Eine gemeinsame Basis für Pumpen - Asset Management - LeiKon
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Asset Management
Eine gemeinsame Basis für Pumpen
Jochen Müller, LeiKon GmbH
Funktionen und Informationen kommunikationsfähiger Pumpen sind für die Prozessleittechnik von beson-
derem Interesse. Die Einbindung von Pumpeninformationen in die Prozessführung, in Applikationen des
anlagennahen Asset Managements und des Energiemanagements eröffnen ein großes Potenzial, z.B. für
eine verbesserte Instandhaltung sowie generell für eine Prozess- und Anlagenoptimierung. Bisher war eine
Standardisierung von Pumpeninformationen und Pumpenfunktionen über Industriegrenzen hinweg und
unabhängig von der Kommunikationstechnologie im Feld nicht verfügbar. Der Arbeitskreis „Allgemeines
Geräteprofil für Pumpen“ des VDMA Fachverbands Pumpen + Systeme und der Fachabteilung Vakuumtech-
nik hat nun in Abstimmung mit Anlagenbetreibern, Pumpenherstellern und Interessenvertretern von Feld-
bussystemen ein solches Geräteprofil für Vakuum- und Flüssigkeitspumpen verabschiedet.
Pumpen / Standardisierung / Geräteprofil / Asset Management
A common basis for pumps
Functions and information of pumps are of particular interest for a wide range of applications in process
control engineering. The integration of pump information in process control, in plant asset management
and energy management applications, generally opens a large potential for improved maintenance as well
as for process and plant optimisation. Until now, a standardisation of pump information and functions in
form of a general device profile, application spreading and independent of communication specific charac-
teristics, was not available. The working group “Generic Device Profile for Pumps” of Pumps and Systems
Association and Section Vacuum Technology within the VDMA now developed such a device profile, in coor-
dination with plant operators, pump manufacturers and fieldbus organisations.
Pumps / Standardisation / Device profile / Asset Management
Einleitung Auf Basis einer leistungsstarken Mikrotechnologie können
mittlerweile auch Zusatzfunktionalitäten realisiert werden
„Pumpen sind das Herz vieler industrieller Anwendungen – (z. B. [5–8]).
wenn es aufhört zu schlagen, stirbt der Prozess“. Diese etwas Für den Transport der vielfältigen Zusatzinformationen
dramatische Umschreibung trifft dennoch die Bedeutung zwischen Pumpe und leittechnischen Applikationen reicht
von Pumpen (Vakuum- und Flüssigkeitspumpen) in zahlrei- die herkömmliche 4–20mA-Technologie nicht mehr aus. Die
chen technischen Prozessen der Prozessindustrie, Gebäude- zunehmenden Anforderungen an die Kommunikation kön-
technik, der Halbleiter- und Fertigungsindustrie, der Lebens- nen durch digitale Kommunikationstechnologien realisiert
mittelindustrie und Wasserwirtschaft; und ist zudem ein werden, z. B. verschiedene Feldbusse oder Ethernet-basierte
wesentlicher Grund, warum Anlagenbetreiber zur Optimie- Lösungen. In der Prozesstechnik sind PROFIBUS (PROFINET)
rung der Instandhaltung in vielen Anwendungen Standards und FOUNDATION FIELDBUS verbreitet, in der Gebäudetech-
für aussagekräftige Zustandsinformationen von Pumpen nik LON und EIB, in der Fertigungstechnik DeviceNet, Ether-
wünschen [1]. Net/IP, PROFIBUS, Modbus, Modbus/TCP etc. Vereinzelt sind
Pumpen erfüllen in ihrer Grundfunktion des Förderns von Festlegungen der Eigenschaften von Pumpen in Form von
Fluiden oder der Verdichtung von Gasen eine elementare Geräte- und Kommunikationsprofilen vorhanden [9–12],
Aufgabe der operativen Prozessleittechnik. Zusätzliche Funk- jedoch werden gleiche Funktionalitäten oftmals unterschied-
tionalitäten, wie Selbstüberwachung, die Generation von lich definiert. In verschiedenen Industriebereichen (z. B. der
Zustands- und innovativen Diagnoseinformationen, bieten Prozessindustrie) fehlen generell Festlegungen für Funktio-
ein großes (und häufig ungenutztes) Potenzial zur Optimie- nalitäten und Informationen von Pumpen. Ein bezüglich
rung der Instandhaltung [2–4]. Informationen zur Identifika- Kommunikation, Industrieanwendung und Pumpentyp
tion von Pumpen sind essentiell für das Gerätemanagement, übergreifender Standard ist nicht verfügbar.
