Steuerungstechnik
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Elektrotechnik
Parametrierung von Feldgeräten durch FDT
ep7/2005, 4 Seiten
Anlagennahes Asset Management Der Begriff Asset Management ist in vieler Munde und wird entsprechend vielseitig benutzt. Hier wird Asset Management und präziser anlagennahes Asset Management oder Plant Asset Management (PAM) gemäß der Definition der NAMUR-Empfehlung NE91 verwendet. Die NAMUR unterscheidet im Gesamtzusammenhang einer automatisierten Anlage zwischen Process Control einschließlich Messen, Steuern, Regeln und Plant Asset Management als technische Betriebsbetreuung. Plant Asset Management fasst laut NAMUR-Definition alle Tätigkeiten und Maßnahmen zusammen, die dazu dienen, den Wert einer Anlage zu erhalten oder zu steigern. Plant Asset Management ist somit eine Aufgabe der für den Betrieb übergeordnet und insgesamt verantwortlichen Personen. Es setzt ganz am Anfang in der Engineering-Phase einer Anlage ein. Denn dort entstehen bereits die ersten Daten, die während des gesamten Lebenszyklus einer Anlage eine Rolle spielen. Mit fortschreitendem Lebenszyklus, z. B. während der Produktion der Feldgeräte, Beschaffung, Installation, Inbetriebnahme und Betrieb entstehen ständig neue Informationen, die für das PAM von Bedeutung sind. Verteilte Strukturen in der Automatisierung Die zurück liegenden zwei Dekaden haben zu einer grundsätzlichen Änderung der Automatisierungs-Strukturen geführt. Ehemals zentralisierte Strukturen sind verteilten gewichen. Bei diesen sind zu unterscheiden: · Dezentrale I/O-Systeme, die über Feldbusse an Automatisierungs-Systeme angeschlossen werden. · Strukturen mit echt verteilter Intelligenz. Dies bedeutet intelligente Feldgeräte mit eigenen Feldbusanschlüssen. Intelligente Feldgeräte können Funktionen ausführen, die den beiden Bereichen Process Control und Plant Asset Management zugehören. Diese Funktionen bieten die wichtige Grundlage für moderne Automatisierungsstrukturen und insbesondere für PAM über den gesamten Lebenszyklus einer Anlage. Die Intelligenz der Feldgeräte führt aber gleichzeitig auch dazu, dass bereitgestellte Informationen in überlagerten Automatisierungs-Ebenen verarbeitet werden müssen. Und genau hier beginnt das Problem: Ein Wildwuchs von Software-Tools erschwert heute den Anwendern das Leben sowohl in technischer als auch in wirtschaftlicher Hinsicht. Ausbildung der Mitarbeiter für all diese unterschiedlichen Tools, Aufwand für die Versionspflege, Kompatibilitätsprobleme usw. behindern den optimalen Betrieb in Anlagen. Die Vorteile der Standardisierung bei den Feldbussen wird teilweise zunichte gemacht durch die Nachteile der unkoordinierten Vielfalt beim PAM. In einer realen Anlage sind häufig Hunderte oder gar Tausende Geräte von vielen verschiedenen Herstellern anzutreffen. Geräte sehr unterschiedlichen Typs werden benötigt, beispielsweise Prozess-Messgeräte für Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur und analytische Größen, aber auch Ventile mit Stellungsreglern, elektrische Antriebe, Motorstarter, Niederspannungsschaltgeräte, dezentrale Peripherie-Systeme, sicherheitsgerichtete Geräte und mehr. Für alle diese intelligenten Geräte bieten die Hersteller PC-basierte Software-Werkzeuge an - selbstverständlich alle mit eigenständiger Bedienoberfläche und unterschiedlichen Schnittstellen für Kommunikation oder Datenhaltung. Je komplexer eine Anlage, desto