Feldbus und Remote I/O ist
unwirtschaftlich
ƒ Es sind bei der Investition – konservativ gerechnet Einsparungen in Höhe von ca. 125 k€ bzw. 338 € pro PLT- Stelle
zu erwarten. Dies sind 3,6% der PLT-Kosten und 0,9% der ProjektKosten. Ohne integriertes Engineering-Tool ergeben sich
Einsparungen von 4,2% bzw. 1,1%
ƒ Projektlaufzeit verkürzt sich u.U. um 10 Tagen bzw. ca. 1,5%
ƒ Die Ergebnisse gelten generell auch für den FF (ohne dass dies
im Einzelnen geprüft worden wäre)
ƒ Viele der möglichen Vorteile werden erst realisiert, wenn der
Anwender die neuen Möglichkeiten auch intelligent nutzt, also
nicht die bisherige Technik
1:1 beibehält
12
Ergebnisbericht FURIOS ausführlich 2002-08-27
IGR
Interessengemeinschaft
Regelwerke Technik
FuRIOS
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Bewertung von FuRIOS
ƒ „Lohnt sich aufgrund der relativ geringen Einsparungen
der Wechsel in die neue Technologie?“
ƒ Aber anders herum: „Ist es nicht prima, dass der Wechsel
auf eine neue technologische Plattform sogar noch mit
Einsparungen (wenn auch geringen) belohnt wird?“
ƒ These: Der Feldbus wird einen Innovationsschub bei
Feldgeräten und bei den Anwendern (!) auslösen, deren
Leistungsspektrum nur im Busbetrieb realisierbar ist.
ƒ Aufgrund dieser Ergebnisse und Überlegungen wird bei
Aventis für eine Neuanlage Profibus PA vorgesehen
ƒ In einem Jahr folgt (hoffentlich) ein erster Erfahrungsbericht!
Ergebnisbericht FURIOS ausführlich 2002-08-27
13
IGR
Interessengemeinschaft
Regelwerke Technik
Statement des NAMUR-AK 2.6
ƒ Die Ergebnisse der Studie sind für das untersuchte
Beispiel nachvollziehbar und plausibel.
ƒ Die Studie bestätigt für diesen konkreten Anwendungsfall
das allgemein publizierte Einsparpotential.
ƒ Die Studie bestätigt, dass die Feldbus-Technologie
gegenüber dem Remote I/O weiteres Einsparpotential hat.
ƒ Naturgemäß ist keine Verallgemeinerung der Ergebnisse
(strukturabhängig) für alle Anwendungen möglich.
ƒ Der AK wird prüfen, ob weitere Beispiele für andere
Anlagentypen berechnet werden sollen.
ƒ Der AK sieht den Feldbus als Plattform für den Einsatz
weiterer Funktionalitäten.
Ergebnisbericht FURIOS ausführlich 2002-08-27
14
IGR
Interessengemeinschaft
Regelwerke Technik
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
NAMUR Hauptsitzung 2004
Feldbus Erfahrungsberichte
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Seite 1
04. November 2004
Martin Schwibach, BASF
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, infraserv höchst technik
Dr. Joachim Zobel, Novartis
Feldbus Erfahrungsberichte
NAMUR Hauptsitzung 2004
Seite 2
Hersteller und Anwender
können nur gemeinsam die Feldbustechnik vorantreiben.
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Aber:
„Beide schaden sich selbst der zu viel verspricht und der zu viel erwartet“.
[G.E. Lessing]
Feldbus Erfahrungsberichte
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Was ist passiert ? / Was gibt es neues ?
Diagnosefunktion von Feldgeräten
– WS Beitrag am Donnerstag
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Seite 3
3 Erfahrungsberichte von Anwendern:
– DSM – Vitex, größte Profibus PA Anlage der Schweiz
– Aventis/Infraserv – FuRIOs 2 Jahre danach
– Novartis – Foundation Fieldbus im Pharma Umfeld
Schlussfolgerungen - „Lessons Learnt“
Feldbus Erfahrungsberichte
Drei Multi Vendor Projekte ...
Profibus PA
Variante I
Variante II
Gerätebeschreibung
FDT/DTM
Foundation
Fieldbus
Engineering PLS
Seite 4
Zyklische Kommunikation
GSD
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
GSD
DD
DD
DTM
CFF
fhx
Azyklische Kommunikation
Engineering Feldgeräte
Feldbus Erfahrungsberichte
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Drei Multi Vendor Projekte ...
Profibus PA
Variante I
Variante II
Gerätebeschreibung
FDT/DTM
Foundation
Fieldbus
Engineering PLS
Seite 5
Zyklische Kommunikation
GSD
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
GSD
DD
DD
CFF
DTM
fhx
Thomas MeierKünzig
Azyklische Kommunikation
Sven Seintsch
Engineering Feldgeräte
Dr. Joachim Zobel
Feldbus Erfahrungsberichte
Seite 6
Erfahrungsbericht
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Vitex
die größte Profibus PA Anlage der Schweiz
Feldbus Erfahrungsberichte
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Vitex - grösste Profibus-PA Anlage der Schweiz
Errichten Stahlbau Anlage Juli 02
Spatenstich Aug 01
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Seite 7
25m
Hoch !
Start PLS-Linientest Dez 02
1 Jahr in Betrieb
Juni 04
Feldbus Erfahrungsberichte
Warum Feldbus ?
• Erfolgreicher Pilot mit 30 Geräten im Jahr 2000
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Seite 8
• Prozessleitsystem Siemens PCS 7 war vorgegeben
-> Profibus PA und nicht Fieldbus Foundation (FF)
• Kostenneutral zu 4 .. 20 mA Technik
• Vorteile bei komplexen Geräten
(Level-Radar, Regelventile, Durchfluss, ...)
• Genügend Gerätetypen am Markt verfügbar
• zentrale Geräte Parametrierung & Gerätediagnose
Feldbus Erfahrungsberichte
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Warum Feldbus ?
• Erfolgreicher Pilot mit 30 Geräten im Jahr 2000
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Seite 9
• Prozessleitsystem Siemens PCS 7 war vorgegeben
-> Profibus PA und nicht Fiedbus Foundation (FF)
• Kostenneutral zu 4 .. 20 mA Technik
• Vorteile bei komplexen Geräten
(Level-Radar, Regelventile, Durchfluss, ...)
• Genügend Gerätetypen am Markt verfügbar
• zentrale Geräte Parametrierung & Gerätediagnose
Feldbus Erfahrungsberichte
Vitex Topologie Automation / Elektro 4700 I/O
Profibus-DP
Total 450
HART Geräte
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Seite 10
27 Stück Siemens
PCS-7, V5.2
Feldbus Erfahrungsberichte
Total 940
PA Geräte
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Vitex - Topologie Profibus-PA
Prozessleitsystem
Profibus-DP
praktisch 40 bis 70 Geräte
(von 124 theoretisch)
P&F SK-2
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Seite 11
1 Koppler = 4 Geräte x 6 Multibarrieren x 4 Segmente
= 96 Geräte
ABB MB 204
Geräteauswahl willkürlich
Feldbus Erfahrungsberichte
Vitex - Topologie Profibus-PA
Prozessleitsystem
ABB
S900
Seite 12
Profibus-DP
praktisch 40 bis 70 Geräte
(von 124 theoretisch)
Remote
P&F SK-2
I/O
1 Koppler = 4 Geräte x 6 Multibarrieren x 4 Segmente
= 96 Geräte
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Multi
ABB MB 204
Festo
Ventil
Insel
Barrieren
Geräteauswahl willkürlich
Feldbus Erfahrungsberichte
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Integrationslücken, Mehraufwand in der Bedienung
• Für Radargeräte
ist das Endress &
Hauser Tool nötig
(z.B. für Hüllkurve)
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Seite 13
85%
• Keine Integration
in PDM
• Parametrierung
der HART Geräte
daher ziemlich
mühsam
Feldbus Erfahrungsberichte
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Seite 14
Namur NA 64, Statusmeldung von Feldgeräten
Beispiel
Massnahmen
Ausfall
Gerät defekt
Wartungsbedarf
PH-Sonde kalibrieren
Ventilkegel wechseln
Alarm
Farbumschlag auf
Anzeige
Gerät tauschen
Alarm
Farbumschlag auf
Anzeige
Instandhaltung planen /
Warten
Wartung /
FunktionsKontrolle
Parametrieren am
Gerät
Simulation des
Prozesswerts
Alarm
Farbumschlag auf
Anzeige
Feldbus Erfahrungsberichte
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Profibus PA: Diagnose für Operator aufbereitet
NA 64
NA 64
Ausfall,
blinkend
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Seite 15
Wartung
NA 64
Wartungsbedarf
Feldbus Erfahrungsberichte
Seite 16
Vitex – Fazit 1: Erdung & EMV
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Anker und
EMV
• an beiden Kabelenden
geerdet,
• Ankerschienen sind mit
dem Armierungseisen
verschweißt zugleich
Erdschienen
Erdschienen
Feldbus Erfahrungsberichte
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Vitex – Fazit 2
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Seite 17
• Inbetriebnahme
• Profibus Kommunikation funktioniert
herstellerübergreifend problemlos
• Linientest ist sehr einfach, Selbstdiagnose des Bus
• Feldgerätemanagement /Zentrale Parametrierung
• nicht alle Geräte vollständig in PDM
• große Vorteile bei komplexen Geräten
• langsam (3 – 6 min zum Hochlesen aller Parameter)
• Diagnose / Wartung
• nach NA 64 umgesetzt, gut akzeptiert
• Status „außerhalb Spezifikation“ wäre hilfreich
• Diagnose Info zusammen mit zentraler Bedienung
versprechen Kostenvorteile in der Wartung
Feldbus Erfahrungsberichte
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Seite 18
Erfahrungsbericht
FuRIOs
2 Jahre danach
Feldbus Erfahrungsberichte
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
2 Jahre nach FuRIOS
• FuRIOS
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Seite 19
(Feldbus und Remote IO Systemvergleich)
Untersuchung der Machbarkeit und der Kosten/Nutzen Aspekte
des Feldbus aus Anwendersicht.
Vorgestellt auf der NAMUR HS 2002
Entscheidungsgrundlage für eine Feldbusanlage bei Aventis
Pharma
• Vorstellung der Anlage
• Haben sich die Annahmen von FuRIOS bestätigt ?
Feldbus Erfahrungsberichte
Projektumfang Ketek
• Prozessmesstechnik umgesetzt mit Profibus PA
• 11 PNK‘s
• 22 Profibus DP Segmente
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Seite 20
250 Motoren und Umrichter
• 200 Profibus PA Segmente
• 1600 Profibus PA Geräte
1230 Messumformer, 160 Stellungsregler, 190 Ventil-Boxen zum
Anschluss von Magnetventilen, 20 Sensorboxen
• 50 Segmentkoppler
• 470 Feldbusbarrieren
Feldbus Erfahrungsberichte
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Seite 21
Komponenten
• Leitsystem ABB Melodie
• Feldgeräte Engineering FDT/DTM Technologie im PLS
• Segmentkoppler Pepperl+Fuchs SK2
• Feldbusbarrieren Pepperl+Fuchs
• Feldgeräte Profibus PA:
15 verschiedene Gerätetypen (ABB, E&H, Krohne, Knick,
Pepperl+Fuchs, Samson, Vega)
• Entscheidung für Profibus im November 2002
• Inbetriebsetzung seit Mai 2004
Inbetriebsetzung des ersten Anlagenteils ist abgeschlossen
Feldbus Erfahrungsberichte
Struktur
15 verschiedene Gerätetypen
Seite 22
Typisch:4 Feldbusbarrieren, 12 Geräte
Segmentkoppler
Power Link
Module
(400mA)
Ex
Profibus PA
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Strang 1
Strang 2
Ex i
Feldbus Erfahrungsberichte
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Besonderheiten des Projekts
Erstellen eines Testaufbaus
- Aufbau eines Testsegmentes mit den verschiedenen
Feldgeräten
Seite 23
Erarbeiten einer Inbetriebnahmestrategie
- Adressvergabe
- Kommunikationstest
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
- Parameterdownload
Schulung der Montage (Anschlusstechnik,
Schirmung)
Abwicklung des Projektes durch Aventis
Engineering-Gruppe
Feldbus Erfahrungsberichte
Erfahrungen
FDT/DTM
Seite 24
– DTM‘s Version 1.2 standen anfangs nicht zur Verfügung (oder
waren nicht lauffähig)
– Volle Integration FDT in PLS problematisch
– Prüfung und Zertifizierung unbedingt erforderlich
– Status: bis auf ein DTM sind die Anfangsprobleme behoben
Inbetriebsetzung
– Loop Check vereinfacht und schneller (Fachpersonal erforderlich)
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Nachweis der Eigensicherheit
– Vereinfachung durch FISCO
Schulungsbedarf für Montage und Instandhaltung
– neues Vorgehen bei Businstallationen
– Schulungsbedarf bei allen PLT-Handwerkern
Feldbus Erfahrungsberichte
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Fazit
• Die Profibustechnologie arbeitet
herstellerübergreifend!
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Seite 25
• Der Einsatz des FDT/DTM Konzeptes integriert im
PLS wird bei weiteren Projekten überprüft
• Die Technologie erfordert ein Umdenken in der
Planung und Montage
• Es ergeben sich Zeitvorteile bei der
Inbetriebsetzung
• Zukünftige Projekte am Standort Frankfurt Höchst
sollen mit Feldbustechnologie realisiert werden
Feldbus Erfahrungsberichte
FuRIOS / Ketek
Ketek belegt die FuRIOS–Studie bezüglich
folgender Punkte:
• schnellere Inbetriebsetzung
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Seite 26
• einfache Montage
• In ersten Projekten muss mit „Kinderkrankheiten“
gerechnet werden.
• Zusatznutzen kann noch nicht bewertet werden z.B.
Diagnose, Wartung, ...
Wünsche an Hersteller
• redundanter Koppler, höhere Speiseleistung
• Feldgeräte in Zweileitertechnik
Feldbus Erfahrungsberichte
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Erfahrungsbericht
Seite 27
Fieldbus Foundation
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Anwendungen in der Novartis Pharma AG
Feldbus Erfahrungsberichte
Foundation Fieldbus DeltaV V6.3/7.3 (Emerson)
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Seite 28
CEP & WSH2984/B150 Projekte CH, UK
ProduktionsEnwicklung
Projekt
Anzahl
Geräte
CEP 2
1200
Basel/CH
(67%)
WSH2084
Basel/CH
1500
B150
4600
Grimsby/UK
800
260
(18%)
830
(18%)
AnlagenStatus
Bemerkung
Performance
Qualifikation
Control
in the field
In
Produktion
FF als
I/O Bus
Performance
Qualifikation
FF als
I/O Bus
Feldbus Erfahrungsberichte
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Was erwarten wir von Feldbussystemen
in Produktionsanlagen ?
• Alle Funktionalitäten von 4…20 mA Geräten
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Seite 29
Zuverlässigkeit, Ex, 2 Leitersystem, einfaches Layout …
• Zusätzliche Erwartungen an Feldbussysteme
sind Verbesserungen hinsichtlich:
- Inbetriebnahme
- Validierung
- Unterhalt /Diagnose (Workshop)
• Kosten: wenn möglich geringer !
Feldbus Erfahrungsberichte
Foundation Fieldbus
in Novartis WSH2084/B150 Projekten
Operator
Station
Server
Ethernet
FF H1
Card Power
PLS
Seite 30
Supply
350 mA
Foundation Fieldbus
Repeater
Max. 3 Fieldbarriere/Segment
Max. 4 Fieldbus Instrumente/Fieldbarriere
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Remote I/O
T
Waagen
Exoten
(NAMUR)
Kontakte
Foundation Fieldbus:
- Regelventile
- Durchfluss
- Temperatur
- Druck
- pH
Feldbus Erfahrungsberichte
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Seite 31
Multivendor Instrumentierung
Ɣ ABB
Ɣ Krohne
Ɣ Endress & Hauser
Ɣ Pepperl & Fuchs
Ɣ Samson
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Ɣ Topworx
Ɣ Emerson/Fisher Rosemount
Ɣ Relcom
Feldbus Erfahrungsberichte
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Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Seite 32
Installation im Feld
Feldbus Erfahrungsberichte
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Erfahrungen: Zuverlässig wie 4…20 mA ???
Martin Schwibach, BASF AG
Thomas Meier-Künzig, DSM
Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Seite 33
Alle Feldbusgeräte übertragen ihren
Messwert zyklisch einwandfrei an das PLS !!!
ABER:
Fein - Tuning ist notwendig:
- Optimierung der Kommunikation
- Zusatzfunktionalitäten des Feldbussystems
Feldbus Erfahrungsberichte
Erfahrungen: Zuverlässig wie 4…20 mA ???
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Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
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Aufgetretene Fehler:
Ursache
Behebung/ Bemerkung
Updates
Interoperabilität
Hardware: 2
Software: 2
Kommunikationsfehler
& Optimierung
Non Volatile
Memory
Hardware: 1
Software: 1
Ongoing
Bei Control in the field
vermehrt zu erwarten !
Neugerät
Software: 2
Identifiziert über
Diagnose & Audit Trail
Diagnose,
Bedienung
Hardware: 1
DD: 1
„Schönheitsfehler“
Feldbus Erfahrungsberichte
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Erfahrungen: Inbetriebnahme
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Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Seite 35
• Hier:
Vergleichbare Inbetriebnahmezeit wie 4…20 mA
• Optimierungspotential erkannt:
Automatische Identifizierung (Seriennummer) unzureichend
ĺ Instrumente müssen vorparametriert werden (Hersteller)
Parametrierung mit einem zentralen Engineering-Tool
ĺ Sehr hilfreiche und einfache Funktionalität
(Leitsystem spezifisch)
Feldbus Erfahrungsberichte
Erfahrungen: Validierung
• Durchgängiger Audit Trail bis in das Feldbusgerät
- GxP complient Records bei allen Änderungen der Geräte-SW
Seite 36
ĺ (ebenfalls hilfreich bei der Identifikation von SW – Bugs)
- Leitsystem spezifisch !
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• Grössere Kalibrierbereiche bei gleicher Genauigkeit
• Derzeit kein Papierausdruck möglich (adressiert)
- Leitsystem spezifisch !
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Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Erfahrungen: Kosten
Anzahl der Feldbusgeräte / Segment
FOUNDATION Fieldbus
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Sven Seintsch, Infraserv
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Seite 37
max. 12 !
Verursacht durch den
höheren Datenfluss auf dem FF-Bus !
Beeinflusst Zykluszeit !