Messwerte zum Energieverbrauch wichtige Quelle für Appli- Für Hersteller führt diese Situation je nach Produktspekt-
kationen des Energiemanagements etc. Hochfunktionale rum zu erheblichen Aufwendungen für das Variantenma-
Pumpen sind zudem Multivariablen-Geräte (z. B. Druck, Fluss, nagement der Pumpentypen. Das Fehlen von übergreifen-
Temperatur, etc.), da sie im Betrieb Informationen über den den Standards bewirkt die Mehrfachabbildung von Pum-
Prozess benötigen. Die bewährte Technologie der Pumpen- penfunktionalität auf verschiedene Darstellungen der
hersteller stellt die Grundfunktionalität der Pumpen bereit. jeweiligen Geräteprofile und Kommunikationsanschaltun-
40 49 (2007) Heft 2 atpAsset Management
gen. In Industriebereichen ohne Stan-
dards bieten Hersteller individuelle Pumpe
Lösungen an, die auf Seiten der Anla-
Motor
genbetreiber eine Interoperabilität und Identifikation Temperatur-
herstellerübergreifende Austauschbar- messung
Umrichter
keit von Pumpen verhindern. Ansteuerung Druckmessung
Der VDMA-Arbeitskreis „Allgemeines Flussmessung
Ventil
Geräteprofil für Pumpen“ des VDMA
Fachverbands Pumpen + Systeme und Regelung Energiemessung
Sensor
der Fachabteilung Vakuumtechnik hat
sich im April 2005 dieser Problemstel-
lung angenommen. Der Arbeitskreis, Überwachung Meldung …
der sich aus Mitarbeitern von GRUND-
FOS, ITT, KSB, LeiKon, Oerlikon Leybold
Vacuum, Pfeiffer Vacuum, der RWTH Bild 1: Beispielhafte Auswahl von Funktionen und Komponenten in Pumpen.
Aachen, Sterling SIHI, des VDMA und
WILO zusammensetzt, hat im Oktober
2006 ein allgemeines Geräteprofil für Vakuum- und Flüssig- darauf basierenden LON-Funktionsprofils [13], sowie Festle-
keitspumpen verabschiedet. gungen für Vakuumpumpen in der Fertigungs- und Halblei-
terindustrie [9, 10]. Auch müssen grundlegende Richtlinien
der Feldbusorganisationen (z. B. für PROFIBUS [14]) bzw.
Ziel der Standardisierung internationaler Komitees, z. B. [15, 16] bei der Erstellung des
allgemeinen Profils berücksichtigt werden.
Aufgabe des Geräteprofils ist, Funktionen und Informatio- Wesentliche Grundlage für die Standardisierung sind Anfor-
nen kommunikationsfähiger Pumpen über die Grenzen der derungen der Anlagenbetreiber, z. B. in der Prozessindustrie
Anwendung (z.B. Gebäudetechnik, Prozessindustrie, Ferti- durch NAMUR-Empfehlungen, z. B. [2, 3] dokumentiert.
gungstechnik, …), der Kommunikationstechnologie (LON, Kurzfristiges Ziel der VDMA-Standardisierungsarbeiten ist
PROFIBUS, DeviceNet, …) und des Pumpentyps (Vakuum-, die Bereitstellung eines allgemeinen Geräteprofils, welches
Flüssigkeitspumpe) hinaus einheitlich zu beschreiben. Es soll existierende Spezifikationen integriert und als Vorlage für die
Grundlage für Geräteprofile sein, welche Besonderheiten Abbildung in ein Geräteprofil für PROFIBUS DP und PROFI-
der Industrieanwendung und der dort gängigen Kommuni- NET IO dient [17]. Auf dessen Basis können kommunikations-
kationstechnologien berücksichtigen. fähige Pumpen mit standardisierter Informationsschnittstelle
Konkret heißt dies z. B. eine Funktion zur Ansteuerung entwickelt werden. Informationstechnisch gesehen wird
von Pumpen zu spezifizieren, die für Kreiselpumpen in der hierdurch eine Pumpe als Standardkomponente in der Pro-
Gebäudetechnik und in der Prozessindustrie identisch ist. zessleittechnik verfügbar (Bild 2), ein „normales Feldgerät“.