schwieriger ist diese Situation zu beherrschen und desto mehr Aufwand ist von den Anwendern intelligenter Geräte zu betreiben. Ansätze zur Standardisierung von Plant Asset Management Bereits Anfang der 90er Jahre haben die Firmen Endress+Hauser, Fisher Rosemount und Siemens gemeinsam eine Methode zur Beschreibung verfahrenstechnischer Feldgeräte entwickelt, die so genannte Device Description Language (DDL). Diese Ideen wurden zunächst von HART, später auch von Profibus und Foundation Fieldbus aufgegriffen. So entstanden drei verschiedene, inkompatible Elektropraktiker, Berlin 59 (2005) 7 544 FÜR DIE PRAXIS Steuerungstechnik Parametrierung von Feldgeräten durch FDT R. Sommer, Reinach FDT steht für Field Device Tool. Das FDT-Konzept ermöglicht die feldbus- und herstellerunabhängige Konfigurierung, Parametrierung und das Management von intelligenten Feldgeräten mit einem einzigen Engineering-Werkzeug. Über definierte Schnittstellen und Bedienoberflächen werden Geräte unabhängig von Typ, Hersteller oder unterlagertem Feldbusprotokoll einheitlich integriert und parametriert. Autor Dr. Raimund Sommer ist Mitarbeiter der Endress+Hauser Process Solutions AG, Reinach, Schweiz. FDT spezifiziert eine standardisierte Schnittstelle, die die Integration von intelligenten Feldgeräten erlaubt Ausprägungen von Gerätebeschreibungssprachen. Emerson und Siemens benutzen diese Sprachen einschließlich ihrer jeweiligen herstellerspezifischen Erweiterungen in ihren Plant Asset Management Systemen. Die Gerätebeschreibungssprachen lagen zunächst als offene Spezifikationen vor, genügten jedoch nicht allen funktionalen Anforderungen. Insbesondere komplexere Geräte erforderten Funktionen, die nur durch proprietäre Erweiterungen der Gerätebeschreibungssprachen sowie durch proprietäre, eingebettete Software-Module zu realisieren waren. Der Nutzen eines einheitlichen Bedientools auf Basis der DDL-Technik rückte für den Anwender wieder in weite Ferne. Diese nicht offen zugänglichen Erweiterungen boten für die Hersteller der betreffenden PAM-Systeme den eleganten Vorteil, für die eigenen Feldgeräte mehr Funktionalität erscheinen zu lassen als für die Geräte anderer Hersteller. Dieser somit erzeugte Wettbewerbsdruck auf die Hersteller von Feldgeräten verstärkte die Suche nach einer einheitlichen Lösung ohne jede technische Beschränkung und mit gleichen Chancen für alle Anbieter. FDT - Field Device Tool 4.1 Aufgabenstellung Die Aufgabenstellung aus Sicht der Anwender ist klar. Der auf ihnen lastende Kostendruck ruft einerseits nach der Optimierung der Prozessabläufe und andererseits nach der Optimierung der Anlagenverfügbarkeit. Der letzt genannte Aspekt verlangt nach Plant Asset Management mit einer einheitlichen Lösung für alle Phasen des Lebenszyklus einer Anlage und für alle Geräte in der Anlage. Damit scheiden konsequenterweise alle Ansätze aus, die nur einzelne Gerätetypen oder Gruppen von Geräten berücksichtigen. Denn genau diese Ansätze führen zur unwirtschaftlichen und technisch schwer beherrschbaren Vielfalt in den Anlagen. Eine Lösung dieser komplexen Probleme stellt FDT dar. Die aus der Anwendung resultierenden wirtschaftlichen Vorteile lassen sich nicht nur qualitativ nachvollziehen, sondern sind auch quantitativ leicht belegbar. Diese Technologie geht in ihren Möglichkeiten weit über das hinaus, wofür Gerätebeschreibungen konzipiert sind und ist auch nicht auf verfahrenstechnische Geräte beschränkt. Wie die Produkte einiger Firmen beweisen, kann FDT genauso für typische Produkte der Fertigungs-Automatisierung eingesetzt werden. Motorstarter von ABB und Niederspannungsschaltgeräte von Möller gehören beispielsweise zu dieser Kategorie. Und vor allem ist FDT eine offene Technologie, die von keinem Marktführer dominiert und kontrolliert wird, und die den meist mittelständischen Feldgeräteherstellern keine neuen Fesseln anlegt. 