Anwender diskutieren in Leverkusen über Potenziale des Foundation Fieldbus

In der Realität angekommen

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25.02.2011 Die Zahl der Installationen ist – vor allem in Deutschland – nach wie vor relativ gering. Dennoch ist der Foundation Fieldbus inzwischen in der betrieblichen Wirklichkeit angekommen. Auf der FF-Konferenz in Leverkusen diskutierten Anwender und Lieferanten über die nächsten Schritte und die Nutzenpotenziale, die zusätzlich noch in der Feldbustechnik stecken. Darunter der Einsatz für die Kommunikation mit SIL-Kreisen sowie Control in the Field.

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Entscheider-Facts Für Betreiber

  • Nach wie vor gehen viele Automatisierungsplaner in Unkenntnis der Leistungsfähigkeit der Feldbustechnik von einem zu konservativen Design der Feldbusstränge aus. Dadurch wird der Feldbus zu teuer.
  • Zu den Potenzialen, die sich mit Feldbustechnik erschließen lassen, zählen insbesondere eine höhere Genauigkeit bei der Signalübertragung, die Nutzung mehrerer Prozessvariablen mit einem Gerät sowie die Diagnose und das Plant Asset Management.
  • Beim Thema Control in the Field zeichnen sich erste Anwendungen ab.
  • Die Nutzung des Foundation Fieldbus für Sicherheitskreise wird von Anlagenbauern und Betreibern begrüßt, allerdings in unterschiedlicher Ausprägung.

Das Potenzial des Feldbusses ist bei Weitem noch nicht ausgeschöpft“, stellte Dr. Niels Kiupel, Abteilungsleiter Produktion und Fertigung bei Evonik-Degussa auch auf der 6. Foundation Fieldbus Anwenderkonferenz erneut fest. Nach wie vor, so Kiupel, gehen viele Automatisierungsplaner in Unkenntnis der Leistungsfähigkeit der Feldbustechnik von einem zu konservativen Design der Feldbusstränge aus: Mit lediglich 4 bis 6 von theoretisch möglichen 31 Feldgeräten und aus Anwendersicht in der Praxis realistischen 16 Geräten pro Strang sowie kurzen Stichleitungen und nur einer Regelung pro Feldbusstrang ist die Feldbusinstallation tendenziell zu teuer. Die Folge: Auch 17 Jahre nach Gründung der Fieldbus Foundation wird selbst bei Neuanlagen noch häufig konventionell in 4…20-mA-Technik verdrahtet. Dabei ist das Machbare, so Kiupel, noch längst nicht ausgereizt. Erschwert wird die Situation nach Ansicht des Automatisierungsspezialisten dadurch, dass es inzwischen vier grundsätzlich verschiedene Varianten zur Signalübertragung gibt:

  • 4…20-mA-Technik
  • Feldbus (Foundation Fieldbus, Profibus PA)
  • Wireless mit drei konkurrierenden Standards
  • Ethernet im Feld

Doch während Ethernet im Feld noch nicht reif für die Prozesstechnik ist, und die Diskussion um den Wireless Standard noch anhält, bleiben in der 4…20-mA-Technik Funktionen und Potenziale verschlossen, die zu besseren Anlagen (Stichwort Operational Excellence) und besseren Planungsprozessen führen könnten. Dazu zählen insbesondere eine höhere Genauigkeit bei der Signalübertragung, die Nutzung mehrerer Prozessvariablen mit einem Gerät sowie die Diagnose und das Plant Asset Management. Dazu kommen homogene Planungsvorgänge und Automatisierungsstrukturen durch den Einsatz des Feldbusses in PLT-Schutzeinrichtungen, und auch die Entlastung zentraler Leitsysteme durch Regelkreise vor Ort (Control in the Field) hat Potenzial.
Marc Birkenkamp von Bayer MaterialScience zeigte das Zusammenspiel zwischen Foundatione Fieldbus und einem umfassenden Plant Asset Management System basierend auf der Namur-Empfehlung NE 129 und leitete daraus den zukünftigen Weg hin zu übergreifender Diagnose und „intelligenter Alarmierung“ ab. Seine Ausführungen basierten auf Erfahrungen die in der Produktionsanlage im chinesischen Caojing gesammelt wurden. Dort sind nahezu 11 000 FF-Geräte im Einsatz, darunter ca. 3 000 Stellungsregler.