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Erfahrungen: Kosten
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• Leicht teurer gegenüber 4…20 mA weil:
- geringere Anzahl Feldbusgeräte/Segment
- zusätzlich 2 Remote I/O Systeme installiert
(Magnetventilinsel, Restesammler)
Optimierung durch Reduktion auf 1 Remote I/O !
• Anwenderwünsche:
- Möglichkeit zur Anbindung binärer Signale
- Sicherheitsfunktionalität (SIL) über den Bus
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Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Fazit
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Seite 39
Ɣ Hauptprobleme der neuen Technologie sind gelöst,
Proven Solutions sind jetzt bei Novartis installiert.
Ɣ Fundamentaler Vorteil von Foundation Fieldbus &
Delta_V für Novartis ist derzeit der Leitsystem –
integrierte Audit Trail.
Ɣ Optimierungspotential identifiziert:
- Inbetriebnahme
- Diagnose
- Kostenreduktion
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Arbeitskreis 2.6 Feldbus
Schlussfolgerungen - „Lessons Learnt“
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FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
NE105 - Integration von Feldgeräten
Investitionssicherheit
Die Geräteintegration als ein Teil des Automatisierungssystems
darf nicht den Lebenszyklus des Gesamtsystems verkürzen.
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Sven Seintsch, Infraserv
Joachim Zobel, Novartis
Seite 41
Eine Kernforderung:
Konfigurationswerkzeug
Gerätebeschreibung
Version 1.0
Version 1.2
Version 2.5
?
!
9
Version 1.0
Version 1.2
9
Version 2.5
?
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NE105 - Integration von Feldgeräten
Investitionssicherheit
Die Geräteintegration als ein Teil des Automatisierungssystems
darf nicht den Lebenszyklus des Gesamtsystems verkürzen.
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Thomas Meier-Künzig, DSM
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Joachim Zobel, Novartis
Seite 42
Eine Kernforderung:
Konfigurationswerkzeug
Gerätebeschreibung
Hersteller akzeptieren die NE 105
Version 1.0
Version 1.2
Version 2.5
9
Version 1.0
in vollem Umfang
?
!
Version 1.2
9
Version 2.5
?
Feldbus Erfahrungsberichte
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Durchbruch in der Anschlusstechnik: Feldbusbarrieren
Typische Feldbustopologie im Jahr 2000
Profibus DP
Segment
koppler
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Seite 43
...
Feldbus Erfahrungsberichte
Durchbruch in der Anschlusstechnik: Feldbusbarrieren
Typische Feldbustopologie im Jahr 2004
Seite 44
Profibus DP
Segment
koppler
Abschluss
Feldbusbarriere
Feldbusbarriere
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Feldbusbarriere
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Durchbruch in der Anschlusstechnik: Feldbusbarrieren
Typische Feldbustopologie im Jahr 2004
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Seite 45
•• Senkung
der
PlanungsProfibus
DP
Senkung
derVerdrahtungs-,
Verdrahtungs-,
Planungs-und
und
Installationskosten
Installationskosten
••
••
Höhere
Flexibilität
Segment
Höhere
Flexibilitätdurch
durchStichleitungen
Stichleitungen(30-120m)
(30-120m)
größere
Anzahl
an
Feldgeräten
koppler
größere Anzahl an Feldgerätenpro
proSegment
Segment
•• Steigerung
Steigerungder
derVerfügbarkeit
Verfügbarkeit::
Abschluss
•• Kanalweise
Kanalweisekurzschlussfest
kurzschlussfest
•Feldbusbarriere
eigensichere
IIC
FISCO
Feldbusbarriere
• eigensichereEEx
EExiaia
IICAusgänge
Ausgängegemäß
gemäßFeldbusbarriere
FISCO
•• 44Anbieter
Anbieteram
amMarkt
Markt(ABB,
(ABB,CEAG,
CEAG,P&F,
P&F,Turck)
Turck)
•• Austausch
eines
Feldgeräts
im
laufenden
Austausch eines Feldgeräts im laufendenBetrieb
Betrieb
möglich
möglich
Feldbus Erfahrungsberichte
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Sven Seintsch, Infraserv
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Seite 46
Know How Wechsel in Planung und Instandhaltung
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Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Know How Wechsel in Planung und Instandhaltung
Planung
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Seite 47
• Örtlichkeit und Funktionalität der Feldgeräte bestimmte die
Bustopologie
• Einfache Segmentplanung
• einfacher Nachweis der Eigensicherheit durch FISCO
Inbetriebnahme
• weniger Fehlerquellen
• schneller
• Vorkonfiguration der Messstellenbezeichnung (Tag) durch den
Hersteller bei Bestellung empfehlenswert
Instandhaltung / Diagnose
•
•
•
•
andere Vorgehensweise bei Fehlersuche
anderes Qualifikationsprofil für Servicepersonal
Profibus PA: praxistaugliche Standardisierung der Diagnose
Foundation Fieldbus: Diagnose herstellerspezifisch möglich
Feldbus Erfahrungsberichte
Gesamtfazit
• Höhere Wirtschaftlichkeit durch Feldbusbarrieren
• Diagnose eröffnet neue Möglichkeiten
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• Profibus PA ist reif für den Einsatz
• Wer Erfahrung mit RIO und Profibus DP hat kommt mit PA klar
• Positive Erfahrungen in Multi Vendor Projekten
• Foundation Fieldbus ist prinzipiell einsetzbar:
• Komplexität erfordert Spezialwissen
• Funktionalität ist zum Teil PLS spezifisch
• Bei Multivendor Anlagen ist mit Kinderkrankheiten zu rechnen
• Geräteintegration
• Bestehende Probleme sind nicht Feldbusspezifisch
• NE 105 muss umgesetzt werden (Zertifizierung ...)
Feldbus Erfahrungsberichte
FuRIOS
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Tastentelefone waren der erste Schritt zum Handy
Neue, technologische Plattformen in der Automatisierungstechnik erschließen sich nur mit Feldbus
Die Ergebnisse des Feldbus und Remote I/O Systemvergleichs FuRIOS erregten auf der NAMUR Hauptversammlung Anfang November 2002 großes Aufsehen und entfachten die Diskussion zwischen Herstellern
und Anwendern über den Einsatz der Feldbustechnologie auf ein Neues. Innerhalb weniger Monate haben
sich mehrere Unternehmen für Feldbus-Projekte entschieden. FuRIOS könnte sich als Initialzündung für die
weitere Entwicklung des Feldbusses erweisen.
Die Journalistin Dr. Christine Eckert sprach darüber mit zwei der Initiatoren der FuRIOS-Studie
Manfred Dietz von Infraserv Höchst und Dr. Thomas Tauchnitz von Aventis Pharma Deutschland.
Dr. Eckert: FuRIOS vergleicht die Kosten einer
realen Anlage mit Remote I/O-Systemen mit
denen einer berechneten eins zu eins Vergleichslösung auf Basis der Feldbustechnologie.
Wie hat man sich das vorzustellen?
Dr. Tauchnitz: Es ist im Grunde genommen ein
Gedankenexperiment. Wir nehmen eine Vergleichsanlage, diese ist so neu, dass sie wieder
genau so eingerichtet würde und stellen die
Frage: Wie hätte sie auf Basis des Feldbusses ausgesehen. Das ist ein ganz einfacher Ansatz.
Vor- und Nachteile des Feldbus an virtuellen
Lösungen zu diskutieren ist zu komplex und
abstrakt. Andere Firmen haben andere Gewohnheiten, strukturieren ihre Anlagen anders. Wir
haben einen Ansatz für unsere Anlagen gemacht.
Die anderen Anwender sollten nun ihre Anlagen
durchrechnen. Der Vergleich der Ergebnisse wäre
hochinteressant.
M. Dietz: Es hätte immer Diskussionen gegeben, ob
die Annahmen realistisch waren. Jetzt können die
Anwender zwar sagen: „Unsere Anlagen sind
anders.“ Aber es wurde eine reelle Anlage untersucht.
Dr. Eckert: Anhand welcher Kriterien wurden die
Komponenten für die Rechenlösung ausgesucht?
M. Dietz: Über die Feldbus-Komponenten haben wir
frei entschieden. Allerdings ist die Pepperl+Fuchs
Fieldbarrier im Moment die einzige von uns akzeptierte Feldbusbarriere. Nur sie hat die geforderte galvanische Trennung. Bei den Kopplern hat das Leitsystem
entschieden. In die neue Anlage kommt das gleiche
Leitsystem wie in die Vergleichsanlage, bei einer eins
zu eins Lösung darf an dieser Stelle natürlich nichts
verändert werden. Die Steuerung von ABB führt
zwangsläufig zu den Kopplern von Pepperl+Fuchs.
Sie sind nicht in das Projekt gekommen, weil das
Unternehmen den Anstoß zu FuRIOS gegeben hat.
Hätten wir hier anders entschieden, wären wir
unglaubwürdig geworden.
Dr. Eckert: Warum sind die Segmentkoppler,
Ventilanschaltboxen und Feldbarrieren so
entscheidend für die Wirtschaftlichkeit?
Dr. Tauchnitz: Sie ermöglichen es eine größere
Zahl von Teilnehmern an einem Profibusstrang
PA anzukoppeln. Dadurch werden Installationsund Verkabelungskosten gespart. Angenommen
es müssen 500 Signale geholt werden und jeder
PA-Strang schafft nur sechs oder sieben Signale.
Dann müssen dafür 80 Segmentkoppler eingesetzt und 80 Kabel aus dem Nicht-Ex-Bereich in
den Ex-Bereich verlegt werden. Das kostet doppelt so viel wie 40 Segmentkoppler und 40 Kabel.
Wenn wir diese kleine Zahl von Signalen pro PAStrang gehabt hätten und dafür so viele Kabel
gebraucht hätten, wäre es schlicht und ergreifend
teurer gewesen als das Remote I/O.
M. Dietz: Anders gesagt heißt das, sieben Geräte an
einen Strang anzuschließen spart den Faktor sieben an
Leitungen. Stellen Sie sich den Feldbus als Wäscheleine vor: Dort hängen Sie Ihre Hemden und Hosen
auf. Und da ist es doch ein großer Unterschied, ob Sie
für sieben Hemden und Hosen eigene Wäschepfosten
setzen und eine eigene Wäscheleine spannen müssen
oder ob Sie alle auf einer trocknen können. Das halbiert die Montage- und die Komponentenkosten. Eine
Verdopplung auf 30 Geräte ist möglich, wenn das
Energieproblem gelöst ist. Mit 2 A Speisestrom
hätten wir mehr auf die Leine hängen können – um
bei diesem Bild zu bleiben. Ein 2 A Koppler, der jetzt
schon bei uns im Testbetrieb ist, stand zu diesem
Zeitpunkt nicht zur Verfügung. FuRIOS hat aber
FuRIOS
gezeigt, dass Feldbusbarrieren mit höherem Speisestrom gebraucht werden. Hätten wir das Projekt ein
Jahr früher gestartet, wäre das Ergebnis eindeutig
zugunsten der Remote I/O-Systeme ausgefallen.
Davon bin ich überzeugt. Es war einfach der richtige
Zeitpunkt, was wir im Vorfeld aber nicht wussten.
Von Jahr zu Jahr wird sich das Ergebnis mehr in
Richtung Feldbus verschieben.
Dr. Eckert: Was spricht für die Feldbustechnologie und welche zusätzlichen Möglichkeiten
eröffnet die neue Technik?
Dr. Tauchnitz: Das Ergebnis ist hinsichtlich der
Investitionen relativ ernüchternd. Vier Prozent
Investitionskosten sparen, das ist eine nette
Summe, aber die Welt ist es nicht. Eine Rechnung
ohne Koppler, Feldbusbarrieren und Ventilanschaltboxen wäre vermutlich vier Prozent teurer
gewesen. Dann hätte man allein mit den Lebenszykluskosten argumentieren müssen. Die Sache
ist so viel einfacher, es lässt sich sowohl mit den
Lebenszykluskosten als auch mit den Investitionskosten argumentieren. In der internen Diskussion kommt es auf diese vier Prozent durchaus an.
M. Dietz: FuRIOS vergleicht Feldbus und Remote
I/O mit der gleichen Gerätefunktionalität. Ich bekomme heute immer den gleichen Messwert, ob der
Drucktransmitter am Feldbus hängt oder am Remote
I/O. In fünf Jahren würden wir die Diskussion ganz
anders führen. Im Vergleich der beiden Systeme konnten die zusätzlichen Möglichkeiten der Feldbustechnologie überhaupt nicht berücksichtigt werden. Heute
ist der Unterschied noch unerheblich. Doch das wird
sich ändern. Wer Feldbus hat, dem steht die Welt zur
innovativen Messtechnik offen. Wer Remote I/OSysteme hat kann nur nach hinten schauen. Es kommt
nichts Neues mehr nach.
Dr. Tauchnitz: Herr Rathje von Bayer, Mitglied
der NAMUR hat einmal gesagt, wenn wir den
Feldbus haben, sparen wir 40 Prozent der Kosten.
Stellen Sie sich einmal einen Berg vor. Das
Remote I/O bringt uns auf das Niveau von etwa
90 Prozent der Gesamthöhe, also etwa 36 Prozent
der Einsparungen. Viele sagen jetzt: Für diesen
kleinen Rest des Weges bis zum Gipfel, die letzten vier Prozent, lohnt es sich nicht zu wechseln.
Vergessen wird, dass der Berg ein Vulkan ist. Der
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Berg wächst kontinuierlich. Wir bekommen neue
Techniken, die ohne den Feldbus nicht laufen.
Wie der berühmte Temperaturmessstab. Er misst
an zehn Stellen im Kessel die Temperatur. Das
geht mit 4 bis 20 mA nicht. Das Wachstum dieses
Berges und den Nutzen der Technologie können
Sie nur dann ausschöpfen, wenn Sie das letzte
Stück auch noch klettern. Technologisch war das
Remote I/O keine Innovation. Es blieb der selbe
Berg und nach wie vor ein Analogsignal.
Dr. Eckert: Welche Vorteile haben moderne
Feldgeräte und wie könnte das Gerät der
Zukunft aussehen?
M. Dietz: Ein Feldgerät am Remote I/O ist ein
Anhängsel am System und sie müssen sehen wie sie
Zugriff auf die Parameter kriegen. Ein Feldgerät am
Feldbus ist ein integrierter Systembestandteil. Das
sagt vielleicht schon alles. Mit Remote I/O-Systemen
koppeln sie sich von dieser Entwicklung ab. Das
Feldgerät der Zukunft wird multifunktional sein und
Asset-Daten zugänglich machen und wenn wir nur
andeutungsweise über Diagnose reden wollen – da
wird einiges kommen. Alle Firmen, die momentan von
Diagnose an den Feldgeräten sprechen, haben gerade
den Kilometerzähler entwickelt. Wenn ich heute mein
Auto in die Werkstatt bringe wird ein Diagnosestecker
angeschlossen und der sagt mir, was ich falsch
gemacht habe, was defekt ist und was Wartung bedeutet. Die Basis dafür war der Kilometerzähler, bei den
Diagnose-Tools wurde gerade dieses Niveau erreicht.
Allein was von der Diagnose noch zu erwarten ist,
rechtfertigt den Feldbus. Diagnose heißt, ich frage das
Gerät, ob es beim Anlagenstillstand in vier Wochen
Service braucht oder noch bis zum nächsten Stillstand
in dreizehn Monaten durchhält – das geht in
Richtung Predictive Maintenance und lässt sich nur
mit Feldbustechnik verwirklichen.
Dr. Tauchnitz: Mit dem Wachstum des erwähnten Vulkans kann nur die Feldbustechnik mithalten. Die Geräte, die in zehn Jahren auf den Markt
kommen, werden Möglichkeiten haben, die über
4 bis 20 mA nicht zu nutzen sind. Herr Dr. Kegel
von Pepperl+Fuchs hat dies einmal mit der Entwicklung des Telefons verglichen: Irgendwann
mussten wir von der Wählscheibe zum Tastentelefon übergehen. Das hatte am Anfang gar keinen großen Nutzen. Mobiltelefone wären aber
ohne Tasten nicht möglich gewesen. Heute kön-
FuRIOS
nen wir Banking mit dem Handy machen oder
weltweit Bilder austauschen. Dazu war der
Schritt von der Wählscheibe zu den Tasten notwendig. Genauso müssen wir diesen Schritt jetzt
machen, sonst kommen wir technologisch nicht
auf eine neue Plattform.
Dr. Eckert: Der Industriepark Höchst ist in diesem Fall ein Vorreiter. Mit welchen Problemen
rechnen Sie beim Bau der ersten Anlage?
Dr. Tauchnitz: Wir haben mit den Remote I/OSystemen schon jetzt die Schnittstelle des
Profibus DP im Einsatz. Anstelle eines Remote
I/O wird nun ein Feldbustrenner eingesetzt und
die Feldbusbarrieren sowie die Ventilanschaltboxen liegen darunter. Falls es einmal eine
gestörte Kommunikation zwischen dem
Prozessleitsystem und einem Gerät gibt, dann hat
dieses Gerät ein Einzelproblem. Das Risiko, dass
unsere Gesamtanlage steht, sehe ich einfach
nicht. Es ist der selbe Profibus DP wie bei den
Remote I/Os und dort hat er sich bewährt.
M. Dietz: Die Mannschaft von Infraserv Höchst wird
die gesamte Systemzusammenschaltung im Vorfeld
auf Kommunikation testen und das Projektteam während der ganzen Laufzeit unterstützen. Das A und O
ist die rechtzeitige Schulung von Planern, Anlagenbetreuern und letztlich auch von Führungskräften.
Das wäre ein sehr unglückliches Timing, wenn
Mitarbeiter in der heißen Phase der Inbetriebnahme
plötzlich auf Schulung müssten. Ich hoffe, dass wir
spätestens ab März mit den ersten Schulungen auf
Profibus-PA beginnen können.
Dr. Eckert: Werden die anderen Anwender nicht
warten bis alle Kinderkrankheiten beseitigt sind?
Dr. Tauchnitz: Es gibt keine Signale dafür, dass
die anderen Firmen sich gemütlich zurücklehnen
und eineinhalb Jahre warten bis unsere Anlage
fertig gestellt ist. In diesen eineinhalb Jahren würden sie neue Altlasten bauen und auf eine Technologie setzen, die in fünf Jahren die neuen
Geräte nicht mehr unterstützt. Ingenieure bauen
ungern neue Altlasten. Eine neue Technologie
birgt genau so viele Risiken wie eine veraltete
Technik beizubehalten. Wir sind vom Erfolg des
Projektes überzeugt, sonst würden wir es nicht
machen.
