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| Fig.1: Das Zertifikat für einen kompletten AS-i-Kreis:
aktiver Beitrag zur vorbeugenden Wartung |
AS-Interface ist und bleibt die
einfachste Vernetzung in der Automatisierung. Es ist dazu so konzipiert, dass
Selbstkonfiguration, Interoperabilität und Kompatibilität es
erlauben, ein Netz einfach, sicher und schnell aufzubauen, in Betrieb zu nehmen
und im Dauerlauf zu betreiben. Der Master überwacht den Betrieb und
korrigiert automatisch einzelne mögliche Telegrammfehler, meldet verlorene
Slaves und nimmt sie oder einen Ersatzslave automatisch wieder auf.
Das ist die
Theorie und sie stimmt. Ein AS-Interface-Kreis zeichnet sich gewöhnlich
durch eine sehr hohe Funktionssicherheit aus (Bild 1). In der Praxis gibt es
trotzdem Fälle, in denen man mögliche Fehlerquellen noch über
diesen Standard hinaus absichern möchte. Meist handelt es sich dabei um
Maschinen oder größere Anlagen, deren zeitweiser Stillstand hohe
Kosten oder einen schwierigen Wiederanlauf auslösen würde. Oder man
möchte beispielsweise bei dem Prototypen einer Serie genauer als
gewöhnlich wissen, „was Sache ist“ und damit teure
Serviceeinsätze vermeiden.
Für
diese Fälle bietet Bihl+Wiedemann jetzt die Zertifizierung kompletter
AS-Interface-Kreise an. Der Auftraggeber erhält dabei neben
dem Zertifikat (als Zeichen der Funktionssicherheit) einen Prüfbericht,
der den Zustand des oder der Kreise detailliert beschreibt.
Nutzen:
Das Ziel der Zertifizierung
ist weniger die Aufdeckung akuter Fehler (die sind eher selten) als vielmehr
die Absicherung einer hohen Verfügbarkeit. Das ist durchaus vergleichbar
mit der TÜV-Prüfung eines Autos oder eines Bauwerks. Im einzelnen
gewinnt der Auftraggeber damit:
- eine
Dokumentation des Anlagenzustands mit Identifikation der Slaves,
- Sicherheit
über den einwandfreien Aufbau und Betrieb seines
AS-Interface-Netzes,
- Sicherheit
einer hohen zukünftigen Verfügbarkeit,
- gegebenenfalls Hinweise auf
Schwachstellen, die sofort oder bei einer späteren Wartung beseitigt
werden sollten,
- die
Information, wie und an welchen Komponenten Verbesserungen vorgenommen werden
könnten.
Gründe
für die Zertifizierung von Netzen:
Wiederholung und Fehler?
Bei AS-Interface muss deutlich
zwischen „Wiederholung“ und „Fehler“ unterschieden werden.
Hat der Empfänger in Master oder Slave durch impedanzbedingte Deformation
der Signale oder durch externe Störungen Schwierigkeiten, ein Telegramm zu
erkennen, so bedeutet das NICHT, dass falsche Daten zur Steuerung gelangen
könnten dazu ist AS-Interface zu gut abgesichert. Was passiert, sind
Wiederholungen einzelner Telegramme (die den einzelnen Zyklus jeweils nur um
150 µs verlängern). Solche Wiederholungen sind in
geringem Umfang völlig normal und ungefährlich. Schaffen auch mehrere
Wiederholungen keine Abhilfe, so wird der betreffende Slave solange aus der
Konfiguration genommen, bis der Master die Kommunikation mit diesem Slave
wieder aufnehmen kann. In diesem Fall erfolgt verpflichtend eine Fehlermeldung
des Masters und je nach Maschinenkonzept ein Anlagenstopp — die
Verfügbarkeit sinkt. |
Nochmals:
In vielen Fällen ist eine Zertifizierung der AS-Interface-Kreise nicht
notwendig. Sie ist kein „must“, sondern eine zusätzliche, oft
kosteneffektive Maßnahme zur Sicherung der
Anlagenverfügbarkeit.
Es gibt
aber eine Reihe von Gründen, das „plug and play-Konzept“ von
AS-Interface in diesem Sinne etwas aufzuweichen:
- Einige
Fehler im Aufbau einer Anlage können vom Netzwerkmanagement des Masters
grundsätzlich nicht erkannt werden oder der einzelne Master ist dazu nicht
in der Lage: ungünstige Verlegung der Leitung, Überlänge der
Leitung, Wackelkontakte an Verbindungsstellen, zu großer Spannungsfall im
Netz, Komponentenalterung, fehlerhafte Verlegung der Funktionserde,
Erdschlüsse oder Doppeladressierungen1.
- In der
Praxis werden (leider) oft Komponenten verwendet, die nicht von der
Nutzerorganisation zertifiziert2 wurden. Erfahrungsgemäß
weichen sie oft von der AS-Interface-Spezifikation mehr oder weniger deutlich
ab. Dann ist die Interoperabilität gefährdet. Selbst wenn ein Netz
dann äußerlich noch sauber arbeitet, können im Hintergrund
Störungen auftreten, die die Verfügbarkeit einer Anlage
verändern oder sie anfälliger für Störungen
machen.
- Einzelne
Slaves können durch Fertigungs- oder Einbaufehler defekt sein.
- Die
Unempfindlichkeit von AS-Interface gegenüber EMV-Störungen beruht
unter anderem auf der Tatsache, dass gestörte Telegramme sicher erkannt
und mit geringem Zeitverlust mehrmals wiederholt werden.
