Parametrier- und Diagnosewerkzeuge für Stellantriebe

Begriffe wie Präventive Wartung oder Asset Management sind seit einigen Jahren im Gespräch, und kein Feldgerätehersteller kann sich diesem Trend verschließen. Mit der Namur-Empfehlung NE 107 haben die Betreiber den Feldgeräteherstellern eine sinnvolle Orientierung gegeben. Damit lassen sich Gerätezustände und Rückmeldung in vier Gruppen klassifizieren, die den Anlagenbediener in die Lage versetzen, beim Aufkommen einer Meldung nach einem standardisierten Schema zielgerichtet zu handeln. Damit wird aber nur ein Teil der Geräteparameter erfasst. Die restlichen betreffend, sind die Feldgerätehersteller gefordert, diese vernünftig zugänglich zu machen. Das Sammeln von Daten ist nur der erste Schritt, die sinnvolle Analyse der zweite und die klare Kommunikation nach außen der dritte. Es reicht nicht, einige zusätzliche Sensoren einzubauen, es wird ein durchgängiges Konzept benötigt, um Nutzen aus zusätzlich erfassten Daten zu ziehen. Ein entscheidender Punkt ist die Schnittstelle zum Anlagenpersonal. Ziel muss es sein, diesen Personenkreis in die Lage zu versetzen, aus den ausgewerteten Daten konkrete Handlungen abzuleiten. Wenn das gelingt, werden Inbetriebnahme- und Wartungsvorgänge vereinfacht und die Gerätekonfiguration optimiert.

Gerätedisplay spricht Klartext
Kryptische Parameterbezeichnungen, die im Handbuch nachzuschlagen sind, sind alles andere als nutzerfreundlich. Gerade in kritischen Situationen geht es darum, unter dem Bedienpersonal nicht zusätzliche Verwirrung zu stiften, und deshalb ist hier in den Geräteanzeigen Klartext gefragt. Daraus resultieren gewisse Mindestanforderungen an die Anzeigeelemente eines Feldgeräts. Je komplexer ein Feldgerät, desto höher die Anforderungen. Häufig führt kein Weg an einem grafikfähigen Display vorbei. Prozessautomatisierung ist ein globales Geschäft und es ist notwendig, die Statusanzeigen in eine dem Bedienpersonal geläufige Sprache zu übersetzen. Allerdings müssen neue Funktionen, die im Zuge neuer Firmware-Versionen eingeführt werden, zeitnah in alle Zielsprachen mit übersetzt werden.
Feldgeräte sind in der Regel nicht mit großem Bildschirm und Tastatur oder Maus ausgestattet. Die Hersteller bieten Hilfsmittel, die den Umgang mit den Gerätedaten erleichtern. Da gibt es proprietäre Parametriergeräte oder kostenlose Software die auf PCs oder PDAs mit gängigen Betriebssystemen installiert werden können. Für die Antriebe dieses Anbieters dient hierzu das  „Communication and Diagnostic Tool“, kurz CDT genannt. Die Verbindung zum Gerät erfolgt drahtlos per Bluetooth-Protokoll. Diese Hilfsmittel sind sinnvoll, denn sie erlauben eine wesentlich übersichtlichere Darstellung der Gerätezustände, als es am Gerät direkt möglich ist. Darüber hinaus vereinfachen sie die Inbetriebnahme und Wartung. Es sind aber Situationen denkbar, in denen diese Hilfsmittel nicht verfügbar sind, es jedoch notwendig ist, Gerätezustände abzufragen und/oder auf das Geräteverhalten Einfluss zu nehmen. Bei einem durchdachten Feldgerät ist über die Bedienelemente am Gerät Zugang zu allen Gerätedaten und  Parametriermenüs möglich.
Abgesehen von diesen Situationen ist der Einsatz der Hilfsmittel sinnvoll. Proprietäre Parametriergeräte haben den Nachteil, dass sie separat inventarisiert, gelagert und auch gewartet werden müssen. Bei der Vielzahl von Feldgeräten, die in einer prozesstechnischen Anlage installiert sein können, ist das mit erheblichem Aufwand verbunden. Eine Software, die auf einem handelsüblichen Laptop, Netbook oder PDA installiert wird und mit den standardisierten Schnittstellen arbeitet, hat hier eindeutig Vorteile. Zeitgemäße Tools helfen nicht nur bei der Inbetriebnahme, sondern unterstützen den kompletten Produkt-Lebenszyklus.