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
M. Dietz: Alle Anlagen sind Unikate. Kinderkrankheiten wird es geben so lange neue Geräte auf den
Markt kommen. Das gilt für alle Geräte, ob Feldbus
oder nicht. Wir haben in FuRIOS alles durchgerechnet. Das Prüflabor von Infraserv Höchst steht außerdem jederzeit mit Manpower und Know-how zur
Verfügung. Sollte irgendwo der Verdacht aufkommen,
dass etwas nicht läuft, dann wird jeder beteiligte
Hersteller alles tun, um das zu ändern. Glauben Sie
ein Projekt scheitert, weil ein Hersteller seine Aufgaben nicht erledigt? Vielleicht sind die Folgeprojekte
etwas billiger, aber es gab noch nie eine so ausgereifte
Technik vor der Markteinführung wie den Feldbus.
Wir sind sicher, dass es funktioniert. Wenn wir es
nicht sind, wer dann?
FuRIOS
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Einsparungen sind nicht Sinn und Zweck des Feldbusses
Digitale Kommunikationstechnik lässt bei der Diagnose Anwenderträume wahr werden
Das niederländische Chemie- und Pharmaunternehmen DSM ist einer der Vorreiter beim Einsatz von
Feldbustechnologie. Auf dieser Technik basieren zukunftsweisende Diagnose- und Gerätefunktionen in der
Prozessautomatisierung. Frans van Laak, Obmann des NAMUR Arbeitskreises Feldbusse und sein DSM
TechnoPartners Kollege Harry van Rijt sind Befürworter der neuen Technik. Die Journalistin Dr. Christine
Eckert sprach mit den beiden Automatisierungsexperten über Erfahrungen mit dem Feldbus und dessen
Erfolgsaussichten.
Dr. Eckert: Welche Chancen bietet der Feldbus
der Prozessautomatisierung?
F. van Laak: Der Feldbus ist auf jeden Fall nicht dazu
da Verkabelungskosten zu sparen. Auf dieser Basis
brauchen wir, meiner Meinung nach, nicht zu diskutieren. Wenn wir auf unserem Fachgebiet vorankommen, es verbessern und erweitern wollen, dann brauchen wir den Feldbus. Wir erwarten vor allem im
Bezug auf die Diagnose sehr viel von dieser Technik
– nicht nur für einzelne Geräte, sondern für ganze
Anlagenteile. War das Huhn oder das Ei zuerst da?
Ohne den Feldbus wird sich die Diagnose nicht weiter
entwickeln.
Dr. Eckert: Wird DSM in Zukunft nur noch
Feldbustechnologie einsetzen?
H. van Rijt: Das ist eine sehr schwierige Frage.
Tatsache ist, dass wir im April eine Produktionsanlage mit 28 Strängen und 300 Geräten auf
Feldbusbasis in Betrieb nehmen.
Dr. Eckert: Das ist eine andere Größenordnung
als die von Aventis geplante Anlage mit etwa
zweitausend Messgeräten. Tasten Sie sich bei
DSM eher langsam an größere Projekte heran?
F. van Laak: Das würde ich so nicht sagen. Es handelt sich um eine ganz normale Produktionsanlage.
Auch unser Feldversuch ist eine Produktionsanlage.
Sie ist zwar in einer niedrigen Risikoklasse eingestuft,
aber sie läuft mit Feldbus. Weitere zwei Projekte sind
in Planung.
aufgebaut. Im Anschluss daran wurde ein Feldversuch in einer existierenden Anlage mit acht
Bussen durchgeführt. Nach Anlaufschwierigkeiten läuft Sie seit einem Jahr problemlos. Basis
für alle Projekte ist Foundation Fieldbus, weil wir
uns als Unternehmen vor vielen Jahren für
Prozessleitsysteme von Honeywell und Emerson
entschieden haben. Aber DSM hat auch eine
Profibus Anlage.
Dr. Eckert: Bei der realen Anlage, die den Berechnungen in FuRIOS zugrunde liegt, wurden mit
dem Feldbus Einsparungen von rund vier
Prozent erzielt. Lohnt es sich dafür eine neue
Technik einzuführen?
F. van Laak: Als Herr Tauchnitz die Ergebnisse der
Studie auf der NAMUR Hauptversammlung 2002
vorstellte, hat er es ganz deutlich gemacht: „Ist es
nicht schön, dass wir über eine neue Technik reden
und bei der Errichtung schon Einsparungen zu erzielen sind?“ Kostenersparnisse werden mitgenommen,
aber das ist nicht der Hauptgrund. Dem kann ich nur
zustimmen.
Dr. Eckert: Denken Sie, dass sich die Einsparungen nach einer gewissen Anlaufzeit noch
erhöhen lassen?
Dr. Eckert: Haben die Ergebnisse des Feldbus
und Remote I/O Systemvergleichs (FuRIOS)
Ihre Entscheidung für neue Feldbusprojekte
positiv beeinflusst?
F. van Laak: Ja, ganz sicher. Feldbusgeräte sind heute
teurer als die konventionellen Geräte. Die Preise
werden mit steigender Stückzahl deutlich sinken. Hier
kann dann noch etwas mehr eingespart werden. Aber
das ist, wie gesagt, nicht der Sinn und Zweck des
Feldbusses. Die Geräte werden zunächst teurer werden, weil sie mehr Funktionen beinhalten. Es ist doch
utopisch zu erwarten, dass die Hersteller die neuen
Tools kostenlos liefern.
H. van Rijt: FuRIOS hatte auf uns keinen
Einfluss. Wir haben schon vor zwei Jahren ein
ausführliches Kostenmodell aufgestellt und
zunächst ein Labor mit zwei Bussen für Tests
Dr. Eckert: Ein wichtiges Argument für den Feldbus sind die Diagnose-Funktionen. Wie schätzen
Sie die Tools ein, die momentan auf dem Markt
sind?
FuRIOS
F. van Laak: Im Grunde genommen kann man dabei
noch nicht von Diagnose sprechen. Oftmals werden
lediglich Ausfälle überprüft. Aber die Feldgeräte sind
in den letzten Jahrzehnten viel stabiler geworden, die
Ausfallquoten sind sehr niedrig. Ziel ist es, die
Geräte-Diagnose mit dem Prozess zu kombinieren.
Die Temperaturüberprüfung der entsprechenden
Transmitter bieten beispielsweise schon viele Hersteller an. Das ist zumindest ein Anfang, so auch beim
Temperaturtransmitter. Was uns wirklich interessiert,
ist die Überwachung des Thermoelements auf Langzeitgenauigkeit, bestenfalls braucht man dann nie
mehr zu kalibrieren.
H. van Rijt: Eine weitere Anwendung moderner
Diagnose ist die Blocked Line Detection. Hier
gibt der Drucktransmitter Alarm, wenn die
Leitung verschlossen oder verstopft ist. Diese
Tools gibt es bereits. Sie sind momentan allerdings nur für Foundation Fieldbus-Geräte verfügbar. Profibus wird bald nachziehen, aber
Grundvoraussetzung für alle Diagnose Funktionen ist der Feldbus. Ein weiterer Vorteil ist die
automatische Fehlermeldung, denn bei Hart
müßten wir jedesmal an den Transmitter gehen
und die Diagnose abfragen.
F. van Laak: Wir müssen beim Feldbus nichts tun.
Die Information kommt so zu sagen frei Haus, weil sie
in jedem Zyklus automatisch mitgeliefert wird.
H. van Rijt: Solche Funktionen erfordern mehr
Prozessorkapazität und Energie und diese liefert
mir die 4 bis 20 mA Technik einfach nicht. Wenn
die Prozessoren noch um den Faktor zehn schneller werden, dann haben sie die gleiche Frequenz
wie Mikrowellen-Geräte. Ein PC hat heute einen
2,4 GHz Prozessor, Mikrowellengeräte haben 24
GHz. Leistungsfähige Prozessoren benötigen
mehr Energie und das sagt eigentlich schon alles.
Die konventionelle Technik ist hier am Ende.
Dr. Eckert: Was ist Ihnen als Anwender außer der
Diagnose bei den neuen Gerätegenerationen noch
wichtig?
F. van Laak: Ich denke, dass sich die Multivariablenund Multisensorgeräte durch den Feldbus immer weiter entwickeln. Mit solchen Geräten lassen sich die
Eingriffe in den Prozess reduzieren. Jeder Flansch ist
im Prinzip eine Schwachstelle. Weniger Flansche
bedeuten auch ein geringeres Risiko. Sogar die EU
Behörden beschäftigen sich damit potenzielle
Austrittsmöglichkeiten im Prozess einzuengen.
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Dr. Eckert: Berücksichtigen denn die Anlagenplaner die neuen Möglichkeiten schon dementsprechend?
F. van Laak: Nein, das ist auch nicht zu erwarten, so
sind Aachen und Köln auch nicht an einem Tag erbaut
worden. Ich hoffe, die Anlageplaner verstehen, warum
die Feldbustechnik so wichtig ist. Selbstverständlich
stehen uns nicht gleich alle Möglichkeiten zur Verfügung. Das braucht alles seine Zeit. Der Feldbus
ermöglicht uns den Fortschritt auf unserem
Fachgebiet.
Dr. Eckert: Werden Remote I/O-Systeme Ihrer
Meinung nach wieder ganz vom Markt
verschwinden?
F. van Laak: DSM leistet sich noch den Luxus über
neue Technologien nachzudenken. Wir sind nicht das
einzige, aber eines der ersten Unternehmen, das versucht Feldbustechnologie einzusetzen. Es wird immer
Anwender geben, die sich nicht trauen oder sich mit
der Sache überhaupt nicht beschäftigen und die bleiben bei Remote I/O.
Dr. Eckert: Demnach halten Sie Aventis auch
nicht für besonders mutig eine große
Feldbusanlage in Angriff zu nehmen?
H. van Rijt: Für diejenigen, die wissen worüber
sie reden ist es kein mutiger Schritt. Für Außenstehende sieht es vielleicht nach einem Sprung
ins kalte Wasser aus. Wer aber die entsprechenden Fachkenntnisse mitbringt und weiß wo
Probleme auftreten können, für den stellt sich die
Frage nicht.
Dr. Eckert: Bei Foundation Fieldbus werden
Anlagen aufgrund der Struktur und Funktionalität des Leitsystems etwas anders als bei
Profibus aufgebaut. Entscheidende Komponenten
sind hier Feldbusspeisung, Conditioner und
Feldbusbarrieren. Wie wichtig sind sie für die
Wirtschaftlichkeit der Anlagen?
F. van Laak: Ohne diese Komponenten wäre die
Errichtung schlichtweg eine Katastrophe und das ganz
abgesehen von der Zuverlässigkeit. Die neuen
Feldbuskomponenten ermöglichen einen wesentlich
einfacheren Aufbau und reduzieren damit die Anzahl
störanfälliger Bauteile erheblich.
Dr. Eckert: FuRIOS kommt zu dem Schluß, dass
eigensichere Feldbusbarrieren nicht wirtschaftlich
sind. Reicht die Ausführung erhöhte Sicherheit
Ihrer Meinung nach aus?
FuRIOS
F. van Laak: Wir haben als NAMUR gefordert, dass
die Möglichkeit bestehen muss die Geräte eigensicher
anzuschließen. Aber es gibt keinen Grund, warum ein
Stammkabel eigensicher sein muss. Ist der Kompressor
in der Anlage denn eigensicher? Warum muss es dann
der Feldbus sein und wie oft arbeitet Sie an einem
Stammkabel? Nie. Wir arbeiten dort wo die Geräte
angeschlossen sind. Wenn das Kabel einmal verlegt
ist, liegt es nach 25 Jahren noch da. Zufällig ist die
Ausführung in erhöhter Sicherheit auch noch kostengünstiger. Die treibende Kraft ist aber die Zuverlässigkeit und die ist mir viel wichtiger. Die Power Conditioner kommen ohne Elektronik aus, so kann diese
auch nicht kaputt gehen und ein ganzes Segment lahm
legen. Zuverlässigkeit ist einfach das bessere Argument als der Preis.
Dr. Eckert: Sollten die unterschiedlichen Feldbuskomponenten in Bezug auf die angesprochene
Zuverlässigkeit dann auch vom selben Hersteller
stammen?
F. van Laak: Das wäre unser Wunsch als Anwender.
Das System aus Feldbusspeisung, Conditioner und
Feldbusbarriere kann man nur begrenzt variieren. Die
meisten Probleme entstehen durch die Speisung. Wir
wollen aus Gründen der Zuverlässigkeit auf dem
Trunk möglichst wenig aktive Bauteile, also auch keinen aktiven Conditioner. Ein Widerstand oder eine
Spule sind so gut wie nie defekt. Die Schwachstellen
sind Transistoren und integrierte Schaltkreise. Die
Kehrseite der Medaille ist, dass ein passiver
Conditioner keine galvanische Trennung hat, die als
eine Art „Schmutzfänger“ fungiert – für Schmutz der
über die Speiseschiene kommt. Für auf den Trunk eingekoppelte Störungen hat auch eine galvanische
Trennung keinen Nutzen. Das Speisegerät muss dann
eine entsprechend hohe Qualität aufweisen. DSM
setzt nur passive Conditioner ein. Momentan bieten
nur zwei Hersteller leistungsstarke Geräte von 1 A
oder mehr an.
H. van Rijt: Nicht alle Geräte haben von der
Hardware-Seite her gesehen die gleiche Qualität
für die Busankopplung. Ihre Empfindlichkeit
gegenüber Störungen oder Amplitudenschwankungen ist unterschiedlich. Sie erfüllen zwar alle
mehr oder weniger die jeweiligen Normen, aber
nicht alle im gleichen Maß. Leider gibt es ziemlich große Qualitätsunterschiede. Ein schlechtes
Feldbusspeise-Modul verursacht bei minderwertigen Feldgeräten unter Umständen Probleme.
Bei qualitativ hochwertigen Geräten ist auch die
Speisung weniger kritisch. Rein technisch gese-
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
hen können Komponenten verschiedener Hersteller eingesetzt werden. Aber ich halte es für
sinnvoll das komplette System von einem
Lieferanten zu kaufen. So kann der Hersteller
auch die Garantie für die ganze Kette übernehmen. Unsere erste Wahl wäre ein aufeinander
abgestimmtes System.
Dr. Eckert: Haben Sie in der Praxis schon
Komponenten verschiedener Hersteller
zusammengeschaltet?
F. van Laak: Wir haben das getestet. Die möglichen
Einsparungen sind aber, auf das Gesamtprojekt gesehen, wirklich nur Peanuts. Das ist auch der Grund,
warum ich immer sage, dass Speisung, Conditioner
und Feldbusbarrieren ein System sind. Mit den entsprechenden Kommunikationskabeln ist das eine runde
Sache.
Dr. Eckert: Wird sich die Feldbustechnik
durchsetzen?
F. van Laak: Der Feldbus an sich ist nur das Mittel
zum Zweck. Es geht um die Geräte und deren
Funktionalitäten. In fünf Jahren reden wir nicht mehr
über den Feldbus wie wir das jetzt tun und die konventionelle Technik wird keine wichtige Rolle mehr
spielen. Man kann sich gegen neue Technologien wehren, aber der Fortschritt ist nicht aufzuhalten.
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Aus der Theorie in die Praxis
Aventis setzt FuRIOS-Studie in realer Pharmaanlage um
Vor 2 Jahren führten Aventis Pharma Deutschland und Infraserv Höchst Technik die FuRIOS-Studie durch
mit dem Ziel, die Kosten/Nutzenaspekte der Feldbustechnologie zu klären und ihre Akzeptanz in der Prozessindustrie zu erhöhen. Der Systemvergleich überzeugte das Pharmaunternehmen und schon kurz nach der
Veröffentlichung der Studie begann Aventis die theoretischen Betrachtungen in die Tat umzusetzen. Die
Ketek-Anlage ist die erste Anlage, die den Vorgaben von FuRIOS entspricht.
Das Ketek Tanklager mit Feldbusinstallation auf Basis der FuRIOS Studie
Der neue pharmazeutische Wirkstoffbetrieb produziert verschiedene Zwischenstufen des neuartigen Antibiotikums Ketek zur Behandlung von
Atemwegserkrankungen. Die Instrumentierung
der Anlage basiert durchgängig auf Feldbustechnologie – mit Ausnahme der Sicherheitstechnik
und bis auf einige wenige so genannte Lumpensammlersignale – und zählt zu den modernsten
ihrer Art. Die Kosten für die PLT belaufen sich
auf rund 12 Millionen Euro. Die Anlage ist in 200
Profibus PASegmente mit insgesamt 1.600
Profibus PA-Geräten unterteilt. In den zwei neuen
Produktionssträngen arbeiten 15 verschiedene
Gerätetypen von sieben verschiedenen Herstellern interoperabel zusammen. Das Leitsystem
lieferte ABB. Die komplette Feldbus-Installationstechnik für die Busanbindung im Ex-Bereich
wurde mit FieldConnex von Pepperl+Fuchs nach
dem Feldbusbarrieren-Konzept realisiert.
„Ketek ist eines der größten Projekte unserer
Projektgruppe. In den Teilbereichen Engineering
und Construction hat uns Siemens unterstützt“,
sagt Bodo Bartscheit, Projektleiter PLT bei Aventis
nicht ohne Stolz, denn das gesamte Projekt wurde
unter der Federführung des Pharmaunternehmens abgewickelt. Um die Zusammenarbeit
mit dem Planer zu optimieren, fungierte sein
Kollege Harald Hauch, Projektleiter Automatisierung, während des gesamten Projektes als
wichtiges Bindeglied zwischen Anlagenbetreiber
und Dienstleister. Für die Erstellung der Inbetriebnahme- und Montageverfahren sowie die
Schulung des Personals holte sich das Pharmaunternehmen die Spezialisten von Infraserv
Höchst Technik mit ins Boot und setzte damit auf
das bewährte Team, das bereits bei der FuRIOSStudie mitgewirkt hat.
FuRIOS ist eine klassische Betrachtung, die eine
reale mit Remote I/O-Technik projektierte Anlage
1:1 auf den Bus umrechnet – mit unverändertem
Anforderungsprofil. An diese Vorgaben hielt sich
Aventis bei dem neuen Projekt und setzte Topologie und Instrumentierung dementsprechend
um. „Vielleicht haben wir 1:1,01 auf den Feldbus
FuRIOS 2
geplant. Doch im Wesentlichen verlief die Planung wie immer“, sagt Dr. Thomas Tauchnitz,
ehemals Leiter Technologie und Projekte bei
Aventis Wirkstoffe. Viele der Vorteile der digitalen Technik kommen jedoch erst zum Tragen,
wenn der Anwender die neuen Möglichkeiten
auch intelligent nutzt. Doch hierzu fehlt die
Praxis. „Die Planung orientiert sich noch an der
konventionellen Technik, weil sie sich dort auskennt. Spielräume nutzen kann man erst mit
einer gewissen Erfahrung“, weiß Manfred Dietz,
Leiter des Prüflabors bei Infraserv Höchst
Technik. Dies betrifft unter anderem den Einsatz
von Multivariablen-Geräten, die beim Rechenexempel überhaupt nicht berücksichtigt wurden.
