FF-Technologie - neue Möglichkeiten durch Feldgerätediagnose
FF-Technologie - neue Möglichkeiten durch Feldgerätediagnose
FF-Technologie - neue Möglichkeiten durch Feldgerätediagnose
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<strong>FF</strong>-<strong>Technologie</strong> - <strong>neue</strong> <strong>Möglichkeiten</strong><br />
<strong>durch</strong> <strong>Feldgerätediagnose</strong><br />
Sven Seintsch,<br />
BIS Prozesstechnik GmbH<br />
NAMUR AK 2.6 „Feldbus“
Inhalt<br />
� Diagnose nach NE 107<br />
� Beispiele zur <strong>Feldgerätediagnose</strong><br />
� Verwendung der Gerätediagnose bei den Anwendern<br />
� Statussignale bei Feldbussystemen<br />
� Umsetzung im PLS<br />
� Fazit<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 2
Prüflabor, BIS Prozesstechnik<br />
� unabhängiges Prüflabor für MSR-Technik seit 1956<br />
o Mitglied in: NAMUR, WIB, IGR<br />
Ziel<br />
� Test von Feldgeräten<br />
� Test von <strong>neue</strong>n <strong>Technologie</strong>n und Systemen<br />
� Information über elektrische-und Messgeräte, Testberichte,<br />
Guidelines, Warnungen und Sicherheitsinformationen<br />
� Einflussnahme und Interpretation von Standards und Normen<br />
Arbeitsgebiete<br />
� Test-Center Feldbus<br />
� Typprüfung von Feldgeräten<br />
� Test-Center EMV<br />
� Test Center Aktorik<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 3
Test-Center Feldbus<br />
Erfahrung mit Feldbus-<strong>Technologie</strong><br />
- Center of Excellence for Fieldbus<br />
Foundation<br />
- Profibus Competence Center<br />
- erste Feldbusuntersuchungen 1998<br />
� Schulungen<br />
� Inbetriebnahme<br />
� Fehlersuche<br />
� Typprüfung nach NE 95<br />
� Applikationsspezifische Untersuchungen<br />
� 10 verschiedene Leitsysteme<br />
� mehr als 120 Feldgeräte<br />
� diverse Speisegeräte und<br />
Verbindungstechnik<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 4
Diagnose: Was ist nicht gemeint?<br />
� Nutzung von Messungen zur Diagnose von<br />
verfahrenstechnischen Assets<br />
(z. Bsp. Wärmetauscher)<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 5
Diagnose: Was ist gemeint?<br />
� Feldgeräte-interne Diagnose<br />
Selbstüberwachung und Diagnose von Feldgeräten<br />
o im folgenden Konzentration auf diesen Punkt<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 6
Diagnose: Was ist gemeint?<br />
� Feldgeräte-interne Diagnose:<br />
„analysiert Zustandsinformationen, z. B. aus der Überwachung,<br />
mit dem Ziel, Ursachen von Fehlfunktionen zu ermitteln.“<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 7
Teil 1 der NE107<br />
Grundlegende Anforderungen an die Diagnose<br />
� „...Diagnose muss verlässlich sein...“<br />
� „…Hinweis auf nicht eingehaltene Betriebsbedingung geben…“<br />
� „…Überwachung des Abnutzungsvorrates…“<br />
� „…Diagnose muss zeitnah erfolgen…“<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 8
Teil 1 der NE 107<br />
� „die Ergebnisse der Selbstüberwachung und Diagnose sind auf<br />
4 Statussignale abzubilden...“<br />
Ausfall<br />
Funktionskontrolle<br />
Wartungsbedarf<br />
Außerhalb der<br />
Spezifikation<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 9
Teil 2 der NE 107<br />
� Anhänge der NE 107<br />
� „...listet die wichtigsten Fehler und Fehlzustände<br />
sowie deren Priorität aus Sicht der Anwender auf“<br />
– Nach Messverfahren/-aufgabe unterschieden<br />
(F, L, P, T)<br />
� Beispiele:<br />
- Gasblasen bei Durchflussmessungen<br />
- Anhaftungen bei Standmessungen<br />
- Korrosion bei Druckmessungen<br />
- Abrasion bei Armaturen<br />
mehr als 35 Messverfahren, mehr als 500 Detailfehler<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 10
Anhänge der NE 107<br />
Anspruch<br />
� an eindeutige, zuverlässige Diagnose ist hoch<br />
� Herausforderung an die Hersteller<br />
Diagnoseparameter<br />
� nur Diagnose-Indikatoren<br />
Komplexe Zusammenhänge<br />
� Zuordnung von geräteinternen Diagnoseparametern<br />
zu einer eindeutigen Ursache<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 11
Beispiele gelungener<br />
<strong>Feldgerätediagnose</strong><br />
� Durchfluss: Belagsbildung im Messrohr<br />