Dasselbe gilt für eine Funktion zur Identifikation einer Pumpe Das mittel- und langfristige Ziel des VDMA-Geräteprofils
oder einer ihrer Komponenenten (z. B. Motor). Die Parameter ist ein Beitrag zur Harmonisierung der heterogenen Spezifi-
zur Festlegung z. B. des Herstellers oder des Gerätetyps einer kationslandschaft für Geräte in der Prozessleittechnik. An-
Vakuumpumpe in der Halbleiterindustrie bzw. einer Kreisel- passungen und Erweiterungen bestehender spezifischer
pumpe in einem Kraftwerk oder in der Lebensmittelindustrie Profile sollen auf Basis des VDMA-Oberprofils zu einer ein-
lassen sich allgemein und übergreifend definieren. Ein wei- heitlichen funktionalen Darstellung von Pumpen führen. Das
teres Beispiel ist die Funktion zur Ermittlung von Temperatur, Allgemeine Geräteprofil für Pumpen des VDMA liefert somit
Druck, Durchfluss etc., die ebenfalls durch eine übergrei- einen Beitrag zur Bekämpfung des „Schnittstellen-Monsters“
fende Funktionsbeschreibung spezifiziert werden kann. als bildliche Darstellung für die aktuell immensen Aufwen-
Diese Beispiele lassen sich auf viele grundlegende Funk- dungen bei Geräteherstellern [18]. Insbesondere für Pum-
tionen von Pumpen übertragen. Neben Gemeinsamkeiten penhersteller, die Geräte für verschiedene Industriebereiche
müssen die Unterschiede der Pumpentypen herausgearbei- mit unterschiedlichen Kommunikationsanschaltungen und
tet werden, fixiert durch die grundle-
genden Eigenschaften der verschiede-
nen Medien und des Verfahrens. Betriebsleitebene
Prozessleitebene Plant Asset Management
Insgesamt geht es also darum,
Prozess- Audit Performance Zustands- ... Instand- Energie- …
Gemeinsamkeiten von Funktionen und führung
MES ERP
Trail Monitoring überwachung haltung Management
Informationen in Pumpen allgemein zu
spezifizieren. Hierbei müssen beste- Kommunikationsnetzwerk
hende Spezifikationen, insbesondere (Feldbus, Ethernet)
Feld-
wenn darauf basierende Produkte im ebene
Markt verfügbar sind, integriert wer-
den. Beispiele sind das VDMA-Einheits-
blatt für Heizungspumpen [12] und des Bild 2: Kommunikationsfähige Pumpe mit standardisierter Informationsschnittstelle.
atp 49 (2007) Heft 2 41Asset Management
und die Grundlage für die zukünftige
Erstellung einheitlicher Geräteprofile
PROFIBUS and PROFINET
FOUNDATION FIELDBUS
BACnet Device Profile
für Pumpen schafft.
Intelligent Pumps
Functional Profile
Device Profile for
FunctionBlocks
Das Geräteprofil spezifiziert ein
LON –
… Informationsmodell [19], welches die
Strukturen der Profilelemente definiert
(z. B. Struktur der Parameter, Bausteine,
etc.). Auf Basis des Informationsmodells
VDMA – Allgemeines Geräteprofil für Pumpen
sind Profilbausteine spezifiziert, die
Gerätefunktionen allgemein beschrei-
ben (z. B. Identifikation, Ansteuerung,
Messung, Überwachung, etc.). Diese
Bausteine dienen im zweiten Teil des
Geräteprofils zur Beschreibung von ins-
gesamt vier Pumpentypen: Universelle
Pumpe, Prozess-Vakuumpumpe, Tur-
Hersteller LON-SFPT NAMUR VDMA CIP SEMI IEC PNO … bomolekular-Vakuumpumpe und Krei-
selpumpe. Die Eigenschaften der Pum-
Bild 3: Das VDMA-Geräteprofil für Pumpen: Integration bestehender Spezifikationen und pentypen werden durch die Zuordnung
gemeinsame Basis für zukünftige Geräteprofile. der Bausteine (obligatorisch oder opti-
onal) und deren Spezialisierung (z. B.
Regelungsart bei Flüssigkeitspumpen,
Profilspezifikationen produzieren, dient das VDMA-Profil als etc.) beschrieben (siehe folgender Abschnitt).
einheitliche Grundlage zur Beschreibung der Pumpenfunk- Eine immer wieder gestellte Forderung von Anlagenbe-
tionalitäten. treibern ist die elektronische Lesbarkeit von Spezifikationen.
Elektronische Lesbarkeit bedeutet, dass Datenverarbei-
tungssystemen ein direkter Zugang zu den Inhalten einer
Ergebnis der Standardisierung Spezifikation eröffnet wird. Neben Vereinfachungen im
Dokumentenmanagement ermöglicht dies insbesondere
Der VDMA-Arbeitskreis hat ein Gerätprofil erstellt, welches auch Automatismen zur automatischen Zuordnung von
applikationsübergreifend und unabhängig von kommunika- Spezifikationsinhalten zu Geräten. Aus diesem Grund wurde
tionsspezifischen Eigenschaften die grundlegenden Funk- als Repräsentationsform des VDMA-Profils XML (Extended
tionen und Informationen in Vakuum- und Flüssigkeitspum- Markup Language) gewählt. Auf Basis des Informationsmo-
pen spezifiziert. Das Geräteprofil definiert die funktionale dells – in Form eines XML-Schemas – sind die Spezifikatio-
Gerätearchitektur, die Struktur und Bedeutung der Geräte- nen des Allgemeinen Geräteprofils für Pumpen in Form
parameter. Die Parameter werden durch ihre Attribute z. B. einer XML-Datei verfügbar. Die Papierversion wird durch
Name, Beschreibung, Datentyp, Wertebereich, Zugriffs- eine Transformation aus der XML-Datei erzeugt (Bild 4).
rechte, Persistenz usw. spezifiziert.