„Wir haben bei 10 der 2.000 Messstellen die
Funktion Multivariabler-Geräte genutzt. Damit
gehen wir schon einen Schritt weiter als in
FuRIOS“, erklärt Bartscheit.
Neue Technologie heißt Umdenken
Den Schulungsaufwand für die Feldbus-Technologie haben alle Beteiligten gleichermaßen unterschätzt. Ein Punkt der nur auf den ersten Blick
gegen den Feldbus spricht, denn bei der Remote
I/O-Technik ist der Aufwand noch größer. Bei
Remote I/O-Systemen kommen immer wieder
neue Feldgeräte oder neue Bedienphilosophien
hinzu und das Personal muss für jedes Projekt
neu geschult werden. „Wer auf Profibus fit ist, ist
fit. Es ist ein einmaliger Lernprozess“, bestätigt
Dietz. „Bei jedem Technologiewechsel sind die
ersten Schulungen die aufwändigsten, weil man
bei Null anfängt.“ Der Leiter des Prüflabors weiß
wovon er spricht, denn er und seine Mitarbeiter
haben alle Profibus-Lehrgänge im Rahmen des
Projektes durchgeführt.
Eine neue Technologie müssen alle lernen –Handwerker, Planer, Verfahrensingenieure und Vorgesetzte. „Um die Vorteile der Feldbusse voll auszuschöpfen, müssen alle wissen, was in dieser
Technologie machbar ist und was nicht“, sagt
Dietz, und Tauchnitz ergänzt: „Wie man 4 mA ...
20 mA auflegt, lernt jeder Azubi. Wie man
Profibus PA auflegt, haben wir aufgeschrieben,
ausprobiert und jedem einzelnen Mitarbeiter beigebracht.“ Diese Zeit ist bei Profibus-Neulingen
sicherlich sinnvoll investiert, glauben die Spezialisten. Dietz: „Unternehmen könnten an den
Schulungen sparen, aber das wird sich in der
Betriebsbetreuung gnadenlos rächen.“
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Zeit ist Geld
Wobei sich aber nach den Erkenntnissen aus dem
Erstlingswerk wirklich noch sparen lässt, ist die
Inbetriebnahme. „Wir mussten viele Dinge mehrfach machen, weil im Hintergrund noch Umbauten oder Anpassungen liefen“, erklärt Sven
Seintsch von Infraserv Höchst Technik. Veränderungen während der Planung stehen bei
Pharmaprojekten auf der Tagesordnung. „Hier ist
der Vorteil eines Feldbusses noch höher zu
bewerten, weil die Anwender dadurch viel flexibler werden“, sagt Dietz. „Diese erste Anlage hat
gezeigt wie wir die verkürzte Projektlaufzeit
sinnvoll nutzen können. Die EMR fängt später
mit der Detailplanung an, geht später in die
Anlage und spart enorm an Umbauten, weil die
Verfahrenstechnik dann bereits steht“, bestätigt
Bartscheit. Logische Konsequenz: die Anlage
kann schneller in Betrieb gehen und das bringt
bares Geld.
Keines der Hardwareprobleme hat zu irgendeinem Zeitpunkt die schnellere Inbetriebnahme
gefährdet. Auch die Profibus-Software funktionierte einwandfrei, was die Projektbeteiligten von
der FDT/DTM-Software nicht behaupten können (siehe Kasten). „Die Inbetriebsetzung der
Stränge verlief von der Hardware-Seite fast
reibungslos. Wir benötigten im Schnitt für 30
Geräte nur einen Tag. Ein weiterer Vorteil ist,
dass Fehlrangierungen im Gegensatz zu früher
überhaupt nicht vorkommen“, resümiert
Seintsch. Und das werten die Feldbusexperten als
echten Erfolg. Bartscheit: „Letztendlich haben
sich viele Befürchtungen nicht bewahrheitet
und wir haben nach Problemen gesucht, die es
überhaupt nicht gab.“
Sind die Kinderkrankheiten einmal ausgemerzt
und haben die Anwender gelernt mit der neuen
Technologie richtig umzugehen, wird sich ihr
Nutzen noch erheblich steigern lassen. Denn viele
Chancen, die die Feldbustechnologie eröffnet,
erfordern einfach eine gewisse Erfahrung.
„Momentan sind alle froh, wenn der Bus läuft“,
sagt Seintsch. „Aspekte wie Prozessoptimierung,
Diagnose und Wartung sind momentan noch
außen vor. Erst wenn die Technologie eingeführt
ist, werden sich die Anlagenbetreiber um die vielen Zusatzinformationen kümmern können, die
der Bus frei Haus liefert.“ Nach Meinung der
Experten steht die Diskussion über den Mehrwert des Feldbusses noch ganz am Anfang.
FuRIOS 2
In noch einem weiteren Punkt sind sich alle einig:
die neue Profibus-Anlage bestätigt die Aussagen
der FuRIOS-Studie in puncto schnellere Inbetriebsetzung und einfachere Montage. Feldbustechnologie und Feldbusbarrieren-Konzept haben
ihre Praxistauglichkeit eindeutig unter Beweis
gestellt und das zieht Kreise. Derzeit gibt
es im Industriepark Höchst zwei große und ein
kleineres Projekt mit Feldbustechnologie und
viele Baustellen auch an anderen ehemaligen
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Hoechst Standorten. „Die Zeit ist reif für die digitale Technik. Wenn wir mit der Gerätetechnik
aus diesen altertümlichen 4 mA ... 20 mA herauskommen wollen, brauchen wir den Feldbus“,
sagt Feldbus-Fan Tauchnitz. „Wer sich jetzt noch
nicht traut, dem ist nicht mehr zu helfen. Hier am
Standort werden wir sicherlich keine Neuanlage
mehr ohne Feldbus planen.“
Christine Eckert, Freie Journalistin
FDT/DTM
Projektumfang
FuRIOS und die Nachbetrachtungen zu Ketek
betreffen ausschließlich das Thema Feldbus. Die
Studie spart das Feldgeräteengineering komplett aus
und sagt deshalb auch nichts über deren Vor- und
Nachteile aus. Die Geräteintegration der 15 verschiedenen Gerätetypen erfolgte erstmals direkt im
Leitsystem. Dabei entschied sich das Projektteam für
den Einsatz der FDT/DTM-Technologie. Diese relativ neue Technologie warf im Rahmen des Projektes
viele Fragen auf, die nur durch die Ausdauer und
Kompetenz aller Beteiligten gemeistert werden konnten. Eine Tatsache, die auf den ersten Blick gegen die
Einsatzreife des Feldbusses zu sprechen scheint, aber
beim zweiten Blick erkennt man, dass das Geräteengineering unabhängig vom Feldbus zu sehen ist.
Leitsystem ABB Melodie
11 PNK‘s
22 Profibus DP Segmente
250 Motoren und Umrichter
200 Profibus PA Segmente
1600 Profibus PA Geräte
1230 Messumformer
160 Stellungsregler
190 Ventil-Boxen
20 Sensorboxen
15 verschiedene Gerätetypen von ABB,
E& H, Krohne, Knick, Pepperl+Fuchs,
Samson, Vega
50 Segmentkoppler Pepperl+Fuchs SK2
470 Feldbusbarrieren Pepperl+Fuchs FieldBarrier
Feldgeräteengineering FDT/DTM
Technologie im PLS
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Meinungen
Dr. Volker Oestreich
Richard Timoney
Geschäftsführer Profibus Nutzerorganisation
Präsident und CEO der Fieldbus Foundation
Bisher hat sich die Prozessindustrie noch etwas abwartend gegenüber der
Feldbustechnologie verhalten und pochte auf
Betriebsbewährung.
Hintergrund dafür sind
zum einen die lange
Laufzeit der Anlagen von
typischerweise 20-30
Jahren, zum anderen ein
hohes Risiko- und Gefahrenpotential, das inhärent in den Anlagen enthalten ist. Inzwischen sind die
Vorteile der Technologie jedoch unbestritten und die
Feldbustechnologie findet zunehmend breitere Akzeptanz und Anwendung. Gerade im letzten Jahr erlebte
die Feldbustechnologie durch erfolgreiche Einsätze in
großtechnischen Anlagen und durch verschiedene
NAMUR-Empfehlungen einen großen Durchbruch.
Die Erfahrungsberichte verschiedener Anwender auf
der letzten Hauptsitzung der Interessensgemeinschaft
Prozessleittechnik der chemischen und pharmazeutischen Industrie waren für mich eine Sternstunde der
Feldbustechnologie – dass Profibus PA hier ausdrükklich gelobt wurde, freut mich als Geschäftsführer der
Profibus Nutzerorganisation (PNO) natürlich besonders. Anfangs wurden die Vorteile der Feldbustechnologie nur bei der Verkabelung und beim Engineering gesehen. Der wirkliche Mehrwert, der sich
durch neue Diagnosemöglichkeiten sowie verbessertes
Asset Management ergibt und sich positiv auf die
Lifecycle Costs auswirkt, wird sich erst in den nächsten Jahren beim Betrieb der Anlagen deutlich herauskristallisieren. Ich gehe davon aus, dass zukünftig nur
noch wenige neue Anlagen ohne Feldbussysteme
errichtet werden. Selbst beim Überholen von Altanlagen spricht vieles für den Einsatz der Technologie.
Profibus ist mit seinen beiden Ausprägungen Profibus
DP und PA auf Basis eines einheitlichen Kommunikationsprotokolls der Schlüssel zu erfolgreichen hybriden Anwendungen. Er ist weltweit der einzige Feldbus, der diskrete und kontinuierliche oder chargenweise Applikationen gleichermaßen meistert. Profibus
bietet der Prozess- und Fertigungsindustrie ein durchgängiges Automatisierungskonzept vom Wareneingang über die Produktion bis hin zum Warenausgang.
Der Foundation™ Feldbus
nutzt die Leistungsfähigkeit der im Feld verteilten
Intelligenz, um die Anlageneffizienz zu erhöhen.
Er eignet sich insbesondere
für den Einsatz in hochbeanspruchten
Anwendungen, bei denen
es auf hohe Sicherheit der
Datenübertragung und
Anlagenverfügbarkeit
ankommt. Zwei konkrete
Beispiele verdeutlichen, welche erheblichen Einsparpotenziale sich mit der digitalen Technik erschließen lassen. Ungeplante Stillstände sind eine der
Hauptursachen für entgangene Gewinne. Diese Ausfallzeiten, die gerade bei kontinuierlichen Prozessen
besonders ins Gewicht fallen, werden durch die
modernen Diagnosefunktionen der Feldbustechnologie erheblich reduziert. Auch in Bezug auf die
hohen Wartungskosten können die Anlagenbetreiber
durch den Einsatz von vorausschauender Wartung
enorm von der Technologie profitieren, die ein intelligentes Asset Management wichtiger Anlagenteile
erlaubt und zu einer deutlichen Senkung der Betriebkosten führt. Gerade diese Kosten bieten viele
Einsparmöglichkeiten. So fand man in einer von Dow
Chemicals durchgeführten Studie heraus, dass 63
Prozent aller Einsätze von Servicepersonal entweder
Routinechecks waren oder dass überhaupt kein
Problem vorlag. Außerdem ergab eine ähnliche Studie,
dass 86 Prozent der Instandhaltung entweder reaktiv
(zu spät) oder vorsorglich (unnötig) erfolgen. Bei aktiver, vorgeplanter Wartung reduziert sich dieser Anteil
auf 40 Prozent. Die Zahl der verfahrenstechnischen
Anlagen, die auf die Feldbustechnologie setzen,
wächst von Jahr zu Jahr. Weltweit sind bereits über
400.000 Feldbusgeräte und 5.000 Host-Systeme in
Operation. Derzeit werden in Schlüsselindustrien wie
Öl- & Gas, Chemie, Petrochemie, Pharma, Energieerzeugung, Papierherstellung und Konsumgüter auf
der ganzen Welt zahlreiche neue Großanlagen gebaut.
Auch in Europa und vor allem in Ländern wie
Russland, Polen und Deutschland ist die Technologie
dabei, sich durchzusetzen – wie Ergebnisse einer
Studie der ARC Advisory Group belegen: Ob
Modernisierung oder Neubau, ob klein oder groß,
Foundation Fieldbus ist die Technologie der Wahl.
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Meinungen
Martin Schwibach
Marc Van Pelt
Obmann des NAMUR Arbeitskreises 2.6 ‚Feldbusse’
Vice President – Europe, Middle East & Africa Operations
Fieldbus Foundation
Die Feldbustechnologie ist
reif für den Praxiseinsatz.
Allerdings gibt es beispielsweise bei der Implementierung der Diagnose
und der Feldgeräteintegration noch einen
gewissen Entwicklungsbedarf. Nach den ersten
erfolgreich in Betrieb
genommenen Feldbusanlagen sollte dem
Anwender eine
Entscheidung für die Technologie jetzt deutlich leichter fallen. Die Frage: Feldbus ja oder nein, stellt sich
trotzdem bei jeder Anlage aufs Neue. Im Mittelpunkt
steht immer die Wirtschaftlichkeit. Neben den
Vorteilen bei den Installationskosten bietet die
Feldbustechnologie erheblichen Mehrwert, zum Beispiel bei der Diagnose und bei der Geräteparametrierung, und eröffnet gegebenenfalls Einsparpotenziale bei der Instandhaltung. Entscheidend sind die
gesamten Lebenszykluskosten, die in Zukunft immer
mehr in den Vordergrund rücken werden. Natürlich
muss der Zusatznutzen für die Anlagenbetreiber
quantifizierbar sein und sich in Euros auszahlen.
Realistisch gesehen, werden solche Entscheidungen
nur getroffen, wenn sich der Einsatz der Technologie
letztendlich auf den Preis oder die Qualität der produzierten Ware niederschlägt. Zudem hängt der zukünftige Einsatz der Feldbusse von verschiedenen Rahmenbedingungen ab, unter anderem von der Region,
in der investiert wird. Es spielen Aspekte wie Lohnkosten und Know-how der Mitarbeiter eine wesentliche Rolle bei der Entscheidung für die neue Technologie und somit sind die wirtschaftlichen Vorteile
außerhalb Europas anders zu bewerten. Die digitale
Kommunikationstechnik verfügt über wesentlich
mehr Lösungsvarianten im Vergleich zur analogen
Technik, schafft eine Plattform für neue Ideen und
Applikationen und ist wichtig für die gesamte Weiterentwicklung der Automatisierungstechnik. Die
Herausforderung in der Prozessindustrie liegt darin,
wegen der langen Nutzungsdauer, immer die langfristige Tragfähigkeit der eingesetzten Lösungen und
Produkte im Auge zu behalten.
Neben der klassischen
Verdrahtungsersparnis und
niedrigeren
Investitionskosten eröffnet
der Feldbus durch seine
Diagnosefunktionen die
Möglichkeit Instandhaltungskosten zu senken,
was sich in der Anlageneffizienz durchaus positiv
bemerkbar macht. Die
Foundation Fieldbus Technologie bietet mit vorausschauender und sogar proaktiver Instandhaltung
Funktionalitäten, die über die rein reaktive Instandhaltung weit hinausgehen und im laufenden Betrieb
der Anlagen enorme Vorteile aufweisen. Diese
Intelligenz, die es auf der Büroebene schon länger
gibt, wird nun auch im Feld konsequent eingesetzt.
Dazu gehören beispielsweise Geräte, die sich selbst
„krank melden“ bevor sie ihre Funktionalität verlieren
und einen ungeplanten Anlagenstillstand verursachen.
Insbesondere bei kritischen Applikationen sind
Verfügbarkeit und Sicherheit oberstes Gebot oder im
Klartext: wenn ein Cracker steht, kostet das sehr viel
Geld. Offensichtlich sind dies überzeugende Argumente, denn alle neuen Großprojekte in China und im
Mittleren Osten werden mit Foundation Fieldbus
Technologie ausgestattet. Seit etwa zwei Jahren befindet sich die Feldbustechnologie deutlich im Aufwind.
Hierzu trägt sicherlich auch die neue Topologie mit
Feldbusbarrieren bei, die es durch eine höhere Speiseleistung ermöglicht, im Ex-Bereich wesentlich mehr
Geräte pro Segment anzuschließen. Die Kunden in
Europa akzeptieren und favorisieren diese Struktur,
weil es keine Energiebeschränkungen mehr gibt und
die Vorteile der Feldbustechnologie nun voll zum
Tragen kommen. Auch im Mittleren Osten, wo
Anlagen mit 50.000 bis 100.000 Feldgeräten in Planung
sind, gibt es eine klare Tendenz zu dieser Lösung.
Viele der anfänglichen Kinderkrankheiten der
Feldbustechnologie sind inzwischen auskuriert. Großunternehmen übernehmen bei der Einführung der
neuen Technologie eine wichtige Vorreiterrolle und
treiben sie, wie beispielsweise Shell, aktiv voran.
Schon heute bekennen sich viele Anwender eindeutig
zur Feldbustechnologie und der Anteil an Feldbusanlagen wird, im vergleich zu konventionellen
Anlagen, in den nächsten fünf bis zehn Jahren kontinuierlich wachsen.
FuRIOS 2
Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
Meinungen
Ian Verhappen,
Dr. Joachim Zobel
Vorsitzender des Fieldbus Foundation Endanwenderbeirats
Senior Automation Engineer bei Novartis Pharma
Alles kommuniziert heute
digital – sogar Gebäude –
deshalb glaube ich, dass es
nun auch für die Prozessindustrie höchste Zeit wird.
Feldbussysteme versorgen
Anwender mit viel mehr Informationen und aussagekräftigeren Daten. Man
weiß einfach, ob etwas passiert oder nicht. Doch der
Hauptvorteil ist die höhere
Zuverlässigkeit. Neben den
genauen Prozessdaten erhalte ich immer ein Statussignal und alle möglichen Instandhaltungsinformationen, die ich nutzen kann. Die Qualität einer Information ist allerdings immer nur so gut wie das Netzwerk und deshalb ist das Netzwerk ein sehr wichtiger
und kritischer Teil des Systems. Aus diesem Grund setzen Anwender in Europa zunehmend auf die Topologie
mit Feldbusbarrieren für die „bus to bus“-Anbindungen. Hier in Nordamerika spricht man wenigstens
schon darüber. Doch ich glaube das Thema Feldbusbarriere wird erst dann richtig aktuell, wenn die
Anwender in Nordamerika beim Explosionsschutz von
der traditionellen „Class/Division“ Einteilung zum
Zonen-Konzept wechseln. Die Einteilung in Explosionszonen wird nun in Kanada und den Vereinigten Staaten
akzeptiert und steht im National Electrical Code (NEC).