Die Belagsbildung im Messrohr eines Coriolis-Masse<strong>durch</strong>flussmesser<br />
ist bekannt, aber ab einem gewissen Grenzwert nicht mehr tolerabel.<br />
Quelle: E&H<br />
Nach 5 Monaten Betrieb mit einem adhesiven Medium hat sich die Rohr-<br />
Dämpfung um +14 % geändert.<br />
Auswirkung<br />
auf die<br />
Rohrdämpfung<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 12
Beispiele gelungener<br />
<strong>Feldgerätediagnose</strong><br />
� Durchfluss: Belagsbildung im Messrohr<br />
Die Belagsbildung im Messrohr eines Coriolis-Masse<strong>durch</strong>flussmesser<br />
ist bekannt, aber ab einem gewissen Grenzwert nicht mehr tolerabel.<br />
Quelle: E&H<br />
Auswirkung<br />
auf die<br />
Rohrdämpfung<br />
Dies ermöglicht die Diagnose von Belagsbildung am Messrohr<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 13
Beispiele gelungener<br />
<strong>Feldgerätediagnose</strong><br />
� Druck: eine verstopfte Messleitung bei Messblende<br />
Quelle: ABB<br />
Auswertung des Signalrauschens<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 14
Beispiele gelungener<br />
<strong>Feldgerätediagnose</strong><br />
� Druck: eine verstopfte Messleitung bei Messblende<br />
Quelle: ABB<br />
Signalrauschen, Indikator für eine verstopfte Messleitung<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 15
Beispiele gelungener<br />
<strong>Feldgerätediagnose</strong><br />
� Durchfluss: Geräteverifikation<br />
Sensor<br />
K<br />
M<br />
Impulse<br />
Steifigkeit Stiffness<br />
1000<br />
100<br />
10<br />
Sensor<br />
Verändert<br />
1<br />
Testimpulse<br />
Sensorreaktion<br />
Sensorsignal<br />
Water Wasser Heavy Flüssigkeit Fluid mit<br />
Water Wasser Erosion mit Erosion<br />
höherer Dichte<br />
0 50 100 150<br />
Quelle: Emerson<br />
Frequency Frequenz<br />
Masse Mass<br />
Prozess/Sensor<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 16
Beispiele gelungener<br />
<strong>Feldgerätediagnose</strong><br />
� Durchfluss: Geräteverifikation<br />
K<br />
M<br />
Impulse<br />
Testimpulse<br />
Sensorreaktion<br />
Rohrsteifigkeit, Indikator für:<br />
Erosion<br />
Rissbildung<br />
Lochfraß<br />
Belag<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 17
Beispiele gelungener<br />
<strong>Feldgerätediagnose</strong><br />
� Stellgeräte: partial stroke test<br />
o manuell oder automatisiert ausgelöste Stellsignalsprünge<br />
o Vergleich der Sprungantworten<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 18
Beispiele gelungener<br />
<strong>Feldgerätediagnose</strong><br />
� Stellgeräte: partial stroke test<br />
o manuell oder automatisiert ausgelöste Stellsignalsprünge<br />
o Vergleich der Sprungantworten<br />
Sprungantwort, Indikator für Verschleiß<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 19
Umsetzung der NE 107<br />
� aktueller Stand<br />
o Neue Feldgeräte sind / werden nach NE 107 entwickelt und generieren<br />
Statussignale nach NE 107<br />
o Abbildung erfolgt am Gerät und im Gerätetreiber<br />
z.B. Gerätedisplay außerhalb<br />
der Spezifikation<br />
z.B. Gerätetreiber<br />
Funktionskontrolle<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 20
Umsetzung der NE 107<br />
� aktueller Stand Teil 2 (Anhänge)<br />
Geräte<br />
� noch Schwächen bei der eindeutigen Zuordnung von<br />
Fehlern bzw. Fehlzuständen<br />
Anwenderwissen<br />
� erforderlich zur eindeutigen Ursachenbestimmung<br />
Komplexität<br />
� kaum Lösungen für eine eindeutige Diagnose<br />
� manche Fehler sind nicht detektierbar<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 21
Was tun die Anwender?<br />
Anwender<br />
Situation Herausforderungen<br />
Geräte<br />
Herausforderungen<br />
Signale<br />
o nutzen vorhandene <strong>Feldgerätediagnose</strong>n nur<br />
selten<br />
o scheinen zuverlässig zu arbeiten<br />
o nach NE 107 nicht flächendeckend im Einsatz<br />
o eingesetzte Kommunikationstechnik wird immer<br />
noch dominiert von der 4-20 mA-Technik (HART)<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 22
Was tun die Anwender?<br />
Voraussetzung für die breite Nutzung ist der Feldbus<br />
� steigende Anzahl von Feldbusanwendungen<br />
� Infrastruktur zur digitalen Kommunikation ist automatisch<br />