Troubleshooting aus der Ferne
Elektrische Stellantriebe dienen zur Automatisierung von Industriearmaturen in prozesstechnischen Anlagen jeglicher Art. Wird ein Fahrbefehl über das Leitsystem abgesetzt, wird erwartet, dass der angesprochene Antrieb diesen ausführt. Geschieht das nicht, so gerät gerade in Inbetriebnahme-Situationen häufig der Antrieb in Verdacht, defekt zu sein. Letztendlich bildet er aber die letzte einer Abfolge von Schnittstellen, von denen jede ursächlich für das Problem sein kann. Hier kommen nun die Diagnosefähigkeiten  des CDT zum tragen. Damit lässt sich der Antrieb schnell als Fehlerquelle bestätigen oder, was viel häufiger vorkommt, ausschließen. Mit dem Fernbedienungsmodul lässt sich der Antrieb über die Software betätigen und somit seine Funktionsfähigkeit nachweisen, mit dem Timeline-Diagramm oder dem Ereignisprotokoll kann festgestellt werden, ob ein Fahrbefehl vom Leitsystem überhaupt beim Antrieb ankommt.
Je nach Problemstellung kann es bei der Ursachenfindung hilfreich sein, konkrete Abläufe zu kennen. Klassiker bei Stellantrieben ist die Aufnahme des Drehmoments über dem Stellweg um die Entwicklung von Schwergängigkeiten zu beurteilen. Der dazu verwendete Prozess-Daten-Monitor ist aber beliebig konfigurierbar, so dass auch Ist- und Sollwert gegenübergestellt werden können oder die Temperaturentwicklung unter Last beurteilt werden kann. Die Darstellung ist nicht auf die Aufnahme von ein oder zwei Kennlinien limitiert, es können parallel beliebig viele Linien aufgenommen werden.
Das Time-Line-Fenster ist die Visualisierung der zeitgestempelten Ereignisse aus dem Ereignisprotokoll. Fahrbefehle, Meldungen, Warnungen, Störungen sind dort auf die tausendstel Sekunde genau protokolliert. Treten beispielsweise immer wiederkehrende Störungen in einem Prozess auf, z. B. das Ansprechen eines Überdruckventils, so kann die Situation zumindest den Antrieb betreffend komplett nachvollzogen werden. Werden im Folgenden die Geräteparameter zur Optimierung verändert, kann die Auswirkung dieser Maßnahme wiederum über das Ereignisprotokoll exakt nachvollzogen werden. Der Ereignisprotokoll-Viewer verfügt über die aus Excel bekannten Filter-, Gruppier-, und Sortierfunktionen, so dass sich nicht relevante Daten schnell und einfach ausblenden lassen. Alle Daten werden auf Basis der standardisierten Extended Markup Language (XML) erfasst und können somit in ein übergeordnetes Anlagen-Ereignis-Protokoll integriert werden. Für die dann notwendige Zeitsynchronisierung aller Teilnehmer gibt es spezielle Dienste, z. B. die Zeitstempelung bei Profibus DP-V2.
Für den Fall, dass zwei Antriebe eine identische Aufgabenstellung haben, einer allerdings durch wiederkehrende Warnungen oder Störungen auffällt, kann das Problem
an unterschiedlichen Einstellungen liegen. Mit dem Baustein „Einstellungen vergleichen…“ lassen sich schnell und komfortabel Unterschiede in den Parametersätzen mehrere Antriebe feststellen. Es ist auch möglich, über integrierte Datenbankfunktionen Einstellungen von einem Gerät auf ein anderes zu übertragen.

Kennlinien über die Betriebszeit erlauben Vergleiche
Um beurteilen zu können, ob ein Antrieb die vorgesehene Aufgabe effizient erfüllt, muss man die Betriebshistorie kennen. Dazu wird eine Vielzahl von Größen permanent erfasst. Für eine vernünftige Einschätzung müssen die Werte in einen Bezug gesetzt werden, das Drehmoment zur Armaturenstellung oder die Motorlaufzeit zur Temperatur. Damit lässt sich erkennen, ob der Antrieb vernünftig eingestellt ist. Problemlos lassen sich diese Kennlinien zur Ferndiagnose zu einem Service-Standort übertragen, wo ein Stellantriebs-Experte schnell erkennen kann, wo es Optimierungspotenzial gibt.
Die wesentlichen lebensdauerrelevanten Größen werden permanent erfasst. Dazu zählen die Temperaturen im Motor, im Getrieberaum und in der Elektronik, das Drehmoment, Schalthäufigkeiten und auf das Gerät einwirkende Vibrationen. Mit diesen Daten lassen sich Wartungsmaßnahmen bedarfsgerecht planbar machen. Der Stell­antrieb ermittelt Wartungszahlen für Dichtungen, den Schmierstoff und elektronische Komponenten. Sie geben klare Hinweise, wann welche Wartungsmaßnahme durchgeführt werden soll. Das Formelwerk zur Berechnung der Wartungszahl beruht auf physikalischen Abhängigkeiten und auf jahrzehntelang erfassten Versuchsdaten.
Fazit: Eine übergeordnete Verarbeitung der Gerätedaten aus automatisierten Stellantrieben erfolgt bislang nur selten. Auf der Geräteebene können die neuen Möglichkeiten bereits heute genutzt werden. Mit Hilfe der Parametrier- und Diagnose-Werkzeuge lassen sich alle am Gerät erforderlichen Maßnahmen komfortabler, schneller und auch besser durchführen. Die Wartungszahlen erlauben, Wartungsmaßnahmen bedarfsgerecht und somit wirtschaftlich zu planen.