09/07/01 - Neue AS-Interface-Master und -Gateways: Hilfsmittel zur Inbetriebnahme und Diagnose
Das AS-Interface hat
sich als das Installationssystem auf der Sensor-Aktor-Ebene im Markt voll
etabliert und wird von allen großen Anbietern von
Automatisierungskomponenten angeboten. Von den anderen Feldbussystemen
unterscheidet sich AS-Interface insbesondere durch seine Ausrichtung auf die
unterste Feldebene und dort speziell zur Installation der binären Sensoren
und Aktuatoren.
Aufgrund des einfachen Konzeptes ist AS-Interface für
den Anwender sehr einfach einzusetzen. Die Erweiterungen des Systems durch
Einführung der neuen Spezifikation sowie die Einbindung auch von
Komponenten der Sicherheitstechnik machen AS-Interface als Gesamtsystem
komplizierter. Damit verbunden sind einerseits neue Möglichkeiten
Automatisierungslösungen aufzubauen andererseits stellen sie aber auch
neue mögliche Fehlerquellen dar.
Im "Leben" einer
jeden Maschine und Anlage gibt es immer die gleichen kritischen Momente:
-
die Inbetriebnahme sowie
- auftretende Störungen, die möglichst
umgehend behoben werden müssen.
Häufig treten bereits bei der Inbetriebnahme Fehler auf oder störende Einflüssen auf das System müssen lokalisiert und beseitigt werden.
Die Inbetriebnahme vom AS-Interface läuft im Wesentlichen nach folgendem Schema ab. Nach der Auswahl der entsprechenden Komponenten werden die einzelnen AS-Interface-Slaves adressiert. Dies kann mit Hilfe des Handadressiergerätes oder über den AS-Interface-Master erfolgen. Anschließend wird die angeschlossene Konfiguration in den AS-Interface-Master übernommen und der Master wird vom Projektierungsmodus in den geschützten Betriebsmodus umgeschaltet.
Nach der Inbetriebnahme des AS-Interface-Kreises kann je nach verwendetem Hostsystem die Peripherie über entsprechende Konfiguratoren und/oder die SPS getestet werden. Einfacher geht es jedoch mit AS-Interface-Mastern, die sämtliche Informationen über ein interaktives Display darstellen und dem Anwender die Möglichkeit geben, vor Ort Sensordaten einzulesen und direkt die Aktuatoren anzusteuern. Dies gilt sowohl für digitale als auch analoge AS-Interface-Slaves. Auf diese Weise kann die angeschlossene Peripherie einer Anlage sehr einfach komplett überprüft werden, ohne dass die eigentliche SPS mit PROFIBUS-Master bereits installiert und programmiert ist und ohne sonstige aufwendige Hilfsmittel wie einen PC.
Bild 1: AS-Interface/PROFIBUS DP-Gateway mit graphischer
Anzeige
Über die Bedienung des AS-Interface-Gateways mittels der 4 Taster sowie des Displays können die Eingangsdaten der angeschlossenen Teilnehmer sehr einfach gelesen und die Ausgangsdaten geschrieben werden.
Bild 2: Lesen und Schreiben der binären E/A
Bild 3: Lesen und schreiben der analogen E/A
Zu Diagnosezwecken kann sich das Bedienpersonal den Zustand der angeschlossenen Peripherie, Sensoren und Aktuatoren, während des Betriebs der Anlage anzeigen lassen.
Neben der Inbetriebnahme ist im Wesentlichen die schnelle Beseitigung fehlerhafter Zustände der Maschinen und Anlagen oberstes Gebot. Um eine möglichst hohe Verfügbarkeit der Anlagen zu erreichen sind deshalb gute Diagnosefunktionen für das System unerlässlich. Diese Diagnosefunktionen betreffen sowohl die angeschlossenen Slaveteilnehmer als auch im Besonderen den AS-Interface-Master, da in dieser Komponente sämtliche System-Informationen zusammenlaufen.