vorhanden<br />
� neben den Messwerten können auch Diagnoseindikatoren (z.B.<br />
Rohrdämpfung) übertragen werden<br />
� Status wird permanent übertragen (Mehrwert gegenüber 4-20 mA)<br />
� zentrale Bedienmöglichkeit der Geräte<br />
� zentrale Wartungskonsole zur Gerätediagnose<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 23
Statussignale bei Feldbussystemen<br />
� Zuordnung zu den Statussignalen erfolgt im Gerät<br />
o Applikationsspezifische Einstellung<br />
• z.B. Abnutzungsvorrat<br />
o Sinnvolle Defaultwerte sind nötig (Hersteller)<br />
o Bei späterer Optimierung können die Statussignale gezielt gesetzt<br />
werden (Engineering-Aufwand)<br />
Ereignisse im<br />
Feldgerät<br />
………<br />
………<br />
………<br />
………<br />
………<br />
………<br />
Geräteintern<br />
Klassifizierung<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 24
Wer benötigt welche Informationen?<br />
� z.B.: Minimallösung (Kleinanlage)<br />
Anlagenfahrer (Gatekeeper) Wartungspersonal<br />
Ausfall<br />
Funktionskontrolle<br />
Wartungsbedarf<br />
Außerhalb der<br />
Spezifikation<br />
zustandsabhängig<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 25
Wer benötigt welche Informationen?<br />
� z.B.: Großanlage<br />
Anlagenfahrer<br />
Ausfall<br />
Außerhalb der<br />
Spezifikation<br />
Funktionskontrolle<br />
Wartungspersonal<br />
Wartungsbedarf<br />
Ausfall<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 26
Pilotanlage mit NE 107<br />
Stellungsregler – Nullpunktfehler -> Wartungsbedarf<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 27
Pilotanlage mit NE 107<br />
Stellungsregler – Nullpunktfehler -> Wartungsbedarf<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 28
Realisierungsstand bei HART<br />
HART (drahtgebunden)<br />
� NE43 Ausfallsignal 21,5 mA (Stromsignal)<br />
� Infrastruktur muss für HART geeignet sein<br />
� Übertragung des Gerätestatus nur nach Aufforderung<br />
Wireless HART<br />
� zyklisches Lesen des Status<br />
Statussignale nach NE 107<br />
� nicht vorhanden<br />
� Spezifikation zur Umsetzung ist in Arbeit<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 29
Realisierungsstand bei<br />
Foundation Fieldbus<br />
Statussignale nach NE 107<br />
Geräte<br />
PLS<br />
� sind als <strong>FF</strong>-spezifische Alarm-Meldungen implementiert<br />
� Priorisierung und Routing ist möglich<br />
� Erweiterung zum bestehenden <strong>FF</strong>-Standard<br />
� erste Geräte vorhanden (ITK 6.0)<br />
� müssen die <strong>neue</strong>n <strong>FF</strong>-Alarme unterstützen<br />
� Nutzung abhängig vom Leitsystem<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 30
Umsetzung im PLS<br />
Aktuelle Lösungen<br />
� herstellerabhängig<br />
� eigene, teils umfangreiche Symbolik<br />
� eigene Auswertung der Geräteinformationen<br />
Lösung nach NE 107<br />
� fehlt oft<br />
� Auswertebaustein für das Statusbyte fehlt<br />
� keine Standard-Symbole der 4 Statussignale<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 31
Zusammenfassung Gerätediagnose<br />
bei Feldbus<br />
Feldbus bietet eine einfache Möglichkeit zur Gerätediagnose<br />
� Statussignale<br />
- stehen zeitnah zur Verfügung<br />
- können universell verwendet werden<br />
- geben dem Zustand des Feldgerätes<br />
eine einheitliche Symbolik<br />
- sind im Gerät deaktivierbar<br />
� Detailinformationen können über die entsprechende<br />
Geräteintegration (FDT/DTM oder EDDL) ausgelesen werden<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 32
Fazit<br />
� gezielte Nutzung<br />
bei problematischen Anwendungen<br />
� eindeutige Diagnose<br />
vielfach nicht realisiert<br />
� PLS<br />
NE 107 ergänzen<br />
� NE 107 Konzept wünschenswert<br />
Wireless, Ethernet<br />
Motorstarter, Analysentechnik,…<br />
Jan.2012 Sven Seintsch 33
Danke für Ihre Aufmerksamkeit.<br />
BIS Prozesstechnik GmbH<br />
Test Laboratory<br />
Industrial Park Höchst<br />
Building C 619, Room 230<br />
65926 Frankfurt am Main / Germany<br />
Tel.: +49 069/305-2663<br />
Fax: +49 069/305-1 59 78<br />
PTE-testlab@BIS.bilfinger.com<br />
http://www.pte.BIS.bilfinger.com
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