Gerade bei neuen Anlagen eröffnet das Zonen-Konzept
ein großes Potenzial, weil viel mehr Speiseleistung für
die Versorgung der Feldgeräte zur Verfügung steht.
Viele Ingenieure denken allerdings sehr konservativ
und bleiben lieber bei der gewohnten Explosionsschutz-Klassifizierung. Es ist ein Lernprozess und es ist
wichtig zu erklären, warum das Zonen-Konzept Geld
sparen hilft. Außerdem erhöht sich mit Feldbarrieren,
FISCO und FNICO die Flexibilität deutlich. Ich versuche immer die Leute für den Zonen-Ansatz zu begeistern. Ein Kunde will die neue Topologie bereits in seinem nächsten Projekt einsetzen. Wenn erst einmal ein
oder zwei Anlagen zufriedenstellend laufen werden
sicherlich bald andere mit auf den Zug aufspringen.
Von der Zukunft erwarte ich eine noch engere Verzahnung der verschiedenen Ebenen einer Anlagensteuerung. Zur Zeit sind wir froh, dass die Geräte interoperabel arbeiten und dies durch Fieldbus Check Marks
bestätigt wird. Was wir als Nächstes angehen müssen
ist, das Zusammenspiel von Geräten mit den Hosts und
das der Hosts mit den Management- und Enterprise
Resource Planning Systemen zu verbessern. Mit dem
Feldbus haben wir Informationen in Hülle und Fülle,
die riesige Optimierungspotenziale eröffnen. Nun müssen wir nur lernen alles richtig zu nutzen.
Feldbustechnik beschäftigt
mich intensiv bereits seit
dem Jahr 2000. Zu dieser
Zeit bauten wir für die
Firma Hoffman la Roche
eine Pilotanlage mit 30
Profibus PA Geräten auf,
um die Praxistauglichkeit
der Feldbustechnologie
detailliert zu analysieren.
Dieser Pilot ermöglichte es
auch die technisch möglichen Verdrahtungsphilosophien zu untersuchen und zu bewerten. Hier
zeigte sich die Variante mit Feldbusbarrieren eindeutig
als vorteilhaft gegenüber einem durchgängig eigensicheren Segment. Durch höhere Speiseleistungen können zum einen mehr Geräte pro Segment eingebunden
werden, was klar zur Kostensenkung beiträgt. Zum
anderen sind die elektrischen Leistungen pro Anschluss an der Barriere begrenzt, sodass ein Kurzschluss an einem Gerät nicht sofort das gesamte
Segment beeinträchtigt. Beim Barriere-Prinzip muss
das Instandhaltungspersonal am wenigsten umdenken, da wie gewohnt an jedem Gerät gearbeitet werden kann, ohne andere Feldbusgeräte ungewollt zu
beeinflussen. Die Hardware stimmt, an neue Grenzen
stößt man erst mit der zunehmenden Datenmenge pro
Gerät und der damit wachsenden Zykluszeit auf dem
Bus. Die Inbetriebnahme der Pilotanlage war mit
einigen Schwierigkeiten verbunden, doch mit den dort
gesammelten Erfahrungen verlief das anschließende
Großprojekt, eine kontinuierliche Vitamin E Anlage,
relativ reibungslos. Bei allen bisherigen Projekten, ob
für Roche oder Novartis, ob mit Profibus PA oder mit
Foundation Fieldbus H1, traten kleinere Probleme und
einige Schönheitsfehler auf, die aber relativ einfach
gelöst werden konnten. Bisher gibt es bei Novartis
Pharma keine generelle Strategie, ob Feldbustechnologie eingesetzt wird oder nicht. Das entscheiden
leitender Ingenieur und Betrieb bei jedem Projekt aufs
Neue. Erkannt ist jedoch, dass je nach Anlagentyp die
Feldbustechnologie entscheidende Vorteile bietet. So
rücken bei kontinuierlichen Anlagen eindeutig
Diagnose und Instandhaltung und bei Pharmaanlagen
die Auditierbarkeit in den Vordergrund. Hier findet
ein Umdenken statt, denn die Feldbustechnologie ist
für Neuanlagen eine sinnvolle Alternative. Es sieht gut
aus für den Feldbus!
Der Feldbus wird flügge
Erste Erfahrungen aus einem Wirkstoffbetrieb bei Aventis
Für zwei Vorstufen des neuartigen Antibiotikums Ketek zur Behandlung von Atemwegsinfektionen baut Aventis Pharma Deutschland, ein Unternehmen der sanofi-aventis Gruppe,
zwei neue Produktionslinien, die auf Profibus PA-Technologie aufsetzen. Die Aventis Engineeringgruppe führte das Projektmanagement und die Automatisierung in Eigenregie durch,
unterstützt von Siemens als Generalplaner. „Dabei bestand die größte Herausforderung im
Umbau einer laufenden Produktionsanlage“, sagt Aventis Projektleiter-PLT Bodo Bartscheit.
Im Rahmen des Projektes wurde das Prüflabor der Infraserv Höchst Technik mit der Inbetriebsetzung der Feldbustechnologie beauftragt. Die Ketek-Anlage ist eine der ersten Anlagen, die im Sinne des Feldbus und Remote I/O Systemvergleichs (FuRIOS) umgesetzt wird.
Auf der Namur-Hauptversammlung Anfang November in Lahnstein zog Sven
Seintsch, Mitarbeiter des Infraserv Prüflabors, Fachreferent der IGR für Feldbustechnik und Mitglied im Arbeitskreis
Feldbus der NAMUR, stellvertretend für
alle Projektbeteiligten ein erstes Resümee
über die Umsetzung des Systemvergleichs in die Praxis. Zwei Jahre zuvor
hatte Dr. Thomas Tauchnitz, Leiter Technologie und Projekte bei Aventis Pharma
Deutschland, an gleicher Stelle die
FuRIOS-Studie vorgestellt. Ziel der Untersuchungen war eine Machbarkeitsstudie
sowie Kosten-/Nutzen-Aspekte des Feldbusses aus Anwendersicht. Dabei dienten die Ergebnisse des Systemvergleichs
und umfangreiche Tests im Labor von
Infraserv Höchst Technik als wichtige
Entscheidungsgrundlage für die neue
Feldbusanlage von Aventis im Industriepark Höchst.
Profibus PA in der Praxis
Um die Technologie noch einmal richtig
auf Herz und Nieren zu prüfen und eventuelle Probleme bereits im Vorfeld zu
beseitigen, bauten Aventis und Infraserv
Höchst Technik zunächst ein Testsegment unter Laborbedingungen auf.
Ein aufwändiger Versuchsaufbau, der
sich bei diesem Erstlingsprojekt in vielerlei Hinsicht als äußerst nützlich erwies.
An diesem Segment entwickelte das beauftragte Prüflabor bspw. eine Inbetriebnahme-Strategie, testete die Kommunikation der verschiedenen Komponenten
und schulte die Montagefirmen auf die
neue Gerätetechnik.
Mit Ausnahme der sicherheitsgerichteten Signale, die nach wie vor konventionell verdrahtet wurden, setzt die
komplette Prozessmesstechnik auf Feldbus-Technologie auf. Die Anlage besitzt
Christine Eckert
FieldConnex von Pepperl+Fuchs im Ketek-Tanklager: Feldbus-Installationstechnik, die verbindet.
Seintsch. Weil es sich bei
dieser
Technologie
zur
Geräteintegration um eine
relativ neue Technologie
handelt, mussten Anwender wie Hersteller bei der
Ketek-Anlage zunächst eine
Lernkurve
durchlaufen.
„FuRIOS hat Kinderkrankheiten beim ersten Projekt
vorausgesagt und die haben
wir auch bekommen. Allerdings sind sie hauptsächlich
bei der Geräteintegration
aufgetreten, die im Systemvergleich komplett ausgeklammert war“, erklärt
Seintsch. Eines ist jedenTopologie der neuen Multivendoranlage bei Aventis Pharma
Deutschland.
falls klar: Die Anlaufschwierigkeiten bei der
Geräteintegration sind nicht feldbusspe11 prozessnahe Komponenten mit 22
zifisch. Zusammen mit Geräteherstellern
Profibus DP-Segmenten, an die 250
und dem Infraserv Prüflabor musste
Motoren und Umrichter angeschlossen
Aventis viele Hürden überwinden. Aber
sind. Die zwei neuen Produktionsstränge
jetzt ist es fast geschafft. Heute laufen
beinhalten insgesamt 200 Profibus PAalle Geräte bis auf eines und die ProjektSegmente mit 1.600 Profibus PA-Geräverantwortlichen
zeigen
sich
zuten. Dabei sind die konventionellen,
versichtlich, dass sie auch dieses letzte
eigensicheren Ventile und deren StelHindernis bald meistern werden.
lungsrückmeldungen über 190 Ventilboxen an den Bus gekoppelt und 20
Sensorboxen lesen die binären SchaltWeg frei für Profibus PA
signale eigensicher ein. Für die einwand„Wir können heute schon sagen, dass
freie Signalübertragung zwischen Profidas Projekt Ketek die FuRIOS-Studie in
bus DP und PA Segmenten sorgen 50
den Punkten schnellere Inbetriebsetzung
Segmentkoppler. Hier liefern die Power
und einfachere Montage belegt“, verLink Module der Segmentkoppler den
sichert Seintsch. Wesentliche RahmenSpeisestrom für die Profibus PA-Segmenbedingungen dafür: ein Umdenken in der
te, der über 470 Feldbusbarrieren von
Planung und bei der Montage sowie quaPepperl+Fuchs an die einzelnen Feldlifiziertes, speziell geschultes Personal.
geräte verteilt wird. Der Einsatz von
Fest steht auch, dass die FeldbustechnoFeldbusbarrieren ist bei der gegebenen
logie den Nachweis der Eigensicherheit
Topologie ein entscheidendes Kriterium
anhand des FISCO-Modells erheblich erfür die Wirtschaftlichkeit. Typischerleichtert. So werden anstelle von ordnerweise hängen an vier Feldbusbarrieren
füllenden Berechnungen schlicht nur
12 Geräte und an einem Segmentkoppler
noch wenige Parameter dokumentiert.
etwa 60-70 Feldgeräte. Damit schöpft
Anders sieht es allerdings bei den Life
Aventis nicht alle AnschlussmöglichkeiCycle Costs im Vergleich zur Studie aus,
ten der Feldbusbarrieren von jeweils 4x4
denn die werden sich erst im laufenden
Geräten aus und könnte die Anlage späBetrieb offenbaren. Und auch für Aussater, ohne Umverdrahtungen, erweitern.
gen über den Zusatznutzen der FeldbusDie Integration der 15 verschiedenen
technik bei Wartung und Diagnose wird
Gerätetypen von ABB, E+H, Krohne,
man etwas Geduld mitbringen müssen.
Knick, Pepperl+Fuchs, Samson und Vega,
Von den Herstellern wünschen sich alle
die in dieser echten Multivendoranlage
Projektbeteiligten einen redundanten
herstellerübergreifend zusammenarbeiKoppler, höhere Speiseleistung für die
ten, wurde mittels Field Device Tool und
Profibus PA-Stränge und zusätzliche
Device Type Manager (FDT/DTM) direkt
Feldgerätetypen in 2-Leiter-Technik.
im Prozessleitsystem realisiert.
Eventuell könnte ein eindeutiges „ja“ der
Anwenderindustrien zu den Feldbussen
FDT/DTM-Problematik
beschleunigend auf die Entwicklung von
neuen Komponenten wirken. Zumindest
„Prinzipiell ist die FDT/DTM-Technologie
wäre es ein eindeutiges Signal an die
gut und die Hersteller sollten sie weiterHersteller, dass es sich lohnt, weiter in
verfolgen, aber sie ist einfach noch nicht
diese Technologie zu investieren. Ginge
ausgereift. Vielleicht muss man auch
es nach den Experten bei Aventis und
nicht immer unter den Ersten sein“, so
Infraserv Höchst Technik, würden zukünftige Projekte am Standort Frankfurt
nur noch mit Feldbus ausgerüstet
werden. Allerdings gilt es seitens der
Hersteller noch Lösungen für einen langfristigen Support, eine gesicherte Abwärtskompatibilität und die Softwarepflege zu optimieren. Ein Schritt in die
richtige Richtung ist getan, denn mehrere
aktuelle Projekte, die sich in der Planung
oder im Bau befinden, belegen die
zunehmende Akzeptanz der Feldbustechnologie in der chemischen und
pharmazeutischen Industrie. Vielleicht
bewahrheitet sich dann endlich auch,
was sich die Hersteller seit vielen Jahren
herbeisehnen – der Durchbruch der Feldbustechnologie in der Prozessindustrie.
Die Feldbusbarriere macht’s
Der Durchbruch bei der Anschlusstechnik waren die Feldbusbarrieren, besagt eine der
Schlussfolgerungen des Arbeitskreises 2.6
Feldbusse auf der NAMUR Hauptsitzung. Sie
spielen bei allen drei vorgetragenen Erfahrungsberichten von DSM, Infraserv bzw. Aventis sowie Novartis eine tragende Rolle. Noch
im Jahr 2000 standen die Feldbusbarrieren am
Anfang und es konnten beim klassischen Feldbusaufbau, ob Profibus PA oder Foundation
Fieldbus, nur wenige Geräte an einem
Segment betrieben werden. Bei der neuen,
heute typischen Topologie, die der NAMUR
Arbeitskreis als „best practice“ empfiehlt,
erfolgt die Installation über Feldbusbarrieren,
denn sie senken die Verdrahtungs-, Planungsund Installationskosten und machen die neue
Technologie erst wirtschaftlich. Die Stichleitungen gewährleisten eine höhere Flexibilität,
eine größere Anzahl von Geräten pro Profibus-Segment und erhöhen die Verfügbarkeit.
Die Ausgänge der Feldbusbarrieren sind kanalweise kurzschlussfest und eigensicher gemäß
FISCO - ein weiterer Vorteil bei der Planung
und im Betrieb von Feldbusanlagen. Außerdem ermöglichen die Feldbusbarrieren den
Austausch der Geräte im laufenden Betrieb
und erleichtern damit Wartung und Instandhaltung.
Dr. rer. nat. Christine Eckert
Freie Journalistin
Kommunikation für Wissenschaft und Technik
Tel. 06151/272771
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왘 Kontakt
Pepperl+Fuchs GmbH
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www.pepperl-fuchs.com
Fit für die Zukunft
Mit der Feldbustechnologie hält sich Clariant alle Möglichkeiten offen
(Vorabdruck aus CHEManager Nr. 07.05)
A
lles braucht seine Zeit, gerade
in der Prozessindustrie. So
hält sich die Begeisterung für
die Feldbustechnologie außerhalb der
eingeschworenen Fangemeinde bisher in Grenzen und die ganze
Branche beobachtet mit Argusaugen
den Verlauf der ersten Projekte. Aber
es sieht ganz so aus, als ob die neue
Feldbusanlage von Clariant den
Denkprozess in Richtung digitale
Technologie etwas beschleunigen
könnte. Denn selbst nach längerem
Überlegen fanden Thomas Eichhorn
und Michael Pelz, beide EMR-Betriebsingenieure der Abteilung HPP,
Bereich Pigments & Additives bei
Clariant, kein wirkliches Argument,
das gegen die Feldbustechnologie
spricht. Das Geheimnis des Erfolgs
beruht zum einen auf einer äußerst
ausgeklügelten Vorbereitung und
zum anderen darauf, auf besondere
technische Raffinessen beim ersten
Einsatz der Feldbus-Technologie
bewusst zu verzichten. Setzt man den
Feldbus nämlich eher konservativ ein,
dann funktioniert die Technik nahezu
problemlos. Damit ist das Chemieunternehmen mit seinen Anlagen
„up-to-date“ und kann zukünftig voll
und ganz vom technologischen
Fortschritt profitieren.
Die Neugier ist groß bei den Anwendern
in der chemischen und pharmazeutischen
Industrie und deshalb werden Eichhorn
und Pelz bei jeder Gelegenheit ganz unverblümt ausgefragt, wie gut die Feldbustechnik in der neuen Rubin-Anlage
denn funktioniert Und sie funktioniert
gut. Doch davon waren die Ingenieure der
Clariant nicht immer überzeugt. „Unsere
Abteilung hat sich wirklich viele
Gedanken gemacht, was alles passieren
könnte“, sagt Pelz. Aber es ist nichts Dramatisches passiert. Die Problem(chen), die
es gab, haben die Hersteller und Clariant
gemeinsam in Angriff genommen und
gelöst. „Wenn ich die Technologie konventionell und ohne Highlights wie die
Diagnose nutze, ist der Feldbus eine
Sache, die ich einsetzen kann und die
funktioniert“, erklärt Pelz und Eichhorn
ergänzt: „Clariant ist gut damit gefahren
die Ansprüche etwas herunterzuschrauben und dann kann selbst beim ersten
Einsatz von Profibus alles rund laufen.“
Die erste größere Feldbusanlage von
Clariant am Standort Höchst wurde vom
Clariant eigenen Engineering geplant und
gebaut sowie nach einer intensiven Vorbereitungsphase in knapp 17 Monaten
Bauzeit Mitte Oktober letzten Jahres fertig
gestellt. Die Anlage der Abteilung HPP,
Bereich Pigments & Additives im Industriepark Höchst, besitzt in der jetzigen
Ausbaustufe eine Kapazität von einigen
100 Jahrestonnen und produziert rote
DPP-Pigmente wie beispielsweise Hostaperm ROT D2G 70. Sie werden hauptsächlich in der Automobil- und Kunststoffindustrie sowie in Industrielacken
angewandt. Die Anlage ist in 20 Profibus
DP und 47 Profibus PA Segmente unterteilt und verfügt über insgesamt 1.160
MSR-Stellen, wovon 553 über Profibus PA
angebunden sind. In der Pigmentanlage
trifft sich neben dem Leitsystemhersteller
Siemens und dem Lieferanten der Feldbusinstallationstechnik Pepperl+ Fuchs,
das „Who is who“ der Messtechnik. Insgesamt sind 326 Profibus PA Feldgeräte
verschiedener Typen und Hersteller installiert. Die Integration der Feldgeräte erfolgte leitsystembedingt über Electronic
Device Descriptions (EDDs).
