Diagnose – die dritte Generation der Dezentralisierung

1987 – Festo erfindet die Ventilinsel und begründet damit die erste Generation der Dezentralisierung. Über Feldbussysteme wird eine dezentrale Installation von E/As außerhalb des zentralen Schaltschranks möglich. Mit der Ventilinsel lässt sich die zunehmende Komplexität der Maschinen beherrschen – inklusive Verschlauchung, Verdrahtung und Ansteuerung.

1997 – Aus dem Festo Trend der direkten Maschinenmontage von E/As in IP65 ist ein etablierter Markt geworden. Mit der Ausgestaltung unterlagerter Subsysteme und kompakteren Ventilinseln wie der CPV für die direkte Maschinenmontage beginnt die zweite Generation der Dezentralisierung. Hybridleitungen bringen Energie und Daten an unterlagerte E/A-Module und Ventilinseln. Maschinen werden kompakter, kurze Schläuche erhöhen die Performance. Alle Komponenten verfügen über integrierte Diagnoseleistungen. Weiteres Beispiel: die Zylinder-Ventil-Kombination DNCV von Festo als Subsystem mit integrierter Diagnose.

2005 – Aus der zentralen Steuerung werden vorverarbeitende Funktionen und erweiterte funktionsorientierte Diagnoseleistungen in die Feldgeräte dezentralisiert. Jetzt heißt es nur noch Parametrieren statt Programmieren. Diese Mehrleistungen werden durch die Verbindung von Mechanik, Elektrik und Pneumatik, kombiniert mit dem spezifischen mechatronischen Anwendungs-Know-how des Unternehmens, erst möglich. Integrierte ASICS machen die pneumatische Steuerkette intelligent – und zwar ganzheitlich vom überwachten Ventil bis zum Aktuator und über die Sensoren zurück zu den Eingängen. Feldbusse übernehmen die Kommunikation der Daten über standardisierte Diagnosekanäle.

Mit der Integration des Front-End-Controllers CPX-FEC von Festo als elektrische Brücke zur Ventilinsel hat die dritte Generation der Dezentralisierung ihren Durchbruch geschafft. Funktionsorientierte Diagnose erhöht die Verfügbarkeit von Maschinen. Zusätzlich integrierte Vorverarbeitung entlastet die zentrale SPS und bringt IT-Dienstleistungen wie SMS/E-Mail-Alarm, Web-Server und Ethernet zusätzlich in die Ventilinsel.

Raus aus dem Schaltschrank

Der Trend ist nicht aufzuhalten: Immer mehr Funktionen wandern vom Schaltschrank und der dort platzierten Steuerung ins Feld und zu den zugehörigen Feldgeräten. Damit folgen Funktions- und Technologiemodule den E/A-Modulen. Die Varianz in der Hardware von Feldgeräten wird durch Parametrierfunktionen via Software ersetzt. Zusätzlich kommen vorverarbeitende Funktionen – insbesondere Diagnose- und Überwachungs- (Monitoring-)Funktionen – zum Einsatz.

Synergien entstehen bei den Diagnosefunktionen durch die feldnahe Ansteuerung von kompletten Steuerketten. Dabei spielen Ventilinseln eine besondere Rolle in der Pneumatik. Erst mit der Dezentralisierung konnten vorverarbeitende Diagnosefunktionen entstehen. Sie umfassen eine komplette Steuerkette für die Ansteuerung von Ventilen, Überwachung der Lastspannungsversorgung für Ventile, zugeordnete Sensoren und Ausgänge. Eine zentrale Steuerung oder ein neutrales Remote I/O war dazu bislang nicht in der Lage.

Komponentendiagnose

Eine Komponentendiagnose ermöglicht detailliertes Monitoring von Störungsursachen der pneumatischen Ventile und der an ein Terminal angeschlossenen Sensoren und Aktuatoren.

Störungsursachen können sein:

• Kommunikationsfehler wie unterbrochene Feldbusse,
• Fehler bei der Energieversorgung wie instabile Spannungs- oder Druckversorgung,
• Gerätefehler wie ein defektes Modul oder gestörte interne Verbindungen,
• Peripheriefehler wie defekte Leitungsverbindung, gestörte Sensoren und Aktuatoren,
• Prozessfehler wie Laufzeit- oder Kontextfehler,
• Fehler durch Bedien- und Servicepersonal und zufällige Fehler.

Highlights

Besonders Fehler durch Bedien- und Servicepersonal sowie zufällige Fehler führen oft zu langen und teuren Stillstandszeiten. Die Erkennung einer mechanisch gerasteten Handhilfsbetätigung kann elektronisch ausgewertet und als Diagnose-Information via LED-Anzeige, vor Ort über Handheld oder via Feldbus an eine übergeordnete Steuerung kommuniziert werden – kanalgenau mit klarer Lokalisierung der Fehlerursache. Die erkannte Störungsursache sowie alle herkömmlichen Fehler werden in einem Diagnose-Trace in dem Terminal standardmäßig abgespeichert. Dieser Algorithmus lässt eine Erkennung von sporadisch auftretenden Störungen auf einfachste Art und Weise zu. Das bietet bisher kein anderer Steuerungshersteller oder Anbieter von Feldgeräten.

Präventive Wartungsfunktionen…

…ergänzen aktuell das Diagnosekonzept von Festo. Dafür wird ein Condition Counter per Ventilspule implementiert. Dies ist ein elektronischer Wartungsplan zur Zustandsüberwachung, welcher vom Anwender parametrierbar steuerkettengenau ein Wartungssignal generiert.

Status- und Diagnose-Informationen des Prozesses, der Geräte und der Peripherie werden nicht nur in Bits und Bytes, sondern in Klartext und Bild dargestellt. Zusätzlich bringen Browser-Technologie sowie E-Mail-Alarme Transparenz in die Produktion – unabhängig vom Ort, an dem man sich befindet.

Das Diagnosekonzept von Festo ist flexibel. Als partnerschaftliche Lösung ermöglicht es die Anbindung an Steuerungen und Systeme der Marktführer sowie übergreifend alle IE-Protokolle wie Modbus TCP/IP, Ethernet/IP und demnächst ProfiNet.

Mechatronische Integration

Mit dem Diagnosekonzept entstehen Funktionseinheiten zur kompletten Ansteuerung und Überwachung von Subfunktionen der Maschinen und Anlagen. Mit der Integration durch Mechatronik sinken die Installationskosten und durch die Integration spezifischer Diagnosefunktionen die Betriebskosten und Stillstandszeiten.