4.2. Entwicklung FDT geht auf Ideen der Firmen ABB und Siemens zurück. In einer Arbeitsgruppe des ZVEI wurde von diesen Firmen bereits 1998 eine erste Spezifikation erstellt. Der ZVEI gewährte der Profibus-Nutzerorganisation die Rechte zur Nutzung und Weiterentwicklung von FDT. Im Jahr 2001 lag als Arbeitsergebnis die Version 1.2 vor. FDT ist eine Technologie für Plant Asset Management Systeme, unabhängig von spezifischen Feldbussen. FDT kann beispielsweise angewandt werden für HART, Profibus, Foundation Fieldbus, Interbus S, Device Net oder AS-i. Der Entschluss, FDT aus der Profibus-Nutzerorganisation herauszulösen, war also naheliegend und beweist den Weitblick dieser Organisation. Damit bot sich die Chance, FDT auch für Firmen zugänglich zu machen, die nicht mit Profibus arbeiten. Die Rechte zur Nutzung und Weiterentwicklung wurden daher im Jahr 2003 an die neu gegründete FDT Joint Interest Group (FDT JIG) übertragen. ABB, Endress+Hauser, Invensys, Metso Automation und Siemens haben die Gründung maßgeblich vorangetrieben. In Arbeitsgruppen für Spezifikation, Testen und Zertifizieren sowie Marketing wird FDT weiter entwickelt und an den weltweiten Märkten verbreitet. Schon früh haben viele kleine und mittelständische Firmen aber auch einige Großunternehmen die Vorteile und Chancen der Technologie erkannt und sind auf den Zug aufgesprungen. Heute werden Produkte und Dienstleistungen von mehr als 50 Firmen am Markt angeboten. 4.3 Grundlagen FDT steht für Field Device Tool, obwohl FDT kein Tool ist, sondern eine Software-Spezifikation. Sie entwickelt sich derzeit zum Standard für die Integration von intelligenten Feldgeräten in Software-Systeme. Es eignet sich daher sowohl für Stand-alone-Tools als auch für die Integration in SPS- und PLS-Engineering-Systeme. Für beide Einsatzfälle gibt es konkrete Produktbeispiele. FDT spezifiziert die Schnittstelle zwischen einem so genannten FDT-Frame und Device Type Managern DTM (Bild ): · Ein FDT-Frame ist eine Software-Applikation mit einer grafischen Bedienoberfläche, die Funktionen wie User-Management, DTM/ Geräte-Management, Datenhaltung, Navigation usw. umfasst. · DTMs sind Repräsentanten von intelligenten Feldgeräten bzw. digitalen Kommunikationssystemen. FDT setzt auf die COM-Technologie von Microsoft. Dies impliziert die Anwendung von objektorientierter Software-Technologie, welche die Kapselung von Funktionen gestattet. Bereits hier wird erkennbar, dass FDT dem Leitgedanken folgt, existierende und bewährte Technologien zu nutzen und in geeigneter Weise einzusetzen. Elektropraktiker, Berlin 59 (2005) 7 545 4.4 Vorteile FDT ist eine offene und herstellerunabhängige Technologie. Dies bedeutet, es gibt weder auf der Feldgeräteseite noch auf der Seite der Plant Asset Management Systeme oder der Prozess-Leitsysteme eine Abhängigkeit von speziellen Herstellern. Prinzipiell ist die FDT-Technologie einsetzbar für jede Art von intelligenten Geräten und zwar ohne Rückwirkung auf bereits