Klug geplant
Das Team um den Clariant EMR-Projektleiter Markus Henninger hat bei der
Projektierung des Feldbussystems der
Rubin-Anlage auf die Erfahrungen des
IGRPrüflabors sowie die hauseigenen
Feldbusexperten zurückgegriffen. Und
gemeinsam mit der Firma GAT, Gesellschaft für Automatisierungstechnik,
gleich noch ein neues Tool zur Dokumentation des kompletten Feldbussystems entwickelt Nach Ansicht der
Fachleute erübrigt sich nämlich beim
Feldbus der Einsatz von mächtigen CADZeichenprogrammen. Die Access Datenbanklösung gibt nur die Daten aus, die
die MSR-Leute wirklich brauchen. Das
spart Papier und Geld. Außerdem reduziert sie den Dokumentationsaufwand der
einzelnen Messstellen in der Planungsund in der Betriebsbetreuungsphase erheblich. Auch die Inbetriebnahme der
Feldbustechnik hat das Chemieunternehmen mit der eigenen Betriebsmannschaft, mit Unterstützung von Siemens
auf der PLS-Seite, selbst übernommen.
„Durch den Leitsystemwechsel war klar,
dass einiges in Schulungen investiert werden muss“, berichtet Eichhorn. „Doch mit
drei Tagen im Prüflabor von Infraserv
Höchst Technik hielt sich der Schulungsaufwand für die Feldbustechnik in Gren–
zen.“ Bei der Grundlagenschulung auf die
Profibustechnik konnte das Personal
direkt mit einer Siemens PCS 7 der
Version 6 arbeiten, also mit dem
Leitsystem, das auch die neue Pigmentanlage steuert. „Durch „learning by
doing“ lerne ich am meisten“, ist Pelz
überzeugt. Das Clariant Engineering
Rhein-Main hat das ganze Vorhaben sorgfältig geplant und ist Problemen von vorneherein aus dem Weg gegangen. Es
beauftragte das IGR-Prüflabor mit einer
abgespeckten Testversion. Dazu wurden
vier Feldgeräte mit dem High-Power
Trunk Konzept von Pepperl+ Fuchs am
Leitsystem geprüft, mehr nicht. „Wir
haben unserem Leitsystem-Lieferanten im
Vorfeld ein Exemplar jedes Feldgerättyps
geschickt. Und damit war klar, wenn
Siemens auf die Baustelle kommt, muss
sich jedes der Geräte sauber einbinden
lassen“, erläutert Eichhorn.
Punktlandung dank Feldbus
Und diese Vorsichtsmaßnahme erwies
sich bald als sehr nützlich, denn der
Zeitplan war äußerst knapp bemessen.
„Das Engineering wurde vorangetrieben
während sich die Anlage schon im Bau
befand“, erinnert sich Eichhorn. Auf den
Zeitvorteil durch die schnellere Inbetriebnahme beim Feldbus konnte und
wollte Clariant nicht spekulieren. „Bei der
konventionellen Technik, bei der ein E/ACheck einfach länger dauert, hätten wir
Riesenprobleme gehabt“, unterstreicht
Pelz. Weil der Aufbau der Anlage nicht
nach den einzelnen Profibus-Segmenten
erfolgte, mussten jeden Tag fertig montierte Geräte an den unterschiedlichsten
Strängen geprüft werden. „Die Luft, die
die Feldbustechnik den Inbetriebnehmern
verschafft, können sie flexibel nutzen,
wenn es an der ein oder anderen Stelle
einmal hakt“, sagt Eichhorn. So erwies
sich die Feldbustechnik als äußerst hilfreich, um den enggestrickten Zeitplan
doch noch einzuhalten und Clariant
konnte die Anlage termingerecht fertig
stellen.
Hand in Hand
Die neue Rubinanlage wurde nach den
Vorgaben des Feldbus- und Remote I/O
Systemvergleichs (FuRIOS) umgesetzt.
„Die Topologie mit den Feldbusbarrieren
gilt bereits nach zwei Jahren als die klassische“, weiß Pelz. Die entsprechende
Feldbusinstallationstechnik wie Segmentkoppler und Feldbusbarrieren für die
Geräteanbindung im Ex-Bereich lieferte
das Mannheimer Unternehmen Pepperl+
Fuchs. Wie in FuRIOS vorgegeben, verzichtete Clariant komplett auf den Einsatz
von RIOs und hat weitgehend alle Binärsignale über den Bus eingefangen.
Aus verschiedenen Gründen – Lagerhaltung, Minimierung der Gerätetypen
sowie einheitliche Montage und Bedienung – sollte nur ein Typ einer Ventilbox
dafür eingesetzt werden. Die Idee dahinter: eine Binärbox, die man kanalweise
abwechselnd zur Ventilüberwachung
oder als binären Ein- oder Ausgang nutzen kann. „Alle Beteiligten waren der
Meinung, das müsste funktionieren. In
der Praxis entstanden jedoch einige Probleme, weil wir die Box etwas überstrapaziert haben“, stellt Pelz fest. Um für Kontakteingänge die Drahtbruchüberwachung still zu setzen, braucht man letztlich ein zusätzliches Klemmenmodul. „Es
hat auch bei Pepperl+Fuchs eine Lernkurve gegeben. Aber es war eine tolle
Zusammenarbeit mit sehr gutem Support,
die sich in der überarbeiteten Ventilbox
manifestiert“, sagt Eichhorn und Pelz
betont: „Das meinen wir durchaus positiv.
Die anfänglichen Schwierigkeiten wurden
gemeinsam besprochen und das Ergebnis
ist eine neue Ventil „Schrägstrich“ Binärbox.“ Nun können Armaturen, einzelne
Schalter und Initiatoren ohne zusätzlichen Aufwand an die Box angeschlossen
werden. Mittlerweile wurde eine Meldeleuchte mit so geringer Leistung aufgetan, dass sie sich an die Ventilbox anschließen lässt. So gibt es erstmals die
Möglichkeit, Bedienpanels und Motor
ein/aus über Profibus PA zu verschalten.
Früher Vogel fängt den Wurm
In der Feldbustechnologie erwartet sich
Clariant in den nächsten Jahren besonders
viel von der Diagnose. „Wir hätten sie
sehr gerne eingesetzt, denn davon erhoffen wir uns eine große Arbeitserleichterung. Planbare Stillstände und planbare
Wartungsinspektionen bedeuten einen
Riesenschritt nach vorne und haben mit
Technikverliebtheit oder abgehobenen
Ideen nichts zu tun“, erklärt Pelz. Wenn
sich die Anlagenstillstände minimieren
und planbarer machen lassen, blieben
unter dem Strich richtig dicke Euro übrig.
Dennoch hat Clariant schweren Herzens
auf den Einsatz der Diagnose in der
Rubin-Anlage verzichtet: Erstens kommen Feldgeräte und Leitsysteme mit den
entsprechenden Funktionen erst langsam
auf den Markt und zweitens, noch gravierender, es fehlt an einer einheitlichen
Regelung. „Wir setzen große Hoffnungen
darauf, dass sich bei Diagnose etwas
bewegt. Das ist auch ein Grund für unsere Entscheidung pro Feldbus. Über die
NE 107 oder die GMARichtlinie 2650 sollte sich die Standardisierung endlich
durchsetzen“, sagt Pelz. Und dann käme
mit dem nächsten Leitsystem-Update die
Diagnose praktisch frei Haus in die
Anlage und würde bei Gerätetausch oder
Anlagenerweiterungen sukzessive in
den neuen Anlagenteilen Einzug halten.
Pelz: „Diagnose geht eben nur mit
Feldbus.“
Die Zukunft kann kommen
Welche Technologie Clariant wo einsetzt,
ist abhängig von Art und Größe der Anlage, dem Umfeld sowie der Region in
der investiert wird. „Manche unserer
Anlagen sind deutlich älter als 40 Jahre
und vereinzelt gibt es noch funktionsfähige Messtechnik aus den Gründerzeiten
des Betriebes. Für diese Anlagen kommen
bei einer Automatisierung, wenn überhaupt, nur Remote I/O-Systeme in Fra-
ge“, sagt Eichhorn. Auch bei Neuanlagen
muss die Situation immer wieder bewertet werden. Obwohl es so aussieht als
würde Clariant aufgrund des erfolgreichen Rubin Projektes doch zunehmend
auf den Feldbus setzen. Neue, aktuelle
Projekte bestätigen dies. Doch Pelz ist
sich sicher: „In den nächsten Jahrzehnten
wird es die herkömmliche 4 mA … 20 mA
Technik, Remote I/O und die Feldbustechnologie nebeneinander geben.“
Doch gerade die Prozessindustrie muss
sich bei jeder Investition fragen, ob sie
weiterhin konventionelle Technik einsetzt.
Aufgrund der langen Standzeiten der Anlagen legen sich die Unternehmen gleich
für viele Jahre fest und verpassen dann
vielleicht die richtig guten Dinge. „Ich
muss mir genau überlegen, wann ich auf
eine neue Technik aufspringe“, erklärt
Pelz. „Bei der Remote I/O-Technik ist
vom Leitsystem bis zum RIO alles modern, danach alles weiterhin alt. Wenn
der Feldbus funktioniert und das noch
recht geschmeidig, dann halte ich mir
doch lieber alle Möglichkeiten offen“, so
Pelz und Eichhorn ergänzt: „Die RubinAnlage hat gezeigt, dass es sehr einfach
sein kann, den Feldbus einzusetzen. Planen, umsetzen, in Betrieb nehmen und
fertig. Nun sind wir fit für die Zukunft!“
Dr. Christine Eckert
freie Journalistin
Kontaktdaten:
Thomas Eichhorn
ist EMR-Betriebsingenieur der
RUBIN-Anlage
in der Abteilung
HPP der
Clariant GmbH.
Clariant GmbH
Div. Pigments&Additives, Department HPP
Industriepark Höchst, Building D787
D-65926 Frankfurt am Main
Office Phone: +49 (0) 69 305-12561
Office Fax:
+49 (0) 69 305-89696
E-Mail: [email protected]
Michael Pelz
ist EMRBetriebsingenieur
und Ansprechpartner
für Feldbusthemen
in der Abteilung
HPP der Clariant
GmbH.
Clariant GmbH
Div. Pigments&Additives, Department HPP
Industriepark Höchst, Building D787
D-65926 Frankfurt am Main
Office Phone: +49 (0) 69 305-29494
Office Fax:
+49 (0) 69 305-86681
E-Mail: [email protected]
Bedienen und Beobachten
Die Anwendbarkeit der FuRIOS Studie
Thomas Kasten, Pepperl + Fuchs GmbH
„Der Feldbus ist da, er könnte angewandt werden“.
Zur Überprüfung dieser Hypothese stellte die NAMUR das Projekt „FuRIOS“ vor, in dem die Einsetzbarkeit eines Feldbussystems unter Kosten/Nutzengesichtspunkten untersucht wurde. Im Folgenden werden die Möglichkeiten der praxisgerechten Umsetzung der Ergebnisse dieser Studie am Beispiel eines am Markt verfügbaren,umfassenden Feldbus-Installationssystems diskutiert.Die Vorteile eines in sich geschlossenen Systems
mit aufeinander abgestimmten Systemkomponenten sowie der praktische Nutzen spezifischer technischer
Ausprägungen von bestimmten Komponenten werden dargestellt. Im Anschluss wird ein Ausblick auf die
Übertragbarkeit der Studienergebnisse auf andere verfahrenstechnische Rahmenbedingungen gegeben.
The applicability of the FuRIOS study
„Fieldbus is here, it could be put to use“.
To verify this hypothesis the NAMUR published the „FuRIOS“ project which analyses the cost/benefit aspects
of the possible application of a fieldbus system.The following article discusses the possibilities of a practiceoriented transfer of this study’s results using the example of a comprehensive Fieldbus Installation System
already available on the market. The advantages of a complete system consisting of components designed
for maximum interoperability as well as the practical benefits of specific technical features of some of these
components are presented. Finally some perspectives are given regarding the transferability of the study’s
results to meet the requirements of different Process Techniques.
„FuRIOS“ steht für Feldbus und Remote I/O Systemvergleich
und betrachtet aus Anwendersicht eine Anlagenautomatisierung mittels Feldbustechnik, sowohl in der Investitionsphase als auch in einem Ausblick auf den späteren Anlagenbetrieb. Besonderes Augenmerk galt der Berücksichtigung
möglichst typischer Randbedingungen eines pharmazeutisch-chemischen Produktionsbetriebes.
Die Studie wurde durchgeführt von Aventis Pharma
Deutschland und Infraserv Höchst in Zusammenarbeit mit
neun Herstellerfirmen. Die Ergebnisse wurden auf der NAMUR Hauptversammlung im November 2002 vorgestellt
und in der atp im Dezember 2002 detailliert erläutert [1].
Der NAMUR-AK 2.6 stellt fest, dass weitere Einsparungspotenziale der Feldbus-Technologie gegenüber Remote I/O Systemen von der FuRIOS Studie bestätigt werden. Die konkreten
Ergebnisse der FuRIOS Studie zeigten mögliche Einsparungen
von EUR 338,00 pro PLT-Stelle oder, je nach eingesetztem Engi-
Profibus SegmentDP red. koppler
SK 2
PowerLink
Module
(400 mA)
Power
Link
Strang 1
Power
Link
Strang 2
Ex
Profibus PA
Ex e
Feldbusbarriere
Ex i
MU
Power
Link
Power
Link
Strang n
Feldbusbarriere
Ventil
Box
MU
Ventil
Box
MU
Ventil
Box
Ventil
Box
insgesamt
• 2 Segmentkoppler
• 17 Power Link Module
• 64 Feldbusbarrieren
Bild 1: Feldbus-Topologie der untersuchten Anlage, Quelle: Vortrag
von Dr. Tauchnitz auf der NAMUR Hauptversammlung 2002.
atp 45 (2003) Heft 3
neering-Tool, zwischen 3,6 Prozent und 4,2 Prozent der gesamten PLT-Kosten auf. Diese Werte können naturgemäß nicht für
alle Anwendungen verallgemeinert werden, da eine real existierende pharmazeutische Produktionsanlage betrachtet wurde. Jedoch lässt die Anwendung der in FuRIOS aufgezeigten
Erkenntnisse und Grundprinzipien auch für andere verfahrenstechnische Anlagen signifikante Einsparungen erwarten.
Noch gravierender würden sich die Einsparungen bei einem direkten Übergang von konventioneller Point-to-Point
Verkabelung auf Feldbus-Technologie darstellen.
Betrachtet man die reinen Beschaffungskosten, so sind die
feldbusfähigen Sensoren und Aktoren typischerweise etwas
teurer als ihre Pendants mit herkömmlicher Technik oder mit
HART. Analysiert man jedoch Feldgeräte und Interfaceebene
gemeinsam, so ergeben sich durch den Wegfall der kompletten Instrumentierungsebene des Remote I/O Systems dennoch Einsparungen von über 11 Prozent. Bezüglich der Leit-
Bild 2: Topologie gemäß der FuRIOS Empfehlung mit FieldConnexTM.
51
Bedienen und Beobachten
Power Link Modul
Nicht-Ex
Gateway
Power-Rail
Power Link Modul
Ex i
Bild 3: Modularer Segmentkoppler SK2.
systeme lassen sich die Kosten für die Feldbus-Masterkarten
nicht pauschal den Kosten für die konventionellen E/A-Karten gegenüberstellen. Hier spielen die konkrete Topologie
der Anlage sowie Kanalzahl und Kanalkosten eine zu große
Rolle. Im FuRIOS-Projekt hatten die Masterkarten keinen Einfluss, da hier Remote I/O Systeme mit Feldbussystemen verglichen wurden und das PLS demzufolge schon für PROFIBUS
ausgelegt war. Bei einem Übergang von konventioneller PLTVerdrahtung zu Feldbus hingegen können diese Betrachtungen sehr wohl eine Rolle spielen!
Die hauptsächlichen Einsparungen beim Übergang zur
Feldbus-Technologie liegen also offensichtlich in dem Kommunikationssystem, das die Steuerung mit den Feldgeräten
verbindet.
Grundlage für die Realisierung der Vorteile einer Feldbuskommunikation ist die konsequente und durchgängige
Anwendung des Feldbusses. Die Untersuchungen des FuRIOS-Projektes zeigten, dass eine Kombination von Feldbus
und Remote I/O unwirtschaftlich ist.
Nur eine klare Struktur der Feldbustopologie sowie die
konsequente Umsetzung der Feldbus – Barrierentechnik
erlauben es, neben den funktionalen Vorteilen von feldbusfähigen Feldgeräten auch die Ersparnisse in der Verbindungstechnik auszuschöpfen
Mit FieldConnexTM stellt Pepperl+Fuchs ein umfassendes
System der Feldbus – Installationstechnik vor, das die grundlegenden Vorgaben der FuRIOS-Studie erfüllt. Alle Elemente, die
für die Buskommunikation zwischen der Feldbus – Masterkarte und den Feldgeräten notwendig sind, müssen in einem
solchen, in sich geschlossenem System vorhanden sein. Hierbei ist nicht entscheidend, inwieweit die eingesetzten Feldgeräte von sich aus feldbusfähig sind, da über entsprechende
Fieldbus Process I/O Boxen auch konventionelle Signale in die
Buskommunikation eingebunden werden können.
Ausgehend von der Anlagenstruktur und den notwendigen PLT-Stellen kann sich eine beliebig komplexe Topologie
der Feldbusverdrahtung ergeben. Eine der wesentlichen
Ergebnisse der FuRIOS-Studie ist die Empfehlung, eine klare
Struktur der Topologie anzustreben und die gegenseitige
Beeinflussung der angeschlossenen Geräte zu vermeiden.
FieldConnexTM erlaubt es, diese Empfehlung aus FuRIOS in
optimaler Form umzusetzen.
Über entsprechende Systemkomponenten wird den Feldgeräten ein relativ hoher Versorgungsstrom über den Feld-
52
bus zugeführt. Die Grundlage hierfür ist ein Speisekonzept
mit der Kombination von „erhöhter Sicherheit“ und „Eigensicherheit“. Die Feldbussignale werden durch ein Koppelelement von der RS 485-Physik des PROFIBUS DP auf die IEC
61158-2 (MBP, Manchester Bus Powered)-Physik des PROFIBUS PA umgesetzt. Mit dem gleichen Element wird der Speisestrom ebenfalls in den PROFIBUS PA eingekoppelt und
über ein geeignetes Kabel in der Explosionsschutzart Ex e zu
einem Punkt möglichst nahe an den Feldgeräten übertragen.