Telegrammwiederholungen sind daher in gewissem Umfang erlaubt und beeinflussen
kaum die Zykluszeit (s. Kasten). Der Anwender bemerkt davon in der Regel
nichts. Die Kehrseite der Medaille: Ist der Untergrund an Wiederholungen zu
groß, so kann ein kleines Plus an Störung zur Überschreitung
des erlaubten Limits und zum Anlagenstopp führen. Die Netzzertifizierung
erkennt unbemerkte Störungen, sucht nach ihren Ursachen, erhöht die
Sicherheitsreserven insbesondere im Hinblick auf EMV-Störungen und
steigert damit deutlich die Verfügbarkeit einer Anlage.
- Zunehmend
werden komplexere Slaves eingesetzt, die für die Übertragung eines
Wertes mehrere AS-Interface-Zyklen oder Daten aus mehreren Slaves
(Slaveadressen) benötigen. Sie sind grundsätzlich genauso gut gegen
mögliche Datenfehler abgesichert wie einfache Slaves. Aber die
Wahrscheinlichkeit, durch sonst harmlose Wiederholungen längere
Übertragungszeiten zu erhalten, steigt bei diesen Slaves. Daher besteht
auch hier ein Interesse daran, das Netzwerk besonders stabil laufen zu
lassen.
- Ähnliches gilt für die
Übertragung sicherheitsgerichteter Signale (Safety at Work). Hier wird die
Sicherheit einer Anlage durch das Konzept und die Komponenten immer
gewährleistet. Aber um in einer gefährlichen Situation schnell
abschalten zu können, wurde die Zahl der erlaubten Wiederholungen bei
Safety at Work bewusst herabgesetzt: Ein Netz wird bereits nach zwei statt nach
drei vergeblichen AS-Interface-Zyklen gestoppt. Hier setzt die
Netz-Zertifizierung an: Sie deckt verborgene Telegrammwiederholungen auf. Die
Verfügbarkeit der Anlage steigt.
- Mit der
zunehmenden Sicherheit im Umgang mit AS-Interface wurden berechtigter Weise
einige Grundregeln von AS-Interface allgemein etwas aufgeweicht: Busabschluss
und Tuner erlauben viel längere Netze als 100 m; sogar
Slaves, die etwas außerhalb der Spezifikation liegen, können
teilweise kompensiert3 werden. Das ist nach neueren
Überlegungen sehr wohl zu akzeptieren, muss dann aber
überprüft4 werden. Die Zertifizierung eines solchen
AS-Interface Kreises, liefert diese Funktionsprüfung.
- Einige
Hersteller wollen für ein Netz nur dann Verantwortung übernehmen,
wenn keine Fremdgeräte enthalten sind. Das ist absolut gegen den Geist von
AS-Interface, der die Interoperabilität aller Geräte von
unterschiedlichsten Hersteller fordert. In solchen Fällen kann mit der
Netzzertifizierung sehr einfach der Nachweis einer einwandfreien Funktion
angetreten werden.
Durchführung:
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| Bild 2: Zertifzierungsprüfungen |
Die
Zertifizierungsmessungen werden von Mitarbeitern von Bihl+Wiedemann mit eigenem
Equipment durchgeführt (Bild 2). Die Prüfung erfolgt unabhängig
vom Hersteller der verwendeten Geräte. Sind die Ergebnisse aller
Einzelprüfungen erwartungsgemäß, so wird das Zertifikat
ausgestellt. Es besagt, dass der untersuchte Kreis in der vorgegebenen Umgebung
zum Zeitpunkt der Messung einwandfrei arbeitete und dass er voraussichtlich
auch in Zukunft weiterhin sauber arbeiten wird.
Der
AS-Interface-Kreis braucht für die Prüfungen nicht abgeschaltet
zuwerden — genauer: Er darf gar nicht gestoppt5 werden, damit
die Prüfung unter Betriebsbedingungen erfolgt. Das ist nicht nur für
den Betreiber der Anlage wichtig, der oft seine Fertigung störungsfrei
weiterlaufen lassen will. Vielmehr sichert dies realistische Aussagen und den
hohen Anspruch, den Bihl+Wiedemann an ein Zertifikat stellt. Ein Zertifikat
wird also grundsätzlich nur dann erteilt, wenn die Prüfung unter
diesen Voraussetzungen erfolgen kann.
Eine
Zertifizierung unfertiger AS-Interface-Kreise wäre Augenwischerei und wird
nicht durchgeführt. Selbstverständlich können aber die gleichen
Methoden auch auf Kreise, die sich noch im Aufbau befinden, angewandt werden.
Dann stehen gewöhnlich Fehlersuche und -beseitigung im Vordergrund. Da die
Daten aller Geräte und aller Telegramme im Kreis sichtbar gemacht werden
können (Bild 3), können in diesem Fall nicht nur der eigentliche
AS-Interface-Kreis, sondern die gesamte Peripherie bis zu den Sensoren und
Aktuatoren überprüft werden. Das bedeutet für den Test einer
neuen Anlage, dass Peripherie und AS-Interface-Kreise getrennt von einem
übergeordneten System und vom Applikationsprogramm geprüft werden
eine wesentliche Erleichterung für den Anlagenbauer, insbesondere beim
modularen Aufbau einer Maschine. Läuft bereits die Applikation auf der
Anlage, so wird bei Bedarf zusammen mit dem Auftraggeber auch nach
Optimierungspotenzialen für der Maschine gesucht.
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| Bild 3: Im Fehlerfall kann jedes einzelne Telegramm dargestellt
werden. |
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