Systemdiagnose mit PROFIBUS und SIMATIC. Kurzbeschreibung April 2003

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1 Systemdiagnose mit PROFIBUS und SIMATIC Kurzbeschreibung April 2003

2 Systemdiagnose mit PROFIBUS Fehlervermeidung durch FastConnect Die Notwendigkeit immer höherer Produktivität zwingt zu wachsender Automatisierung der Fertigungen. Die dabei eingesetzten Steuerungssysteme setzen zunehmend auf eine dezentrale Peripherie in Verbindung mit einem Feldbussystem, z.b. PROFIBUS. Damit die Produktionsanlage produktiv und wirtschaftlich eingesetzt werden kann, muss der Betreiber in der Lage sein, Störungsursachen schnell zu erkennen und zu beheben, um die Stillstandszeiten zu minimieren. Dies erfordert leistungsfähige Diagnosesysteme. Dabei wird zwischen zwei Diagnosearten unterschieden: Prozessdiagnose: Ermittlung und Behebung von Fehlern im Produktionsprozess, also außerhalb der Steuerung Systemdiagnose: Lokalisierung und Behebung von Fehlern im Steuerungssystem (inkl. Bus- und Visualisierungssystem) Dabei ist die Systemdiagnose von besonderer Bedeutung, weil sie in jedem Fall erforderlich ist. Neben der Diagnose der Steuerungskomponenten (Baugruppen, Sensoren, Aktoren usw.) und Visualisierungssysteme (z.b. mit WinCC Scope) kommt der Diagnose des Feldbussystems eine immer größere Bedeutung zu. SIMATIC stellt für den PROFIBUS in Verbindung mit SIMATIC S7 ein leistungsfähiges, mehrstufiges Konzept für die Systemdiagnose zur Verfügung. Damit werden Installation, Inbetriebnahme und laufender Betrieb der Anlage vereinfacht sowie ein Beitrag zur Produktivitätssteigerung über die gesamte Lebensdauer der Anlage hinweg geleistet. Das mehrstufige Diagnosekonzept stellt für jede Phase des Anlagenbetriebs verschiedene Methoden und Werkzeuge zur Verfügung: Installation Fehlervermeidung durch FastConnect Inbetriebnahme Überprüfung des physikalischen Busaufbaus mit dem Bus-Testgerät BT 200, inklusive Abnahmeprotokoll Inbetriebnahme, laufender Betrieb Systemdiagnose mit STEP 7 Visualisierung über Systemfehler melden oder Diagnosepaket Online-Leitungsdiagnose mit Diagnose-Repeater Damit ist der PROFIBUS in jeder Anlagenphase diagnostizierbar. Fehlervermeidung durch FastConnect Der korrekte physikalische Aufbau des Bussystems ist Grundvoraussetzung für einen reibungslosen Betrieb der Anlage. Da oftmals unsauber konfektionierte Stecker Anlagenstillstände auslösen, muss bei der Installation besonders sorgfältig gearbeitet werden. Die FastConnect-Anschlusstechnik für PROFIBUS unterstützt und beschleunigt diese Arbeiten wesentlich. Einfach zu handhabende Werkzeuge, Busleitungen und Stecker ermöglichen eine fehlerfreie Montage in Minutenschnelle: FastConnect Stripping Tool (Abisolierwerkzeug; 6GK AA..) FastConnect Standard-Busleitung (6XV E...) FastConnect Busanschluss-Stecker in Schneidklemmtechnik (6ES B , 6GK FC..) Konfektionierung von FastConnect-Busleitungen 2