In der Diskussion zum Thema Safety und Control in the Field, die von der CT-Redaktion moderiert wurde, war allerdings zu erkennen, dass einzelne Anwender, die den Feldbus bereits einsetzen, inzwischen ernsthaft über Control in the Field (CIF) nachdenken. So berichteten Anwender aus dem Chemiepark Marl, dass man sich von CIF erhofft, die an der Kapazitätsgrenze angekommenen Bussegmente entlasten zu können, um zusätzliche Feldgeräte zu installieren. Außerdem sollen die CPU des Leitsystems sowie die prozessnahe Komponenten entlastet werden. Denn durch die dezentralen Regelkreise sinken der Kommunikationsbedarf auf dem Bus und die für die Regelalgorithmen erforderliche Rechenleistung im Leitsystem.Doch ist der in einem Stellungsregler vorhandene PID-Regler der gleiche oder zumindest so gut wie der Regler im zentralen Leitsystem? Eine Frage, die die Anwender in der Diskussion beschäftigte. „Die Ein- und Ausgangsparameter sind standardisiert, doch die Regelalgorithmen sind andere“, beantwortete Tim Henrichs, Yokogawa, die Frage. Allerdings kann durch die dezentrale Regelung die Regelgüte per se steigen, da die Abtastraten höher und die Latenzzeiten im Regelkreis kürzer sind. Ein Aspekt, der bei schnellen Durchfluss- und Druckregelungen zum Tragen kommt.Bei einer neu installierten Feldbusanlage bei Sasol will man die Anlage mit den im Leitsystem installierten Reglern anfahren und dann nach und nach die Regelfunktion ins Feld verlagern, um zu einer höheren Regelgüte zu gelangen und mehr Geräte an einem Busstrang betreiben zu können. Thomas Kasten, Marcom Manager bei Pepperl+Fuchs und Vorsitzender des deutschen FF-Marketingkomitees, berichtete außerdem von einem weiteren Nutzenaspekt von Control in the Field: Beim Chemieunternehmen Shin-Etsu konnten per CIF zwei unvorhergesehene Stillstände vermieden werden, wodurch der Hersteller mehrere Hunderttausend Euro Umsatzausfall vermeiden konnte.Dennoch äußerten einzelne Betreiber Bedenken: „Was passiert, wenn das Leitsystem die Verbindung zum Regelkreis im Feld verliert?“ oder „Wie dokumentiert man Control-in-the-Field-Installationen?“ „Man sollte Control in the Field nicht zur Religionsfrage machen“, warnte Volker Wehres vom Automatisierungsanbieter Emerson. Und so wird die Technik – zumindest von hiesigen Betreibern – wahrscheinlich vor allem dann genutzt werden, wenn die Installation an ihre Kapazitätsgrenzen kommt.

Safety-Kommunikation
über den Feldbus

Erstaunlich entspannt blieben die Anwender bei der Frage, ob der Feldbus auch für Sicherungsaufgaben genutzt werden kann. Bereits im Plenarvortrag zitierte Tim Henrichs die Namur-Empfehlung NE 97: „Moderne Bustechnologie erlaubt … auch die gemeinsame Nutzung von Betriebs- und Schutzfunktionen. In diesem Falle ist allerdings darauf zu achten, dass die eindeutige Trennung auf der Protokollebene erfolgt.“ Gerade der Anlagenbau verspricht sich von der homogenen Automatisierung ohne separate und spezielle Strukturen für die „Safety Instrumented Functions“ (SIF) eine einfachere und kostengünstigere Planung und Realisierung. Und auch die Chemiebetreiber wollen durch die Nutzung von SIL-Geräten in Sicherheits- und Prozessapplikationen ihre Lagerhaltung vereinfachen. Shell und Saudi Aramco haben sich unlängst für den Einsatz des Feldbusses für Sicherungsaufgaben ausgesprochen und wollen bereits konkrete Projekte umsetzen, wenn dazu Feldgeräte verfügbar sind.
Doch „macht man sich die Verfügbarkeit der Anlage kaputt, wenn man eine einzige Physik sowohl für Automatisierungs- als auch für Sicherungsaufgaben benutzt?“, fragte ein Anwender. „Wenn der Foundation Fieldbus einmal läuft, dann läuft er sehr zuverlässig“, berichtete ein anderer Betreiber. Geht es nicht darum, Kabel einzusparen, sondern vor allem um eine einheitliche Struktur und Planung, bleibt jedoch auch die Option, getrennte Systeme aber dieselbe Technik für Sicherheits- und Prozesssignale zu nutzen.
Fazit: Noch vor einem Jahr, bei der FF-Anwenderkonferenz im Industriepark Höchst, wurden die Themen „Control in the Field“ und „Feldbus für Sicherungsaufgaben“ von den Anwendern überwiegend kritisch diskutiert und allenfalls als Zukunftsperspektive betrachtet. Ein Jahr später hat sich das Meinungsbild bereits verändert und sind erste konkrete Ansätze in der Praxis zu sehen. Doch es gibt noch viel zu tun: Das Potenzial des Feldbusses ist bei Weitem noch nicht ausgeschöpft.

Weiterentwicklung
Wireless und Remote I/O

Zwei aktuelle Projekte für die Weiterentwicklung des Foundation Fieldbus sind die Profilspezifikationen für die Drahtloskommunikation (Wireless) sowie Remote I/O. Für Letztere sollen Profile für Gateways und intelligente RTUs (Remote Terminal Unit) definiert werden. Die Transportverbindung zwischen verteilten und zentralen Netzknoten (Backhaul) soll künftig auf High Speed Ethernet (HSE) basieren. Außerdem soll Hart-Diagnose zur Architektur der Feldbusdiagnose bei FF zugeordnet werden (Mapping).

Beim Thema Wireless und FF ist man einen Schritt weiter: So wurden im Oktober 2010 die vorläufige Wireless IO-Spezifikation verabschiedet. Im ersten Quartal 2011 soll die finale Spezifikation folgen.

 

 

 

Heftausgabe: März 2011

Über den Autor

Armin Scheuermann, Redaktion
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