bestehende Geräte-Implementierungen. Einzige Voraussetzung ist eine digitale Kommunikationsschnittstelle. Somit ist die Anwendung bei allen gängigen Feldbussystemen möglich. Selbst proprietäre Kommunikationsschnittstellen können eingebunden werden. Im Gegensatz zu Ansätzen auf der Grundlage von Gerätebeschreibungssprachen erlaubt die FDT-Technologie die uneingeschränkte Nutzung aller Gerätefunktionen. Anwender wie Hersteller können daraus Nutzen ziehen. Aufgrund der bereits erwähnten Eigenschaften von FDT wird auch schnell klar, dass diese Technologie in jeder Branche vorteilhaft genutzt werden kann. Die Branchen der Prozess-Industrie können genauso bedient werden wie die der Fertigungs-Automatisierung. Das ist auch der Grund, warum Hersteller der unterschiedlichsten Branchen diese Technologie bereits nutzen. Eine weitere wichtige Eigenschaft von FDT ist die Möglichkeit der vertikalen Integration über mehrere kaskadierte Kommunikations-Hierarchien. Bisher war es nur in herstellerspezifischen Konfigurationen möglich, beispielsweise von einem PAM-System mit Ethernet-Anschluss über eine Profibus-Ebene und ein dezentrales Peripherie-System mit einem HART-Gerät zu kommunizieren. FDT bricht diese herstellerspezifischen Konfigurationen auf und ermöglicht dieselben Funktionen mittels einer offenen Technologie. Grundsätzlich wird jedes Gerät in einer Anlage durch ein Software-Programm namens Device Type Manager (DTM) repräsentiert. Frame und DTM verständigen sich über die FDT-Schnittstelle, die gemäß den Vorgaben der Microsoft COM-Technologie spezifiziert ist. Bei einem DTM handelt es sich um ein COM-Objekt, das ein Gerät im FDT-Frame repräsentiert. Dieses Objekt bietet eine Windows-orientierte Bedienoberfläche des zugeordneten Gerätes einschließlich aller Dialoge und grafischen Anzeigen für Parametrierung, Diagnose, Kalibrierung und mehr. Darüber hinaus bietet es in der Regel auch die Möglichkeit, gerätespezifische Dokumentation zu erzeugen und Daten zu speichern. 4.5 Anbieter Auf Seiten der Leitsysteme ist ABB einer der Vorreiter der FDT-Technologie. Gleich in vier seiner Produkte sind FDT-Frames integriert. Die beiden Firmen Metso Automation aus Finnland und Endress+Hauser haben gemeinsam ein FDT-basiertes Plant Asset Management System entwickelt, das unter dem Namen Field Care seit März 2003 am Markt angeboten wird. Im PACTware Consortium haben sich etwa 20 Firmen zusammengefunden, um ein gemeinsam finanziertes Opensource-Produkt zu entwickeln. Es orientiert sich stark an den Erfordernissen aus Sicht der Gerätehersteller und ist optimiert auf Geräteparametrierung. Weitere namhafte Firmen arbeiten an FDT-Integrationen in ihre bereits vorhandenen Software-Werkzeuge bzw. als Stand-alone-Tools. 4.6 FDT Joint Interest Group Viele Hersteller von intelligenten Feldgeräten, SPS und PLS arbeiten derzeit an der Realisierung von Produkten. Eine ganze Reihe von Produkten ist bereits verfügbar. Dies schafft die Basis für den Markterfolg. Flankierend sind jedoch eine Reihe von Maßnahmen erforderlich, um FDT als Technologie zu vermarkten, weiter zu entwickeln sowie für Qualitätssicherung zu sorgen. Kurz gesagt, FDT brauchte eine Heimat und zwar unabhängig von einer bestimmten Feldbusorganisation. Diese Heimat ist die FDT Joint Interest Group, deren Gründung im ersten Quartal 2003 stattfand. Die treibende Kraft kam ursprünglich von den Firmen ABB, Endress+Hauser, Invensys, Metso