3 Bus-Testgerät BT 200 Die Installationshilfe für PROFIBUS Zum Ende der Installationsphase wird der physikalische Busaufbau des PROFIBUS-Netzes überprüft. Damit können bei der späteren Inbetriebnahme physikalische Fehler des Feldbusses auf ein Minimum reduziert werden. Protokollierkit für Abnahmen und Dokumentation Bustester BT 200 Bus-Testgerät BT 200 Zur Überprüfung elektrischer PROFIBUS-Netze (RS 485) wird das Bus-Testgerät BT 200 eingesetzt. Es ist eine echte Hilfe bei der Installation dezentraler Automatisierungslösungen mit PROFIBUS. Mit seiner Hilfe kann die Funktionsfähigkeit von Bussegmenten im Offline-Betrieb, also ohne angeschlossenen Master, sichergestellt werden. Technische Daten BT 200 Merkmale Leicht bedienbar, auch ohne spezielle PROFIBUS-Kenntnisse Findet Installationsfehler sekundenschnell Erleichtert die Fehlersuche Verkürzt Inbetriebnahme- und Servicezeiten Erhöht die Anlagenverfügbarkeit Erstellt Abnahmeprotokolle Funktionen Busleitungs-Diagnose (offline) Prüfung auf Leitungsbruch Schnittstelle an PROFIBUS 9-polige Sub-D-Buchse Übertragungsgeschwindigkeit 9,6 Kbit/s bis 12 Mbit/s Versorgungsspannung über eingebauten NiCd-Akku; Ladegerät als Zubehör erhältlich Sprachen Deutsch, Englisch, Französisch, Spanisch, Italienisch (einstellbar) Zulässige Umgebungsbedingungen Betriebstemperatur +5 C bis +45 C Lager-/Transporttemperatur -20 C bis +60 C Relative Feuchte, max. 95% bei +24 C Konstruktiver Aufbau Maße (B x H x T) in mm 210 x 100 x 55 Gewicht, etwa 350 g Schutzart IP 20 Bestell-Nr.-Rumpf Bus-Tester BT 200: 6ES Protokollierkit: 6ES Schirmbruch Leitungstausch A, B Kurzschluss Anzahl eingelegter Abschlusswiderstände Reflexionsstellen (z.b. bei Leitungsbruch) Zusätzlich lässt sich die verlegte Leitungslänge ermitteln, z.b. für Dokumentationszwecke. Test der PROFIBUS-Schnittstellen von Master und Slaves Überprüfung von: RS 485-Treiber interne Spannungsversorgung auf 5 V RTS-Signal Test der Erreichbarkeit Alle erreichbaren Slaves an einem PROFIBUS-Strang werden aufgelistet (Life-List). Auch einzelne Slaves können gezielt angesprochen werden, um die Kommunikationsfähigkeit zu überprüfen. Protokollierfunktion Mit dem zusätzlichen Protokollierkit sind alle Testergebnisse an einen PC übertragbar, wo sie als übersichtliches Prüfprotokoll eingesehen und gespeichert werden können. Damit sind z.b. einfache und schnelle Erstellungen von Abnahmeprotokollen oder Dokumentationen möglich. 3

4 Diagnose-Repeater Online-Diagnose der Busleitung Im laufenden Anlagenbetrieb unterliegen auch die Busleitungen äußeren Einwirkungen, die zu einer Beschädigung führen können. Insbesondere bei besonderer Beanspruchung, z.b. bei Schleppleitungen oder starken Vibrationen, empfiehlt sich eine stetige Überprüfung der Leitungen, um Ausfälle auf ein Minimum zu reduzieren. Montage auf S Profilschiene oder Normprofilschiene LEDs zur Anzeige von DC 24 V, Busaktivität und Leitungsfehler je Segment Klemmenblock für Versorgungsspannung DC 24 V extern 9-polige Sub-D-Buchse zum PG-Anschluss, galvanisch getrennt Anschlüsse der 3 Bussegmente in FastConnect-Schneidklemmtechnik Diagnose-Repeater Diagnose-Repeater Zur Leitungsdiagnose im laufenden Anlagenbetrieb steht der Diagnose- Repeater zur Verfügung. Er wird als RS 485-Repeater in das PROFIBUS-Netz integriert und verfügt zusätzlich über leistungsfähige Funktionen zur Leitungsdiagnose. Der Diagnose-Repeater erkennt folgende Leitungsfehler: Leitungsbruch A oder B Kurzschluss der Signalleitungen gegen Schirm Fehlende oder zuviel eingelegte Busabschlusswiderstände Projektiert wird der Diagnose-Repeater als Normslave in STEP 7, COM PROFIBUS oder über GSD-Datei. Aufbau Anschluss von 3 Segmenten, davon 2 diagnostizierbar Anschluss von max 62 Teilnehmern (31 je diagnostizierbares Segment) Kaskadierung von bis zu 9 Diagnose-Repeatern Einsatz des Diagnose-Repeaters Technische Daten Diagnose-Repeater Übertragungsgeschwindigkeit 9,6 Kbit/s bis 12 Mbit/s Bus-Protokoll PROFIBUS DP, auch mit ProfiSafe und Äquidistanz Teilnehmer je Segment 31, max. 62 je Diagnose-Repeater Schnittstellen Anschluss für Bussegment FastConnect-Schneidklemmtechnik Anschluss für Spannungsversorgung Klemmenblock Versorgungsspannung Nennspannung DC 24 V (20,4 bis 28,8 V) Zulässige Umgebungsbedingungen Betriebstemperatur 0 bis +60 C Transport-/Lagertemperatur -40 bis +70 C Relative Feuchte, max. 95% bei +25 C Konstruktiver Aufbau Maße (B x H x T) in mm 80 x 125 x 67,5 Gewicht, etwa 300 g Schutzart IP 20 Bestell-Nr.-Rumpf 6ES AB