Die LEDs der angeschlossenen Slaves zeigen Zustände zur Diagnose der AS-Interface-Slaves an. So gibt die LED "PWR" auf den AS-Interface-Slaves an, ob die AS-Interface-Spannung anliegt. Die LED "FAULT" gibt darüber hinaus an, ob der AS-Interface-Slave mit dem AS-Interface-Master kommuniziert, oder ob evtl. ein Peripheriefehler anliegt. Leuchted beispielsweise die FAULT-LED rot, so könnte die Ursache einer der folgenden Fälle sein:
Blinkt die rote Fault LED so wird ein Peripheriefehler am AS-Interface-Slave diagnostiziert. Dies kann beispielsweise ein Kurzschluss auf einer Sensorleitung bei einem Standard-E/A-Modul sein, ein Kabelbruch oder ein analoges Eingangssignal über dem zulässigen Bereich bei einem Analogmodul. Zusätzlich werden bei den binären E/A-Modulen Schaltzustände durch gelbfarbene LEDs angezeigt. Bei Analogmodulen oder sonstigen komplexeren AS-Interface-Slaves werden von den Herstellern weitere Diagnoseinformationen über LEDs ausgegeben. So liefern die Analogmodule von Bihl+Wiedemann über eine "Analog-LED" pro Kanal die Information in welchen Zustand sich der Kanal gerade befindet (Kabelbruch, analoges Signal im Nennbereich oder analoges Signal außerhalb der zulässigen Bereichs).
Bild 4: AS-Interface-Analogmodul
Die komplette
Konfiguration des AS-Interface-Netzes ist im AS-Interface-Master vorhanden.
Damit stellt der Master die Komponente dar, die am aller besten geeignet ist,
dem Anwender Diagnoseinformationen bereitzustellen. Tatsächlich ist jedoch
die Information, die dem Anwender direkt an AS-Interface-Mastern bereitgestellt
wird eher spärlich. Mit Einführung der Neuerungen von AS-Interface,
z.B. die erweiterte Adressierung der AS-Interface-Slaves als A- bzw. B-Slave
oder aber die Möglichkeit auch sicherheitsrelevante Komponenten an das
AS-Interface anschließen zu können, wird die Forderung nach besseren
Diagnosemöglichkeiten bei AS-Interface immer lauter. Bihl+Wiedemann hat
mit seinen AS-Interface-Gateways, welche eine Schnittstelle zu
übergeordneten Feldbussystemen darstellen, mit dem neuentwickelten
interaktiven graphischem Display einen Weg gefunden, direkt dem Anwender vor
Ort an der Maschine die komplette Information über das AS-Interface-System
zur Verfügung zu stellen. Die Informationen werden dem Anwender über
das Display angezeigt. Zwar können auch vom übergeordneten Hostsystem
die kompletten Diagnosedaten ausgelesen werden, in der Regel ist dies jedoch
mit einem nicht unerheblichen Programmieraufwand verbunden, oder es wird ein
zusätzliches Diagnosewerkzeug benötigt.
Die Darstellung der Informationen auf dem Display vor Ort bietet eben die Möglichkeit im Fehlerfall direkt die Ursache des oder der Fehler am Display abzulesen und die entsprechenden Maßnahmen zur Beseitigung des Fehlers zu treffen.
Auf einen Blick werden auf dem Display die aktuell am AS-Interface-Kreis anliegenden Konfigurationsfehler (fehlender Slave, Slave zu viel, falscher Slave-Typ) sowie Peripheriefehler (z.B. Kurzschluss auf einer Sensorleitung) angezeigt. So kann innerhalb kürzester Zeit festgestellt werden, wo die Probleme liegen, damit Abhilfe geschaffen werden kann.
Bild 5: Im Fehlerfall wird groß und deutlich die Slaveadresse
angegeben, an der ein Fehler vorliegt.
Bild 6: Wer es noch genauer wissen möchte kann sich auch
sämtliche Fehlermeldungen auf einen Blick verschaffen.
Die meisten Fehler in einem AS-Interface-Kreis können auf diese Art und Weise schnell und einfach behoben werden. Die zusätzliche Funktionalität zur Adressierung von AS-Interface-Slaves mittels der Taster und der Anzeige ermöglichen dem Anwender ohne zusätzliche Hilfsmittel wie einem Handadressiergerät die Fehler zu beheben.
Das Aufspüren sporadisch auftretender Fehler am AS-Interface in einer laufenden Anlage stellt ein großes Problem dar. Die Suche nach Wackelkontakten und ähnlichen kann sich über einen längeren Zeitraum erstrecken, bis die Fehlerquelle lokalisiert und der Fehler behoben ist. Bisher können diese Fehler lediglich durch das Mitprotokollieren der Datentelegramme am AS-Interface über einen längeren Zeitraum, in der Hoffnung, dass der Fehler wieder auftritt, entdeckt werden. Hierfür ist jedoch ein Expertenwerkzeug notwendig.