Automation und Siemens. Inzwischen arbeiten in den Arbeitsgruppen weitere namhafte Hersteller mit wie beispielsweise Omron, Phoenix Contact und ifm. 4.7 Testwerkzeuge Jede offene Technologie, die von vielen Herstellern unterstützt wird, benötigt Test-Methoden und -Werkzeuge, um das problemlose Zusammenspiel der unabhängig voneinander entwickelten Produkte sicher zu stellen. Je neuer eine Technologie ist, desto mehr Bedeutung kommt diesem Aspekt zu. Diese wichtige Anwender-Anforderung wurde von den Firmen ABB, Endress+Hauser, Metso Automation, M&M Software und Siemens sehr frühzeitig erkannt. In Rahmen eines gemeinsam betriebenen Projektes wurde ein Testwerkzeug geschaffen, das den Test von DTMs auf Verträglichkeit und Übereinstimmung mit der FDT-Spezifikation erlaubt. Hersteller von DTMs und Test-Labors nutzen dieses Testwerkzeug zur Überprüfung der Konformität mit der FDT-Spezifikation. Konkurrierende Technologien Gelegentlich werden die FDT-Technologie einerseits und die Gerätebeschreibungssprachen wie HART DDL und Profibus EDDL andererseits als konkurrierende Technologien dargestellt. Die Profibus Nutzerorganisation sieht hier eine klare Positionierung und Koexistenz von FDT und EDDL. Kurz gesagt bauen Gerätebeschreibungsmethoden grundsätzlich auf der Interpretation von Gerätebeschreibungen auf. Nur die Geräteeigenschaften, die mittels der Beschreibungssprache sinnvoll erfasst werden können, sind daher über entsprechende Werkzeuge zugänglich. Die Betonung hierbei liegt auf dem Wort „sinnvoll“. Diese Vorgehensweise findet für Geräte der Prozessautomatisierung mit niederer bis mittlerer Komplexität immer noch ihre Berechtigung. Geräte mit mittlerer bis hoher Komplexität verschließen sich jedoch dieser Technologie. Hier ist die Flexibilität von grafischen Bedienoberflächen gefragt, die alle Gerätefunktionen Elektropraktiker, Berlin 59 (2005) 7 546 FÜR DIE PRAXIS Steuerungstechnik uneingeschränkt und in bestmöglicher Art und Weise für die Anwender zugänglich machen. Endress+Hauser beispielsweise wird die Koexistenz von HART DDL, Profibus EDDL und Foundation Fieldbus DDL unterstützen. Für die Integration der Feldgeräte in HART Handheld und in die Emerson- und Siemens-PAM-Systeme werden auch künftig die Gerätebeschreibungen benötigt werden. Diese werden darüber hinaus als Ausgangspunkt für die automatische Erzeugung von DTMs genutzt. Die Firma Code Wrights in Karlsruhe, ein Joint Venture von Endress+Hauser und Pepperl+Fuchs, verfügt über eine Compiler-Technologie, die genau diese automatische Erzeugung unterstützt. Somit stellt sich die Frage nach dem „entweder oder“ nicht. Die Lösung heißt vielmehr „sowohl als auch“. Abhängigkeit von Microsoft In der öffentlichen Diskussion um FDT wird von Gegnern dieser Technologie immer wieder die Verlässlichkeit der zugrunde liegenden Microsoft-Technologien angezweifelt. In Marketingaussagen wird vor unsicheren Anlagenzuständen gewarnt, Anwender werden mit diffusen Befürchtungen über die Stabilität und Zuverlässigkeit von FDT und schwer abschätzbaren Folgekosten verunsichert. Man schürt die Angst der Anwender vor einer angeblichen „Microsoft-Abhängigkeit“ der Feldgeräte. Dies zeigt zweierlei: Erstens, die Gegner von FDT nehmen die Sache ernst und zwar deshalb, weil Marktanteile ihrer eigenen Produkte und Systeme, Marktmacht und somit viel Geld auf dem Spiel stehen. Zweitens, sie greifen von der emotionalen Seite an. Offensichtlich lassen