Hier werden die Feldbusverteiler zur Abzweigung der Hauptleitung zu den individuellen Feldgeräten installiert. In der
Ausführung als Feldbusbarriere übernehmen diese Verteiler
die Umsetzung des PROFIBUS PA in die Schutzart „Eigensicher“ (MBP-IS) zum Anschluss der Geräte in Ex-Zone 1 oder 0.
Sogenannte Segmentkoppler oder DP/PA-Links konvertieren die Signale, die vom Leitsystem über PROFIBUS DP mit
bis zu 12 Mbit/s übertragen werden, auf die Übertragungsrate von 31,25 kBit/s des PROFIBUS PA. Das modulare Konzept des Segmentkopplers SK2 aus dem FieldConnexTM System erlaubt den Aufbau von bis zu 20 PROFIBUS PA Segmenten, an welche die Feldgeräte bis zur vollen Ausschöpfung
des vom Busmaster zur Verfügung gestellten Adressumfangs angeschlossen werden können. Durch geeignete
Zuordnung der Feldgeräte auf die unterschiedlichen Segmente kann sichergestellt werden, dass die hohe Datenrate
des PROFIBUS DP auch für die PROFIBUS PA Feldgeräte optimal genutzt wird. Da die Datenumsetzung innerhalb des SK2
transparent geschieht, spricht der Master jeden FeldbusSlave direkt an, quasi „durch den Segmentkoppler hindurch“.
Jeder Slave belegt seine individuelle Busadresse. Damit steht
auch der gesamte Umfang von 244 Byte E/A Daten für jeden
FieldBarrier
Ventilanschaltung
Bild 4: FieldBarrierTM mit eigensicher angeschlossenen Feldgeräten.
45 (2003) Heft 3 atp
Bedienen und Beobachten
Slave ohne Einschränkung zur Verfügung. Diese Funktionalität wird besonders wichtig im Hinblick auf die modernen
Multi-Variablen-Feldgeräte, welche im Zusammenspiel mit
einer optimierten Feldbusinstallation deutlich zur Senkung
der Investitionskosten beitragen können.
Aufgrund seiner Transparenz muss ein Segmentkoppler
selbst nicht im Leitsystem konfiguriert werden.
Eine hohe Flexibilität in der Auslegung der Feldbustopologie wird durch den modularen Aufbau der Koppelelemente sichergestellt.
Ein Segmentkoppler SK2 aus dem FieldConnexTM System
besteht aus einem Gateway sowie bis zu 20 Power Link Modulen. Jeweils ein PROFIBUS PA Segment wird durch ein Power
Link Modul eröffnet und gespeist.Diese Power Link Module stehen derzeit mit bis zu 400 mA Speiseleistung zur Verfügung.Die
Versorgung der Module sowie die Kommunikation mit dem
gemeinsamen Gateway, welches die Konvertierung der Feldbussignale durchführt, erfolgt über Power Rail Tragschienen.
Die vom Power Link Modul für das jeweilige PA-Segment
zur Verfügung gestellte hohe Speiseleistung wird über
geeignete Kabel in der Schutzart „Erhöhte Sicherheit“ Ex e in
die Ex-Zone 1 geführt. Hier übernimmt die Feldbusbarriere
die Verteilung auf eigensichere PROFIBUS PA (MBP-IS)
Stränge. Die Systemkomponente FieldBarrierTM aus dem
FieldConnexTM Portfolio eröffnet vier PA Stränge mit je 40
mA Speiseleistung.
Da vom Power Link Modul hinreichend Speiseleistung zur
Verfügung steht können mehrere Feldbusbarrieren durch
Weiterführung der Ex e Hauptleitung nacheinander angeschlossen werden.
Bei Feldbusbarrieren in der Ausführung FieldBarrierTM ist
jeder Ausgang individuell gegen Kurzschluss geschützt. Es
wurde der Anschluss genau eines Feldgerätes je Ausgang
empfohlen. Dadurch wird sichergestellt, dass ein Schadensfall
in einem Feldgerät nur dieses Gerät beeinträchtigt und keine
Auswirkungen auf benachbarte Geräte hat oder im schlimmsten Fall den gesamten Feldbus zum Stillstand bringt.
Die bei dieser Feldbusbarriere eingesetzte Technik erlaubt
es, jeden eigensicheren Ausgang mit bis zu 120 m Kabel
ohne Feldbusabschlusswiderstand zu betreiben. Dies ist ein
Mehrfaches dessen, was in dem einschlägigen Standard
genannt wird.
Im Hinblick auf den notwendigen Potenzialausgleich
ermöglicht die FieldBarrierTM eine signifikante Reduzierung
der Investitionskosten. Aufgrund der galvanischen Trennung
zwischen der Bus-Hauptleitung und den Ausgängen ist es
nicht erforderlich, einen sicheren Potenzialausgleich durch
die Anlage zu führen. Hierdurch ergeben sich gravierende
Vorteile nicht nur bei den anfänglichen Investitionskosten,
sondern auch hinsichtlich der langfristigen Betriebskosten,
da ein sicherer Potenzialausgleich kritisch bezüglich der
Übergangswiderstände und damit bezüglich Alterung ist.
Jedes Ende eines Bussegmentes muss durch einen Feldbus-Abschlusswiderstand abgeschlossen werden. Ein in sich
schlüssiges Konzept der Feldbus-Installationstechnik muss
auch hier einfache und kostenreduzierende Möglichkeiten
bieten: in den Power Link Modulen des Segmentkopplers
SK2 sind entsprechende Widerstände integriert, die Feldbusbarrieren und die Mehrzahl der Feldbusverteiler besitzen
atp 45 (2003) Heft 3
standardmäßig zuschaltbare Abschlusswiderstände. Sind
dennoch externe Abschlusswiderstände erforderlich, so stehen diese in mehreren Varianten zum Einschrauben oder zur
Montage auf Norm-Tragschiene zur Verfügung.
Nicht immer stehen alle in der Anlage notwendigen Feldgeräte mit PROFIBUS-Anschaltung zur Verfügung. Für einfache Binärsignale ist eine direkte Anbindung an den Feldbus
oft nicht sinnvoll, die Busadresse wäre ineffizient genutzt und
die Ausstattung eines einfachen Sensors mit einer Busanschaltung ist unter Kostengesichtspunkten nicht akzeptabel.
Hierfür sowie zur Steuerung von Ventilen und deren Endlageüberwachung werden so genannte Fieldbus Process I/O
Boxen eingesetzt. Sie werden über den eigensicheren Ausgang einer Feldbusbarriere an den PROFIBUS PA angebunden
und gestatten die Übertragung von bis zu vier Ventilsteuerungen (siehe Bild 4) beziehungsweise zwölf Binärsignalen über
eine Busadresse. In ähnlicher Weise können über modulare
MiniRIO Systeme auch die konventionellen 4–20 mA Signale
oder Temperatursignale an den Feldbus angebunden werden.
Nicht zu vergessen sind die eigentlichen verbindenden
Elemente einer Feldbusinstallation: die Kabel. FieldConnexTM
bietet alle notwendigen Kabeltypen zum Aufbau der vollständigen Topologie, von PROFIBUS DP über die PROFIBUS
PA Ex e Speisung bis zu den Kabeln für den eigensicheren
PROFIBUS PA. Die eigensicheren Kabel entsprechen den Vorgaben nach FISCO. Je nach Installationsphilosophie können
vorkonfektionierte Kabel mit entsprechenden Steckverbindern oder beliebig ablängbare Kabel zum festen Anschluss
an Klemmen zum Einsatz kommen.
Mit dem Speisekonzept „erhöhte Sicherheit“ und den hier
beschriebenen, aufeinander abgestimmten Komponenten
eines entsprechenden Feldbus-Installationssystems kann für
jede Anwendung in der Verfahrenstechnik die optimale
Feldbusinstallation ausgeführt werden.
Neben den reinen Investitionskosten gab FuRIOS auch
eine Wertung der betrieblichen Faktoren. So kann die Anlage
mit Feldbus-Technologie wesentlich schneller in Betrieb
genommen werden als bei der Ausstattung mit Remote I/O
Systemen. Der Schulungsbedarf der Mitarbeiter ist geringer,
genauere Messungen erlauben eine höhere Qualität des
Produktes und die Störungsbehebung wird durch die
umfangreichen Diagnosemöglichkeiten von Feldbusgeräten
deutlich beschleunigt. Schwer zu bewerten sind Faktoren
wie ein durch die Feldbus-Technologie optimiertes Asset
Management oder die zukünftigen Einsparungen durch
Multi-Variablen-Geräte.
Auch bei Engineering und Montage weist FuRIOS Einsparungspotenziale aus, die durch den Einsatz eines durchgängigen Installationssystems optimal realisiert werden können. FieldConnexTM bietet hierfür neben den aufeinander
abgestimmten Systemkomponenten ein Softwaretool, mit
dem die Feldbus-Segmente einfach und effizient mit FieldBarrierTM ausgelegt werden können.
FuRIOS untersuchte nur die Anwendung des PROFIBUS,
aber für FOUNDATION Fieldbus sind ähnliche Ergebnisse zu
erwarten. Bei der betrachteten Anlage handelt es sich um einen pharmazeutisch – chemischen Produktionsbetrieb, der
durchgängig als Zone 1 definiert wurde. Unter unterschiedlichen Rahmenbedingungen ergeben sich andere Anforde-
53
Bedienen und Beobachten
rungen an die Komponenten des Feldbus – Installationssystems. Dementsprechend beinhaltet ein in sich schlüssiges
System über die oben beschriebenen Varianten hinaus eine
Vielzahl weiterer Komponenten, darunter natürlich auch
Lösungen für FOUNDATION Fieldbus.
Der Bau einer Produktionsanlage, welche die in der
FuRIOS Studie postulierten Grundsätze und die beschriebene Technologie einsetzt, ist für dieses Jahr geplant.
Literatur
[1]
54
Tauchnitz, T., Schmieder, W., Seintsch, S.: FuRIOS: Feldbus und Remote
I/O – ein Systemvergleich. atp – Automatisierungstechnische Praxis
44 (2002), H. 12, S. 61-70
Dipl. Wirtschafts-Ing. Thomas Kasten betreut seit
Mitte 2002 die Produktgruppe FieldConnexTM im
Bereich Marketing und Strategische Planung Prozessautomatisierung der Pepperl + Fuchs GmbH.
Zuvor hatte er verschiedene Auslandspostionen in
den Bereichen technisches Marketing und Service
inne. Er ist Mitglied des Arbeitskreises Marketing
der PROFIBUS Nutzerorganisation sowie des European Marketing Councils der Fieldbus Foundation.
Adresse: Pepperl + Fuchs GmbH, Geschäftsbereich
Prozessautomation, Königsberger Allee 87, D-68307
Mannheim, Tel. (06 21) 7 76 -14 15, E-Mail: [email protected]
de.pepperl-fuchs.com
45 (2003) Heft 3 atp
26
PROZESSAUTOMATION & MESSTECHNIK
FACHBEITRAG
Weniger Handicaps im Ex-Bereich
Praxisgerechte Stromversorgungskonzepte für Feldbusse
reduzieren bisherige Beschränkungen
PDF
Beitrag als PDF auf
www.pua24.net
Die ersten Praxiserfahrungen mit
dem durchgängigen Einsatz der
Feldbustechnologie in verfahrenstechnischen Großanlagen wurden
auf der Namur-Hauptversammlung
2004 präsentiert. Entscheidend für
die positive Bewertung war der
Einsatz von modernen Konzepten
zur Stromversorgung, durch welche
die bisherigen Beschränkungen des
Feldbuseinsatzes in explosionsgefährdeten Bereichen nicht mehr ins
Gewicht fallen. High-Power-TrunkKonzepte für Ex-Zonen 1 und 2
erlauben die optimale Ausnutzung
der Feldbustechnologie unter Beibehaltung der Vorteile des Explosionsschutzes durch Energiebegrenzung.
THOMAS KASTEN
Eine Feldbus-Topologie in Linienstruktur mit Stichleitungen ermöglicht die Trennung einzelner Geräte vom
Bus ohne Beeinträchtigung der Funktion anderer Teilnehmer.
N
Dipl. Wirtsch.-Ing. THOMAS KASTEN
betreut die Produktgruppe
FieldConnex im Bereich Marketing
und Strategische Planung
Prozessautomatisierung der
Pepperl+Fuchs GmbH in Mannheim
KONTAKT
T +49/621/776-2222
[email protected]
ach langjährigen Versuchen und
theoretischen Überlegungen beginnt sich die Anlagensteuerung
mittels Feldbustechnologie in der
Prozessautomatisierung durchzusetzen. Auf der
Hauptversammlung der Namur im November
2004 wurden in mehreren Vorträgen die ersten
Praxiserfahrungen beim Einsatz von Profibus PA
und Foundation Fieldbus H1 in großen Produktionsanlagen dargestellt und mehrheitlich positiv bewertet. Als eine grundlegende Voraussetzung dieser Akzeptanz gilt die Überwindung
der Einschränkungen, denen die Feldbustechnik
beim Einsatz in explosionsgefährdeten Umgebungen bisher unterlag. Gelungen ist dies durch
das Konzept der Feldbusbarrieren, welches vor
zwei Jahren in der FuRIOS Studie theoretisch
untersucht wurde und nun in den ersten Anlagen praktisch eingesetzt wird. Beispielhaft zu
nennen ist die Ketek-Anlage von Aventis Pharma
Deutschland, in welcher in zwei Produktionssträngen mit insgesamt 1.600 Profibus PA-Geräten
die Vorstufen für ein neuartiges Antibiotikum
produziert werden.
Feldbusanwendung im Ex-Bereich
Wodurch zeichnet sich dieses Feldbusbarrierenkonzept aus? Hierzu sind die Rahmenbedingungen zu betrachten, die sich aus der Norm
für Feldbusse IEC 61158-2 sowie aus den Anforderungen des Explosionsschutzes durch
Eigensicherheit in Zone 1 gemäß IEC 60079-27
ergeben. Der Feldbusstandard erlaubt bis zu
32 Teilnehmer an einem Segment und fordert
für jedes Feldgerät eine minimale Arbeitsspannung von 9 V DC und eine minimale
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P&A März 2005
Das Fieldbus Intrinsically Safe Concept FISCO
reduziert diesen Nachweis auf den Vergleich einiger weniger Parameter und erlaubt die etwas
höhere Einspeisung von 100 mA, erkauft diese
Vorteile jedoch mit erhöhten Anforderungen an
die Gerätetechnik und reduzierten maximalen
Leitungslängen.
Vorteile des Barrierenkonzepts
Ausgangspunkt bei der Entwicklung dieses
Konzepts war die Überlegung, an welchen
Stellen des Feldbussegments Reparatur- oder
Wartungsarbeiten während des laufenden Betriebs notwendig werden können. Dies sind die
Feldgeräte und ihre Anschlussleitungen, die konsequenterweise in EEx i ausgeführt sein sollten.
Arbeiten an der passiven Verdrahtung von Trunk
und Feldbusverteilern sind im laufenden Betrieb
extrem unwahrscheinlich, sodass diese in der
Explosionsschutzart erhöhte Sicherheit EEx e installiert werden können und damit keiner Energiebeschränkung unterliegen.
Moderne Feldbusbarrieren wie die FieldConnex
FieldBarrier ermöglichen den Anschluss und das
Durchschleifen des Trunks in EEx e, können in
Zone 1 montiert werden und erlauben damit die
Einleitung eines hohen Speisestroms in den explosionsgefährdeten Bereich. Bei Einsatz moderner Power Supplies können dies 400 mA für
Profibus PA und bis zu 1 A für Foundation
▲
Stromaufnahme von 10 mA, wobei das digitale
Kommunikationssignal in Manchester II Codierung durch eine ± 9 mA Amplitude übertragen
wird.
Bei allen Betrachtungen wird als Referenz das
Feldbuskabel Typ A zugrunde gelegt, eine geschirmte, verdrillte Zweidrahtleitung mit 0,8 mm2
(AWG18) Aderquerschnitt und einem Schleifenwiderstand von 44 Ohm/km. Über diese erfolgt sowohl die digitale Kommunikation als
auch die Stromversorgung der Feldgeräte. Um
eine Trennung einzelner Geräte vom Bus ohne
Beeinträchtigung der Funktion anderer Teilnehmer zu ermöglichen sollten diese mit individuellen Anschlussleitungen an einer zentralen
Hauptleitung angeschlossen werden.
Die Abbildung auf Seite 26 zeigt eine solche empfohlene Linienstruktur mit Hauptleitung (Trunk) und
Stichleitungen (Spur). Unter dem
Begriff ‚Power Supply' sind die speziellen Feldbus-Stromversorgungen
subsumiert, die zur Kombination
des digitalen Signals vom FeldbusHost mit dem Gleichstrom zur
Geräteversorgung notwendig sind.
Diese sind in verschiedenen Ausführungen und mit unterschiedlichen Ausgangsstromstärken verfügbar. Hieraus und aus dem
tatsächlichen Strombedarf der angeschlossenen Geräte errechnet sich
die maximal mögliche Leitungslänge eines Feldbussegments, wobei der am weitesten vom Power
Supply entfernte Teilnehmer noch
die oben genannten Mindestwerte
erreichen muss. Die maximale Gesamtlänge von Trunk plus allen
Spurs gemäß IEC 61158-2 beträgt
1.900 m.
Die Schutzart Eigensicherheit EEx i
gewährleistet den Explosionsschutz
durch eine Begrenzung der Energie
im Segment, sodass ein zündfähiger
Funke nicht entstehen kann. Dadurch können auch im laufenden
Betrieb in explosibler Atmosphäre
Arbeiten an den Geräten ohne besondere Sicherheitsmaßnahmen
durchgeführt werden. Die Kehrseite
der Medaille ist eine signifikante
Reduzierung des Versorgungsstroms
auf 70 mA für EEx ia Anwendungen.
Somit ergibt sich eine erhebliche
Einschränkung bei Leitungslänge
und Anzahl der Teilnehmer, wodurch der Feldbus für explosionsgefährdete Umgebungen bisher unattraktiv war. Darüber hinaus wird
der vorgeschriebene Nachweis der
Eigensicherheit bei Verwendung des
ursprünglichen Entity Models zu einer komplexen Rechenoperation.