5 Diagnose-Repeater Arbeitsweise Repeater-Funktionalität Der Diagnose-Repeater wird als normaler RS 485-Repeater in das Bussystem integriert, besitzt aber eine eigene PROFIBUS-Adresse. Er verfügt über die Repeater-Funktionalität: Erweiterung von Teilnehmerzahl (max. 127) und Ausdehnung im Bussystem Regenerierung der Signale in Amplitude und Zeit ( Re-Timing ) Potentialtrennung der angeschlossenen Segmente Diagnose-Funktionalität Der Diagnose-Repeater ermittelt, initiiert durch STEP 7 oder COM PROFIBUS, die Topologie des Bussystems. Mit S CPUs ab FW-Stufe V3.1 kann die Ermittlung der Topologie auch aus dem Anwenderprogramm heraus angestoßen werden. Diese Topologie lässt sich in STEP 7 ab Version V5.2 anzeigen. Zusätzlich ist auch die Anzeige der Qualität des Bussystems in STEP 7 in Form von Statistikinformationen möglich. Bei Auftreten einer Störung übermittelt der Repeater als PROFIBUS-Slave automatisch eine Normdiagnosemeldung an den Master. Die Meldung enthält Angaben über: Das betroffene Bussegment Den Fehlerort (z.b. zwischen Teilnehmer X und Y), d. h. die Entfernung der Störstelle vom Repeater bzw. von den Teilnehmern in Metern Die mögliche Fehlerursache, z.b. Kurzschluss der Signalleitung A gegen Schirm Dadurch können auch sporadische Leitungsfehler erkannt und als Diagnose gemeldet werden. Grafische Darstellung des Leitungsfehlers in STEP 7/COM PROFIBUS Die Fehlermeldungen sind in die Systemdiagnose von STEP 7 und COM PROFIBUS vollständig eingebunden. In der Einzeldiagnose des Diagnose-Repeaters werden sie komfortabel grafisch angezeigt. Neben einer Statusinfo zu jedem Segment werden Fehlerort, Fehlertyp und eine entsprechende Abhilfsmaßnahme angezeigt. Anzeige der Topologie in STEP 7 5

6 Funktion Hardware-Diagnose Neben der Leitungsdiagnose mit BT 200 und dem Diagnose-Repeater können während der Inbetriebnahme und im laufenden Betrieb auch die angeschlossenen Master- und Slave-Baugruppen diagnostiziert werden. Dazu stehen in STEP 7 leistungsfähige Funktionen zur Verfügung. Übersichtsdiagnose in HW-Konfig Im STEP 7-Werkzeug HW-Konfig wird die Topologie des Automatisierungssystems in einem Fenster grafisch dargestellt (Übersichtsdiagnose). Diagnosesymbole deuten klar auf vorliegende Diagnoseinformationen der überwachten Geräte hin (z.b. PROFIBUS-Slave gestört/ausgefallen). Sollten weitergehende Angaben benötigt werden, kann direkt aus der Übersicht ein Detailfenster mit ausführlichen Fehlerinformationen im Klartext zu den einzelnen Baugruppen aufgerufen werden (Baugruppenzustand). Bei DP-Teilnehmern reicht die Informationstiefe der DP-Slave-Diagnose dabei bis zur kanalgenauen Angabe eines Fehlers an einem dezentralen Peripheriegerät mit Angabe von Baugruppensteckplatz, Kanalnummer und Fehlerursache im Klartext. Schnelle Übersichtsdiagnose in STEP 7 Der Detaillierungsgrad der Fehlermeldung hängt auch von der eingesetzten Hardware ab. Bei den Dezentralen Peripheriegeräten ET 200 steht dabei ein umfassendes Spektrum zur Auswahl, von low-cost-komponenten bis zu High-Feature-Baugruppen mit umfangreichen Diagnoseinformationen. Auf den Baugruppen selbst befinden sich außerdem Leuchtdioden, die über den Baugruppenstatus Auskunft geben, auf Wunsch sogar kanalgenau. Diagnosepuffer der CPUs Der Baugruppenzustand der CPUs in HW-Konfig zeigt unter anderem auch den Inhalt des CPU-Diagnosepuffers an. Hier werden alle Systemereignisse und anwenderdefinierten Ereignisse mit Zeitstempel eingetragen. Das verschafft zusätzlich einen globalen Überblick über das gesamte Steuerungssystem (siehe Bild links). Sammlung der Diagnosemeldungen im Diagnosepuffer der CPU 6