sich keine wirklich stichhaltigen technischen Gründe gegen die Nutzung der FDT-Technologie finden. Paradoxerweise wird die Tauglichkeit und Zuverlässigkeit gerade der Microsoft-Technologien angezweifelt, die intensiv als Grundlage für die eigenen Leitsysteme genutzt wird. Alle marktrelevanten Systeme im Bereich SPS, PLS, SCADA, PAM bauen auf Microsoft-Technologien wie Windows, COM, DCOM, OLE, OPC, .Net auf. FDT stellt somit keinen weiteren Schritt in eine Microsoft-Abhängigkeit dar, sondern nutzt konsequent die Möglichkeiten dieser Technologien zum Nutzen der Anwender. Bei genauer, seriöser Betrachtung erweisen sich die Microsoft-Technologien als sehr stabil auch über größere Zeiträume hinweg. Das heutige Windows XP-Betriebssystem beispielsweise unterstützt Schnittstellen, die schon etwa 10 Jahre alt sind. Die subjektiv oft wahrgenommene schnelle Veränderung bei den Microsoft-Produkten verdeckt gelegentlich den Blick auf die tatsächlichen Sachverhalte. In Tat und Wahrheit handelt es sich bei den öffentlich geführten Argumentationen gegen FDT um nichts anderes als um den Versuch, geschlossene Systeme vor einer weiteren Stufe der Öffnung zu bewahren und eine weitere Stufe des Wettbewerbs zu vermeiden. Die Erfahrung lehrt aber, dass Wettbewerb und offene Technologien stets zu wirtschaftlichen Vorteilen für die Anwender geführt haben. Dieses Prinzip wird auch im Fall von FDT nicht versagen. Web Enabled Asset Management Abschließend sei noch kurz auf das Konzept W@M eingegangen. W@M bedeutet „Web Enabled Asset Management“ und steht für ein übergeordnetes Asset-Management-Konzept von Endress+Hauser, das weit über Plant Asset Management hinausgeht. Es umfasst auch die betriebswirtschaftlichen Prozesse während des gesamten Lebenszyklus einer Anlage. Das FDT-basierte Produkt Field Care ist eine wesentliche Komponente in diesem übergeordneten Konzept und stellt die Brücke zwischen den intelligenten Feldgeräten, Bedien-und-Beobachtungs-Systemen und den betriebswirtschaftlichen Systemen dar. Elektropraktiker, Berlin 59 (2005) 7 547 GLOSSAR FDT-Frame Die FDT-Rahmen-Applikation ist eine Windows-Software mit einer grafischen Bedienoberfläche, die Funktionen wie User-Management, DTM/Geräte-Management, Datenhaltung, Navigation usw. umfasst. Device Type Manager (DTM) Ähnlich eines Druckertreibers ist der DTM die zentrale Komponente des FDT-Konzeptes und wird vom Hersteller zur Verfügung gestellt. Er kennt sämtliche Eigenschaften des zugehörigen Gerätes und enthält alle Anwenderdialoge zur Konfiguration und Management. Der Anwender muss sich nicht um gerätespezifische Eigenschaften kümmern. Konfiguration und Diagnose verschiedener Gerätetypen wird in einheitlicher Art und Weise durchgeführt. Comm DTMs Der Zugang zu Parametern und Daten in den Feldgeräten erfolgt über Kommunikations-DTMs (Comm DTMs). Ein Comm DTM ist das Konfigurierungs- und Management-Werkzeug einer Kommunikationsbaugruppe. Es stellt beliebigen DTMs einen Kommunikationskanal für den Datenaustausch mit den Geräten zur Verfügung. FDT Joint Interest Group (FDT JIG) Die FDT JIG wurde Anfang 2003 von Unternehmen wie ABB, Endress+Hauser, Invensys, Siemens und Metso Automation gegründet. Diese Unternehmen bilden heute das Steering Committee. Im November 2004 ist auch das Unternehmen Omron dem Steering Committee beigetreten. Internet: www.fdt-jig.org
Autor
- R. Sommer
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