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PROZESSAUTOMATION & MESSTECHNIK
FACHBEITRAG
nem einzelnen Kabelstrang, während bei der
konventionellen Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung
jedes Gerät sein eigenes Kabel zur PNK im sicheren Bereich benötigt. Im Umkehrschluss beeinträchtig ein Kurzschluss auch nur dieses eine
Gerät, während bei Feldbus-Verwendung alle
Geräte im Segment die Kommunikation einstellen würden. Deshalb verfügt jeder Ausgang der
FieldBarrier über eine Kurzschlussstrombegrenzung auf 45 mA, sodass nur die betroffene Spur
ausfällt. Da die restlichen Feldgeräte im Segment
weiterhin kommunizieren, ist im Leitsystem eine einfache und schnelle Fehlerlokalisierung gewährleistet. Weiterhin ist jedes Gerät aus dem
FieldConnex-System gegen funktionale Überspannungen geschützt. Für einen weitergehenden Schutz, etwa durch Anwendung des Blitzschutzzonenkonzepts nach IEC 61312-1, stehen
speziell auf die Feldbustechnologie abgestimmte
Überspannungsschutzmodule zur Verfügung.
High-Power-Trunk-Konzepte
für Zone 2
Der Aufbau nach dem Feldbusbarrieren-Konzept reduziert in Zone 1 den Nachweis der Eigensicherheit auf das
jeweilige Gerät und seine Anschlussleitung.
Fieldbus H1 sein, also ungleich mehr als unter
EEx i Bedingungen. Deshalb wird diese Art der
Feldbusverkabelung oft auch als ‚High Power
Trunk Konzept' bezeichnet. Die vier Ausgänge
der FieldBarrier liefern 40 mA EEx ia IIC und erlauben damit den eigensicheren Anschluss der
Feldgeräte mit allen Vorteilen. Der Nachweis der
Eigensicherheit reduziert sich auf das jeweilige
Gerät und seine Anschlussleitung und kann so-
wohl nach Entity als auch vereinfacht nach FISCO durchgeführt werden. Darüber hinaus sind
jetzt die maximalen in der IEC 61158-2 für
Nicht-Ex-Bereiche definierten Leitungslängen
von 1.900 m auch in der Zone 1 möglich, unter
voller Ausnutzung der zulässigen Stichleitungslänge von 120 m.
Ein Vorteil der Feldbustechnologie ist der
Betrieb mehrerer Sensoren und Aktoren an ei-
Im High-Power-Trunk-Konzept für Zone 2 reichen FieldConnex Segment Protectoren anstelle der Barrieren aus.
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Analog zum Feldbusbarrierenkonzept kann ein
Feldbussegment in Zone 2 aufgebaut werden,
wobei aufgrund der geringeren Anforderungen
an den Explosionsschutz anstelle der Barrieren
FieldConnex Segment Protectoren zum Einsatz
kommen. Der Trunk wird in der Explosionsschutzart nicht funkend EEx nA ausgeführt und
erlaubt damit die Leitung von hohen Strömen in
die Zone 2. Die Segment Protectoren sind zertifiziert gemäß EEx nA[L] und können in Zone 2
montiert werden. Jeder Ausgang ist energiebegrenzt gemäß EEx nL IIC, der Ausgangsstrom
beträgt 40 mA, die Ausgangsspannung max. 31
V. Darüber hinaus ist jeder Ausgang individuell
kurzschlussstrombegrenzt auf 45 mA.
Die Berechnung der Sicherheitsparameter erfolgt nach dem Entity-Konzept und ist durch die
individuelle Betrachtung jeder einzelnen Spur
signifikant vereinfacht. Zur Versorgung von derzeit üblichen eigensicheren Geräten stehen im
FieldConnex Power Hub System Module mit einer Spannungsbegrenzung auf max. 23 V zur
Verfügung. Durch entsprechende auf 17,0 V begrenzte Power Supplies können Segmente auch
nach dem Fieldbus Non-Incendive Concept
FNICO gemäß IEC 60079-27 Ed. 1 aufgebaut
werden. FNICO ist eine Adaption von FISCO für
Zone 2, allerdings gibt es derzeit nur wenige gemäß FNICO zertifizierte Feldgeräte am Markt.
Darüber hinaus werden durch die Spannungsbegrenzung die möglichen Kabellängen und Teilnehmer reduziert, allerdings kann der rechnerische Nachweis der Zusammenschaltung
entfallen. In Zukunft werden diese Spannungsbegrenzungen immer seltener notwendig sein,
da mehr und mehr Feldgeräte mit Zertifizierung
gemäß EEx nL mit Ui > 32 V verfügbar werden.
Hierdurch kommt die Spannungsbegrenzung
im Segment Protector zur Wirkung.
P&A März 2005
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im System. Sehr hohe Anforderungen an die
Isolation der Feldbussegmente können durch
den Einsatz von Modulen mit galvanischer
Trennung erfüllt werden. Diagnosemodule erlauben die Überwachung der verschiedenen
Funktionsparameter von Power Hub und Feldbus-Segment. Einige Varianten des Power Hub
bieten zudem eine neuartige Kurzschlussstrombegrenzung für die Verbindung zum Host.
Ausblick
FieldConnex Segmentkoppler mit redundantem Profibus DP Anschluss und Power Link Module für 2 Profibus
PA Segmente.
Feldbus-Stromversorgungen
Die High-Power-Trunk-Konzepte für Zone 1
und Zone 2 ermöglichen die Einleitung eines
hohen Versorgungsstroms in die explosionsgefährdeten Bereiche. Neben der eingangs beschriebenen Kopplung von digitalem Feldbussignal und Speisestrom erfüllen moderne
Fieldbus Power Supplies weitere Anforderungen
zur Optimierung der Feldbuskommunikation
und Anlagenverfügbarkeit. Modular aufgebaute
Segmentkoppler konvertieren die RS485-Übertragungsphysik des Profibus DP auf die IEC
61158-2 Physik des Profibus PA. Hierzu stehen
unterschiedliche Gateway-Module zur Verfü-
gung. An jedes Gateway können mehrere Power
Link Module angeschlossen werden, die jeweils
ein Feldbussegment mit bis zu 400 mA versorgen. In der maximalen Ausbaustufe können 20
PA-Segmente nach dem High-Power-TrunkKonzept aufgebaut und über eine medienredundante Profibus DP-Verbindung an den Master
angeschlossen werden.
Der modulare FieldConnex Power Hub erlaubt
den Anschluss von bis zu vier Foundation
Fieldbus H1 Segmenten an ein gemeinsames
Motherboard. Die neuartige CREST-Technologie stabilisiert die Feldbuskommunikation
durch Minimierung von Störungen durch Übersprechen und Unterdrückung von Resonanzen
FieldConnex Power Hub auf Motherboard für vier Foundation Fieldbus H1 Segmente,redundante Ausführung.
P&A März 2005
Die ersten Praxiserfahrungen mit umfassenden
Feldbusanwendungen im großindustriellen
Maßstab sind ermutigend. Die Präsentationen
auf der Namur-Hauptversammlung endeten mit
der Feststellung, dass Feldbus der richtige Weg in
die Zukunft ist, aber auch mit Wünschen an
Hersteller und Feldbusorganisationen, welche
diese gerne aufnehmen. Beispielsweise wird das
Feldbusbarrierenkonzept nunmehr explizit in
dem offiziellen Application Guide der Fieldbus
Foundation erläutert. Die Planung und Berechnung von High-Power-Trunk-Konzepten wird
künftig noch einfacher durch Hilfsmittel wie
dem kürzlich neu überarbeiteten FieldConnex
Segment Checker Software Tool.
Beitrag als PDF auf www.pua24.net
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FOUNDATION FIELDBUS H1 TOPOLOGIEN
MIT HOHER LEISTUNG IM FELD
FOUNDATION Fieldbus H1 Topologien
mit hoher Leistung im Feld
Die FuRIOS Studie empfiehlt den durchgängigen Einsatz der
Feldbustechnologie in verfahrenstechnischen Anlagen. Nur so
können die Vorteile dieser zukunftsgerichteten Technologie in
vollem Umfang genutzt werden. Grundlage hierfür ist ein
Topologiekonzept, welches die bisherigen Beschränkungen
der Feldbusanwendung in explosionsgefährdeten Bereichen
aufhebt. Diese Topologien mit hoher Leistung im Feld können
mit einem umfassenden Feldbus-Installationssystem wie
FieldConnex® aufgebaut werden. Darüber hinaus bietet
FieldConnex® alle Module und Schutzfunktionen, um einen
sicheren und effizienten Anlagenbetrieb bei hoher Verfügbarkeit über viele Jahre sicherzustellen. Die Erfahrungen der
auf Basis dieser Installationskonzepte geplanten und in
Betrieb genommenen Anlagen bestätigen die Erwartungen
der FuRIOS Studie.
Eine Topologie mit hoher Leistung im Feld setzt sich aus einer Reihe von grundlegenden Funktionseinheiten zusammen.
Das FieldConnex® System bietet für jede Funktion die entsprechenden, aufeinander abgestimmten Module.
FeldbusStromversorgung
FeldbusSignalleitung
FeldbusVerteilung
Fieldbus Power Hub
■ Modulares Stromversorgungssystem für alle Anwendungen und Host Systeme
■ Hoher Ausgangstrom und unterschiedliche Spannungen für maximale
Geräteanzahl in verschiedensten Explosionsschutzkonzepten
■ Moderne Isolations-, Redundanz- und Diagnosekonzepte optimieren die Anlagenverfügbarkeit
■ Neuartige CREST Technologie minimiert Signalstörungen und gewährleistet eine sichere Kommunikation
Feldbus Kabel und Kabelsätze
■ Feldbuskabel Typ A gemäß der Feldbus-Installationsrichtlinien für optimale Signalleitung
■ Sicherer Betrieb aufgrund von Versionen für alle Umgebungsbedingungen
■ Varianten mit verschiedenen Steckverbindern ermöglichen schnelle und fehlerfreie Installation
Junction Box
■ Einfacher, individueller Anschluss von Feldgeräten an das Feldbussegment
■ Rasche und effiziente Fehlerlokalisierung und Behebung
■ Hohe Flexibilität durch unterschiedliche Anschlussmöglichkeiten und widerstandsfähige Gehäuse
für raue Umgebungsbedingungen
Feldbusverteilung
und Energiebegrenzung
Segment Protector
■ Explosionsschutz in Zone 2 / Class I, Div. 2 durch Energiebegrenzung der Ausgänge
■ Erhöhte Betriebssicherheit durch Schutz vor Kurzschluss und Überlast
■ Hohe Flexibilität durch unterschiedliche Anschlussmöglichkeiten und widerstandsfähige Gehäuse für raue
Umgebungsbedingungen
Feldbusverteilung
und Eigensicherheit
FieldBarrier
■ Explosionsschutz in Zone 1/Class I, Div. 1 durch eigensichere Ausgänge gemäß FISCO und Entitiy
■ Erhöhte Betriebssicherheit durch Schutz vor Kurzschluss und Überlast
■ Unterschiedliche Schirmungsvarianten gewährleisten Minimierung von Signalstörungen
■ Hohe Flexibilität durch unterschiedliche Anschlussmöglichkeiten und widerstandsfähige Gehäuse für
raue Umgebungsbedingungen
Fieldbus
Process
Interface
Temperatur Multi-Input, Ventilkoppler, Fieldbus-Pneumatic Interface
■ Leichte Integration nahezu aller konventionellen Signale in die Feldbuskommunikation
■ Stromversorgung der Interfaces eigensicher über das Feldbuskabel
■ Diagnosefunktionen für Sensoren und Anschlussleitungen integriert
■ Direkte Ansteuerung von Magnet- und pneumatischen Ventilen
Überspannungsschutz
Surge Protector
■ Schutz von Feldbus Host und Instrumenten gegen Überspannungen und Blitzschläge
■ Varianten für verschiedene Umgebungsbedingungen und Explosionsschutzkonzepte
■ Modulares System mit Zusatzfunktionen erlaubt effizienten Anlagenbetrieb
Zubehör,
Hilfsmittel
Segment Checker Planungssoftware, Dokumentation, Dienstleistungen
■ Effiziente Planung von optimierten Feldbus-Topologien durch ‚Drag and Drop’ unter www.segmentchecker.com
■ Umfangreiche Installationshinweise und Detailinformationen zu allen FieldConnex® Modulen
unter www.fieldconnex.info
■ Beratung und Unterstützung bei Feldbus Projekten und speziellen Systemlösungen durch Ihren lokalen
Pepperl+Fuchs Repräsentanten
PROFIBUS PA TOPOLOGIEN
MIT HOHER LEISTUNG IM FELD
PROFIBUS PA Topologien mit hoher
Leistung im Feld
Die FuRIOS Studie empfiehlt den durchgängigen Einsatz der
Feldbustechnologie in verfahrenstechnischen Anlagen. Nur so
können die Vorteile dieser zukunftsgerichteten Technologie in
vollem Umfang genutzt werden. Grundlage hierfür ist ein
Topologiekonzept, welches die bisherigen Beschränkungen
der Feldbusanwendung in explosionsgefährdeten Bereichen
aufhebt. Diese Topologien mit hoher Leistung im Feld können
mit einem umfassenden Feldbus-Installationssystem wie
FieldConnex® aufgebaut werden. Darüber hinaus bietet
FieldConnex® alle Module und Schutzfunktionen, um einen
sicheren und effizienten Anlagenbetrieb bei hoher Verfügbarkeit über viele Jahre sicherzustellen. Die Erfahrungen der
auf Basis dieser Installationskonzepte geplanten und in
Betrieb genommenen Anlagen bestätigen die Erwartungen der
FuRIOS Studie.
Eine Topologie mit hoher Leistung im Feld setzt sich aus einer Reihe von grundlegenden Funktionseinheiten zusammen. Das
FieldConnex® System bietet für jede Funktion die entsprechenden, aufeinander abgestimmten Module.
FeldbusStromversorgung
FeldbusSignalleitung
FeldbusVerteilung
Segmentkoppler
■ Adaption aller Bitraten des PROFIBUS DP an PROFIBUS PA
■ Hoher Ausgangstrom für maximale Anzahl von Geräten je Segment
■ Modulares Konzept ermöglicht flexible Anlagenplanung
■ Hohe Sicherheit durch galvanische Trennung
Feldbus Kabel und Kabelsätze
■ Feldbuskabel Typ A gemäß der Feldbus-Installationsrichtlinien für optimale Signalleitung
■ Sicherer Betrieb aufgrund von Versionen für alle Umgebungsbedingungen
■ Varianten mit verschiedenen Steckverbindern ermöglichen schnelle und fehlerfreie Installation
Junction Box
■ Einfacher, individueller Anschluss von Feldgeräten an das Feldbussegment
■ Rasche und effiziente Fehlerlokalisierung und Behebung
■ Hohe Flexibilität durch unterschiedliche Anschlussmöglichkeiten und widerstandsfähige Gehäuse
für raue Umgebungsbedingungen
Feldbusverteilung
und Energiebegrenzung
Segment Protector
■ Explosionsschutz in Zone 2 / Class I, Div. 2 durch Energiebegrenzung der Ausgänge
■ Erhöhte Betriebssicherheit durch Schutz vor Kurzschluss und Überlast
■ Hohe Flexibilität durch unterschiedliche Anschlussmöglichkeiten und widerstandsfähige Gehäuse für raue
Umgebungsbedingungen
Feldbusverteilung
und Eigensicherheit
FieldBarrier
■ Explosionsschutz in Zone 1/Class I, Div. 1 durch eigensichere Ausgänge gemäß FISCO und Entitiy
■ Erhöhte Betriebssicherheit durch Schutz vor Kurzschluss und Überlast
■ Unterschiedliche Schirmungsvarianten gewährleisten Minimierung von Signalstörungen
■ Hohe Flexibilität durch unterschiedliche Anschlussmöglichkeiten und widerstandsfähige Gehäuse für
raue Umgebungsbedingungen
Fieldbus
Process
Interface
Ventilkoppler, Sensor Interface, Fieldbus-Pneumatic Interface, MiniRIO
■ Leichte Integration nahezu aller konventionellen Signale in die Feldbuskommunikation
■ Stromversorgung der meisten Interfaces eigensicher über das Feldbuskabel
■ Diagnosefunktionen für Sensoren und Anschlussleitungen integriert
■ Direkte Ansteuerung von Magnet- und pneumatischen Ventilen
Überspannungsschutz
Surge Protector
■ Schutz von Feldbus Host und Instrumenten gegen Überspannungen und Blitzschläge
■ Varianten für verschiedene Umgebungsbedingungen und Explosionsschutzkonzepte
■ Modulares System mit Zusatzfunktionen erlaubt effizienten Anlagenbetrieb
Zubehör,
Hilfsmittel
Segment Checker Planungssoftware, Dokumentation, Dienstleistungen
■ Effiziente Planung von optimierten Feldbus-Topologien durch ‚Drag and Drop’ unter www.segmentchecker.com
■ Umfangreiche Installationshinweise und Detailinformationen zu allen FieldConnex® Modulen
unter www.fieldconnex.info
■ Beratung und Unterstützung bei Feldbus Projekten und speziellen Systemlösungen durch Ihren lokalen
Pepperl+Fuchs Repräsentanten
FAX Rückantwort an 0621 / 776 1400
Bitte senden an:
Pepperl+Fuchs GmbH
Produkt Marketing, Herrn Thomas Kasten
_
oder per e-mail: [email protected]
Bitte tragen Sie Ihre Postanschrift ein:
Firma : ..................................................................………………….……...
Name: Herrr / Frau ......................................................…………..……......
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Telefon: ..............................................………………………………............
Fax: ............................................................……………………….……......
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Sehr geehrte Dame / Herr,
sind Sie an weiteren Informationen über die zukunftsorientierten Feldbustechnologien in der
Prozessautomatisierung interessiert?
Dann kennzeichnen Sie bitte die gewünschten Informationen. Gerne werden wir Ihnen die Unterlagen
zukommen lassen.
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FuRIOS 2 – das vollständige überarbeitete Kompendium zur Anwenderstudie ‚Feldbus und Remote I/O
Systemvergleich’ mit weiterführenden Informationen, Insider – Interviews und Erfahrungsberichten
Informationen zu PROFIBUS PA
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Bitte nehmen Sie mich in den Pepperl+Fuchs Verteiler für Feldbusinformationen auf.
Ich erhalte dann bis auf Widerruf automatisch die neuesten Informationen über
Feldbustechnologie und FieldConnex zugesandt.
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Ich arbeite an konkreten Feldbusprojekten. Bitte nehmen Sie telefonisch Kontakt mit mir auf.
Sie interessieren sich für weitere Produktlinien von Pepperl+Fuchs?
Dann nennen Sie uns bitte welche Informationen wir Ihnen zusenden können:
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Konventionelle Interface Bausteine
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Copyright PEPPERL+FUCHS · Printed in Germany · Part. No. 127 959 03/05 01

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