Auch in Fällen
sporadisch auftretender Fehler bietet wiederum der AS-Interface-Master die
besten Voraussetzungen, durch entsprechende zusätzliche
Diagnosefunktionalität das Auffinden von Quellen sporadischer Fehler zu
ermöglichen. Die AS-Interface-Master von Bihl+Wiedemann sind mit einer
einfachen Konfigurationsfehlerhistorie ausgestattet. Diese ermöglicht die
Anzeige der Ursache des letzten Konfigurationsfehlers am AS-Interface, auch
dann, wenn der Konfigurationsfehler nur sporadisch auftritt. Hierbei werden
Konfigurationsfehler, die durch fehlerhafte AS-Interface-Slaves verursacht
wurden, sowie der Zusammenbruch der AS-Interface-Spannung betrachtet.
Die
AS-Interface-Master mit erweiterter Diagnosefunktionalität beinhalten
neben der Liste der projektierten Slaves (LPS) ,der Liste der entdeckten Slaves
(LDS) und der Liste der aktivierten Slaves (LAS) eine zusätzliche neue
Liste mit Slaves, die einen Konfigurationsfehler ausgelöst haben (LCS,
List of Corrupted Slaves). In dieser Liste stehen alle AS-Interface-Slaves, die
seit dem letzen Lesen dieser Liste bzw. seit dem Einschalten des
AS-Interface-Masters mindestens einen kurzzeitigen Konfigurationsfehler
verursacht haben.
Die Liste kann bei den AS-Interface-Mastern und -Gateways sowohl über das graphische Display als auch über die jeweilige Hostschnittstelle - ISA-Bus für PC-Karten, serielle Schnittstelle oder das jeweilige Feldbus-Interface (PROFIBUS, InterBus, Modbus Plus, etc.) - ausgelesen werden. Mit jedem Lesevorgang wird die LCS gleichzeitig wieder gelöscht.
Bild 7 : Auf eine Blick ersichtlich, die Slaves 1A und 4A hatten in
der Vergangenheit einen Konfigurationsfehler verursacht.
Das Auslesen dieser Liste ermöglicht es dem Anwender in kürzester Zeit festzustellen, welche Slaves seit dem letzten Auslesen Konfigurationsfehler, auch kurzfristige, ausgelöst haben. Auf diese Weise ist eine einfache Vor-Ort-Diagnose sporadisch auftretender Konfigurationsfehler ohne aufwendige zusätzliche Hilfsmittel möglich.
Besonders schwierig
ist das Auffinden von Fehlern, die sich daraus ergeben, dass entweder
AS-Interface an seine Grenzen stößt oder die
AS-Interface-Kommunikation durch Umwelteinflüsse gestört wird.
Das
AS-Interface wurde so ausgelegt, dass auch bei auftretenden
Störeinflüssen von außen die Datenkommunikation auf der
ungeschirmten Zwei-Draht-Leitung sicher funktioniert. Diese
Übertragungssicherheit wird mitunter durch automatische
Telegrammwiederholungen bei fehlerhaften Telegrammen erreicht. Somit kann der
Fall eintreten, dass aus Sicht des Anwenders die Applikation einwandfrei
läuft, in Wirklichkeit jedoch einzelne AS-Interface-Slaves erst nach
mehrfachen Masteraufrufen mit einem korrekten Telegramm antworten. Der Anwender
bemerkt dies nicht, da erst wenn der Slave nach 6 Masteraufrufen nicht mit
einem korrekten Telegramm geantwortet hat, vom AS-Interface-Master ein
Konfigurationsfehler ausgelöst wird. Dies könnte bedeuten, dass bei
der Inbetriebnahme einer Anlage mit dem AS-Interface keinerlei
Konfigurationsfehler auftreten, die Datenkommunikation jedoch aus diversen
Gründen gestört wird. Diese Störungen können jedoch in der
Zukunft für Konfigurationsfehler und somit oft auch zum Stillstand der
Anlage führen.
Die in Bihl+Wiedemann AS-Interface-Master integrierte Scope-Funktion ermöglicht jedoch einen tieferen Einblick in die AS-Interface-Kommunikation. Die AS-Interface-Master stellen für jeden AS-Interface-Slave einen Fehlerzähler zur Verfügung, der bei jedem Übertragungsfehler bei Datentelegrammen erhöht wird. Dadurch kann die Qualität der Übertragung bereits dann beurteilt werden, wenn nur einzelne Telegramme gestört werden, der AS-Interface-Slave also nie einen Konfigurationsfehler auslösen würde.
Bild 8: Der Fehlerzähler von Slave 1A steht auf 34.