7 Funktion Systemfehler melden Während des Anlagenbetriebs erfolgt die Überwachung durch das Bedienpersonal mit Hilfe von HMI -Systemen. Auftretende Störungen werden umgehend angezeigt, um eine möglichst schnelle Behebung zu ermöglichen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn neben Prozessmeldungen auch auftretende Systemfehler gemeldet werden. Einfache Meldungsprojektierung Mit der STEP 7-Funktion Systemfehler melden (ab STEP 7 V5.1, WinCC V5.1) ist das ohne großen Programmieraufwand realisierbar: Über eine Parametriermaske werden Inhalt und Aufbau der Fehlermeldung bedarfsgerecht zusammengestellt. Die Fehlertexte werden dabei aus HW-Konfig bzw. aus der GSD-Datei entnommen. STEP 7 generiert dann automatisch alle benötigten Bausteine (Fehler-OBs, Diagnose-FB, Instanz-OBs) und deren Aufruf im S7-Anwenderprogramm. Vom Anwender müssen die erzeugten Bausteine mit dem S7-Projekt lediglich in die CPU geladen werden. Automatische Übersendung von Meldungen an das HMI-System Auf Visualisierungsseite ist der Aufwand ebenfalls gering. Aufgrund der gemeinsamen Datenbasis von STEP 7 und ProTool, der zentralen HMI-Projektierungssoftware, werden bei der Erstellung der HMI-Daten Fehlertexte und alle relevanten Diagnosedaten automatisch übernommen. Das ProTool-Projekt muss lediglich nach einer Datengenerierung auf die HMI-Plattform geladen werden. Zum Bedienen und Beobachten sind geeignet: OP/TP170B, MP270, MP370, MP370-Touch, OP/TP 270 sowie PCs mit SIMATIC ProTool/Pro Runtime Automatische Meldungsanzeige Bei Auftritt eines Systemfehlers, der z.b. von einem PROFIBUS-Slave gemeldet wird, bearbeitet die CPU die Fehler-Bausteine und sendet die entsprechende Meldung aktiv über PROFIBUS oder MPI an das HMI-System. Im HMI-System wird die Diagnoseinformation als Klartextmeldung mit Zeitstempel angezeigt und kann vom Anwender quittiert werden (siehe Bild links). Parametrierung des Meldungsaufbaus und Anzeige im HMI-System 7

8 Visualisierung der Systemdiagnose Die Detailansicht zeigt für jeden Slave Gerätetyp, Slaveadresse, Steckplatznummer, Kanalnummer und -typ sowie Fehlertext/-ursache an. Über den Diagnoserepeater erkannte Leitungsstörungen werden im Diagnosepaket ebenfalls angezeigt. Das Diagnosepaket ist einsetzbar mit: SIMATIC S7-300/-400 mit CPU 31x-2 DP, CPU 31xC-2 DP, CPU 41x-2 DP, CP oder IM 467 sowie SINUMERIK 840D/840 DI Zum Bedienen und Beobachten sind die SIMATIC Panels (OP/TP/MP) sowie PCs mit SIMATIC WinCC oder ProTool/Pro Runtime geeignet. Das Diagnosepaket wird kostenlos zum Download angeboten unter: Visualisierung der Diagnoseinfos mit dem Diagnosepaket view/cs/de/ Für Anlagen, die mit älteren STEP 7-Versionen (< V5.1) programmiert wurden, oder bestehende Anlagen, die um eine Visualisierung der PROFIBUS-Diagnose erweitert werden sollen, wird ein Diagnosepaket angeboten. Dieses besteht aus einem Projekt mit Funktionsbaustein FB 125 und Datenbaustein DB 125 sowie vorbereiteten Diagnosebildern für SIMATIC HMI-Bediengeräte. FB und DB werden in das SPS-Programm, die Diagnosebilder mit Variablen, Symbollisten und Grafiken in das Visualisierungsprojekt (ProTool/Pro oder WinCC) integriert. Die Bilder können an die Anlagenkonfiguration angepasst werden. Im Betrieb greifen die Bildvariablen in den HMI-Systemen auf den Datenbaustein in der Steuerung zu und zeigen die Informationen entsprechend an. In der so erstellten Übersichtsdiagnose werden gestörte/ausgefallene Slaves farbig markiert. Aus der Übersichtsdiagnose kann anschließend in die Detaildiagnose gewechselt werden. Einzeldiagnose in SIMATIC WinCC view/cs/de/ Alle in dieser Kurzbeschreibung mit versehenen Bezeichnungen sind eingetragene Marken der Siemens AG. Siemens Aktiengesellschaft Automation and Drives Postfach 4848, D Nürnberg Bundesrepublik Deutschland Siemens AG 2003 Änderungen vorbehalten Bestell-Nr. 6ZB5310-0JR01-0BA2 Gedruckt in der Bundesrepublik Deutschland 26100/ WE