Weg von proprietären und analogen Kommunikationstechniken und hin zum Einsatz digitaler Feldbusse – dieser Trend dominiert seit einigen Jahren in der Prozessautomation. Unter den Feldbussen ist der Profibus mit seinem Applikationsprofil Profibus Process Automation (PA) wegen seiner großen Verbreitung ein wichtiger Vertreter. Eine Profibus-PA-Implementierung ist allerdings wegen der komplexen unterlagerten Technologie keine einfache Aufgabe. Sie setzt umfassendes Fachwissen und einen hohen Hardware- sowie Software-Entwicklungsaufwand voraus. Gerätehersteller sind deshalb auf der Suche nach Möglichkeiten, die Entwicklungskosten zu senken und die Markteinführung zu verkürzen. Einen besonders einfachen Implementierungsansatz dazu bietet das Produkt PAeasy von Softing Industrial Automation.
Für das bessere Verständnis der Vorteile von PAeasy soll zunächst der Umfang einer Standard-Profibus-PA-Implementierung vorgestellt werden: Mit der Hardware erfolgt die Anbindung des Geräts an das Profibus-PA-Netz, die Abarbeitung der unteren Ebenen der Profibus-Kommunikation sowie die Ausführung der Profibus-PA-Firmware. In der PA-Firmware werden der Software-Teil (d. h. die weniger zeitkritische Funktionalität) des Profibus-PA-Protokoll-Stacks und die Function-Block-Anwendung zusammengefasst. Während der Profibus-PA-Protokoll-Stack für den reinen Datenaustausch über den Feldbus verantwortlich ist, realisiert die Function-Block-Anwendung eine Schnittstelle zur spezifischen Gerätefunktionalität und sorgt dafür, dass alle Gerätefunktionen und -parameter sowie der Zugriff auf diese Daten im gesamten Netz einheitlich sind.
Mindestens 80 Parameter
Einer oder mehrere Transducer-Blocks decken innerhalb eines Profibus-PA-Feldgeräts die Anpassung der einzelnen speziellen Geräteparameter für einen standardisierten Zugriff über den Feldbus ab und übernehmen das Lesen und Schreiben dieser Parameter über die interne Gerätekommunikation, z.B. ein serielles Protokoll. Sie stellen damit eine Schlüsselkomponente der Feldbusimplementierung dar. Dabei muss insbesondere die Anzahl der Parameter beachtet werden, da bereits ein einfaches Profibus-PA-Feldgerät entsprechend dem zugehörigen Geräteprofil mindestens 80 (feste und variable) Parameter unterstützt. Deshalb bedeutet die Transducer-Block-Implementierung mit der zugehörigen Vorverarbeitung oft das Schreiben langer und unübersichtlicher Programme mit vielen Fehlermöglichkeiten. Entsprechend hoch ist daher der Entwicklungs- und Testaufwand.
Die Implementierungsarbeiten für ein Profibus-PA-Feldgerät mit einer individuellen Hardware- und Software-Entwicklung sind also sehr aufwändig. Deshalb vergeht vom ersten Entwurf für ein Gerät bis hin zur endgültigen Gerätezertifizierung oft mehr als ein Jahr, was Gerätehersteller häufig abschreckt. Ansätze, die auf dem Einsatz von Fertigkomponenten für die Hard- und Software basieren mit dem Ziel, die Entwicklungskosten zu senken und die Feldgeräte schneller auf den Markt bringen, sind daher von besonderem Interesse für Gerätehersteller.
Speziell für Hersteller ohne Feldbuserfahrung, die für ihre Geräte einen Profibus-PA-Zugang anbieten wollen und dabei keine besonderen Anforderungen abdecken müssen, wollte Softing einen besonders einfachen Lösungsweg für eine Profibus-PA-Implementierung auf den Markt bringen. Dafür wurden eine Reihe erfolgreicher Profibus-PA-Implementierungsprojekte analysiert und die Eigenschaften der realisierten Feldgeräte verglichen. Ziel war es, eine möglichst große Schnittmenge an Funktionalität zu finden, die mit einer sofort einsetzbaren Implementierung umgesetzt werden konnte. Das Ergebnis war die Entwicklung von PAeasy für die schnelle Realisierung von Messumformern. PAeasy umfasst ein Kommunikationsmodul für die Profibus-PA-Anschaltung, einen darauf ausführbaren Profibus-PA-Protokoll-Stack sowie eine Function-Block-Anwendung.
Diese ermöglicht die Verwendung von bis zu vier Analog-Input-Function-Blocks für den lesenden Zugriff auf bis zu vier Prozesswerte und nutzt einen Transducer-Block für das Lesen bzw. Schreiben von bis zu 25 dynamischen Geräteparametern. Die interne Anbindung an die Geräteparameter ist wahlweise über das serielle Hart- oder das Modbus-RTU-Protokoll möglich. Dazu wurde ein entsprechender Hart- bzw. Modbus-Master entwickelt, der als alleiniger Master den Datenaustausch mit dem Gerät startet und steuert. Da hier in der Regel eine geringere Bandbreite als im Profibus-PA-Netz erreicht wird, stellt die Implementierung über eine passende Strategie sicher, dass im Feldbus aktuelle Daten von guter Qualität zur Verfügung stehen. Dazu muss jedoch ein sicherer und deterministischer Datenaustausch gewährleistet werden.
Für die mögliche Verwendung von PAeasy mit beliebigen Feldgeräten ist es wichtig, dass die einzelnen Parameter individuell entsprechend den Geräteeigenschaften festgelegt werden können. Dies wird durch eine Konfiguration über eine MS-Excel-Tabelle erreicht, in der die gerätespezifischen Angaben festgelegt werden. Sie umfassen etwa die Profibus-Identifikationsnummer und die Herstellerkennung. Darüber hinaus sind hier die Kommunikationsbefehle und Geräteadressen angegeben, mit denen die Prozesswerte und Geräteparameter gelesen werden. Auch die Daten für die Erzeugung der Statusinformation werden hinterlegt. Die Festlegungen in dieser Tabelle werden dann über ein Generatorwerkzeug in die Function Block-Anwendung eingebunden und anschließend auf das Kommunikationsmodul übertragen.
Kleines Kommunikationsmodul
Damit bietet PAeasy einen schnellen und einfachen Weg für die Implementierung von Profibus-PA-Messumformern. Lars Mickan, verantwortlicher Produktmanager bei Softing: „PAeasy kommt vielen Geräteherstellern entgegen und erfordert für die Implementierung keine Feldbuskenntnisse und keinen Programmieraufwand. Nur eine Konfiguration der jeweiligen Geräteeigenschaften ist dafür notwendig." Dies ermöglicht die komplette Entwicklung eines Profibus-PA-Geräts innerhalb weniger Tage. Auch die Zertifizierung von Hard- und Software ist bereits vorbereitet und vereinfacht den Registrierungsprozess des Feldgeräts. Zur großen Akzeptanz von PAeasy trägt auch das verwendete Kommunikationsmodul bei. Es ist mit einer Größe von 40 x 40 mm klein genug, um in vielen Feldgeräten eingesetzt werden zu können. Es hat einen geringen Strombedarf und steht ebenfalls mit einer Ex-Zertifizierung zur Verfügung.