Diese Zählerfunktionalität ermöglicht es dem Anwender, direkt nach der Inbetriebnahme des AS-Interface-Stranges die Qualität der Datenkommunikation zu beurteilen. Fehlerquellen bzw. Störeinflüsse können leichter aufgespürt werden. Es lassen sich diese Störeinflüsse bereits lokalisieren, bevor am AS-Interface überhaupt ein Konfigurationsfehler auftritt. Somit könne vorab Maßnahmen zur Verbesserung ergriffen werden.
Die Anforderungen an die AS-Interface-Kommunikation bei AS-Interface Safety at Work Applikationen ist deutlich höher gegenüber AS-Interface-Anwendungen, bei denen die sicherheitsgerichteten Funktionen konventionell gelöst sind.
Bei AS-Interface
Safety at Work können sichere AS-Interface-Slaves zusammen mit nicht
sicheren AS-Interface-Slaves in dem gleichen System betrieben werden. Der
Sicherheitsmonitor überwacht die Kommunikation der sicheren Slaves.
Löst einer der sicheren Slaves aus (z.B. ein Not-Aus-Taster wird
gedrückt) dann fallen am Sicherheitsmonitor innerhalb von maximal 35 ms
entsprechende Sicherheitsrelais ab.
Neben der Betätigung eines sicheren
Eingangs können jedoch auch Kommunikationsprobleme zum Auslösen des
Sicherheitsmonitors führen. Aus dem Monitor kann auch die Information
gewonnen werden, welcher sichere AS-Interface-Slave das Auslösen des
Monitors verursacht hatte. Diese Information kann jedoch irreführend sein,
da ein "schlechter" Slave innerhalb des AS-Interfaces die Kommunikation des
Gesamtsystems stören kann. Dies bedeutet, dass auch ein nicht sichererer
AS-Interface-Slave die Kommunikation innerhalb des AS-Interface Kreises so
stark stören kann, dass sichere AS-Interface-Teilnehmer mit fehlerhaften
Telegrammen auf die Masteraufrufe antworten und somit der Sicherheitsmonitor
auslöst.
Diese Problematik ist um so wichtiger zu betrachten, da
AS-Interface Safety at Work im Worst-Case eine maximale Abschaltzeit von 35 ms
garantiert. Diese Zeit setzt sich aus der Übertagungszeit des Signals
über AS-Interface, der internen Verarbeitungszeit im Sicherheitsmonitor
sowie der Zeit zum Abfallen der Sicherheitsrelais am Monitor zusammen. Um
jedoch diese Zeit gewährleisten zu können, wird lediglich eine
Telegrammwiederholung pro sicherem AS-Interface-Slave zugelassen. Der
Sicherheitsmonitor löst somit schon aus bevor überhaupt ein
Konfigurationsfehler anliegt.
Mit einem Standard-AS-Interface-Master hat der
Anwender überhaupt keine Möglichkeit sich ein Bild von der
Qualität des AS-Interface-Kreises zu machen. Die Scope-Funktion in den
AS-Interface-Mastern und -Gateways von Bihl+Wiedemann stellt gerade für
diese Problemstellung ein Hilfsmittel dar, die Qualität der
AS-Interface-Kommunikation zu beurteilen, um gegebenenfalls entsprechende
Maßnahmen zur Beseitigung von Störungen einzuleiten.
Mit der Einführung neuer Produkte nach der AS-Interface-Spezifikation 2.1 sowie AS-Interface Safety at Work wird AS-Interface als System komplexer. Der Anwender benötigt Hilfsmittel, um diese zusätzlichen Funktionen schnell und einfach bei der Inbetriebnahme testen zu können bzw. im Fehlerfall schnell die Fehlerursache zu finden. Bihl+Wiedemann stellt mit seinen neuen AS-Interface-Mastern dem Anwender sämtliche Funktionen über ein vollgraphisches Display am AS-Interface-Gateway direkt zur Verfügung. Ob binäre E/A-Baugruppen getestet, analoge Signale gelesen oder geschrieben werden sollen oder ob Diagnosefunktionen zur Beurteilung der Qualität der AS-Interface-Kommunikation oder zur Behebung von Fehlern benötigt werden. Sämtliche Funktionen können direkt vor Ort am Gateway ausgeführt werden.
Autor
Dipl.-Wirtsch.-Ing. Lutz
Bieberstein
Bihl+Wiedemann GmbH
Floßwörthstr. 41, D-68199
Mannheim
Tel.: (+49) 621/33996-0, Fax: (+49) 621/3392239
eMail:
lbieberstein@bihl-wiedemann.de
Herr Bieberstein ist Marketing- und
Vertriebsleiter bei der Bihl+Wiedemann GmbH