Die Abbildbarkeit von bestehenden Profilspezifikationen
durch das VDMA-Profil erfordert Verallgemeinerungen. Zum Pumpentypen
einen werden verallgemeinerte Datentypen (z. B. numerisch
als Verallgemeinerung von Float-, Unsigned Integer- oder Das Geräteprofil definiert standardisierte Bausteine zur
Integer-Datentypen) verwendet und nur Empfehlungen für Beschreibung von Pumpenfunktionen, mit deren Hilfe die
die Einheiten von Parametern gegeben, andererseits wird grundlegenden funktionalen Eigenschaften von vier Pum-
auf eine detaillierte Beschreibung des Verhaltens verzichtet. pentypen spezifiziert werden. Wie in jedem Geräteprofil
Die Realisierung von Interoperabilität oder gar Austausch- besteht für Hersteller die Möglichkeit, spezifische Funktiona-
barkeit von Pumpen ist auf Basis der Spezifikationen im litäten von Pumpen durch die Erweiterung der Standardbau-
VDMA-Geräteprofil daher nicht gewährleistet. Das VDMA- steine zu beschreiben.
Geräteprofil hat den Charakter eines Oberprofils, welches die
bestehenden Spezifikationen für Pumpen berücksichtigt Universelle Pumpe
Das Geräteprofil definiert universelle Eigenschaften einer
VDMA –
Allgemeines Geräteprofil
Pumpe, unabhängig von ihrem Typ oder Anwendungsbe-
für Pumpen reich. Zur Identifikation des Pumpentyps und seiner Version
im Profil sind Parameter verpflichtend, ebenfalls zur Aktivie-
rung- und Deaktivierung und zur Anzeige eines Fehlerzu-
XSLT stands. Optional ist ein Rücksetzen des Fehlerzustands, zur
Bild 4: XML-basierte Anforderung einer Belegung durch eine Remote-Einheit
Profilspezifikation. (Steuerung/Leitsystem) und zur Auswahl des Belegungszu-
42 49 (2007) Heft 2 atpAsset Management
stands definiert. Diese Eigenschaften
reichen für Pumpen mit ausschließlich Kommunikationsnetz
(standardisiert)
Ein/Aus-Funktionalität aus. Sie gelten
gleichzeitig für höher funktionale Pum-
pen, deren zusätzliche Funktionen im
Geräteprofil durch das Hinzufügen wei-
terer Bausteine (optional oder obligato-
Pumpen System System
risch) beschrieben werden. Controller Applikation
Kommunikationsnetz Kommunikationsnetz
Prozess-Vakuumpumpe, (spezifisch) (spezifisch)
Turbomolekular-Vakuumpumpe, Pumpen System
Kreiselpumpe Controller
Kommunikationsnetz
Bei den höher funktionalen Pumpen (spezifisch)
wurden drei Pumpentypen spezifiziert.
Zum einen die Prozess-Vakuumpumpe,
einer Vakuumpumpe, deren Eigenschaf-
ten insbesondere aus Sicht von Prozess-
und Regelungsaspekten spezifiziert
wurden, zum anderen eine Turbomole- Bild 6: Beispiel für verschiedene Einsatzszenarien von Pumpen in Pumpensystemen.
kular-Vakuumpumpe, unter besonderer
Berücksichtigung von drehzahlrelevan-
ten Funktionalitäten. Aus den Reihen der Flüssigkeitspum- Zuordnung der Profilbausteine zu den spezifizierten Pum-
pen wurde eine Kreiselpumpe spezifiziert. pentypen zum größten Teil optional erfolgt.
Bild 5 zeigt die prinzipielle Vorgehensweise für die Spe-
zifikation der Pumpentypen. Neben den Parametern der Identification
universellen Pumpe enthält beispielsweise eine Kreisel-
pumpe eine Vielzahl von Bausteinen (obligatorisch oder Der Bausteintyp Identification dient der Identifizierung einer
optional). Pumpe. Hierzu sind Parameter zur Beschreibung des Geräte-
herstellers, des Gerätetyps, der Profilversion, Produktna-
mens, Seriennummer, Hardware- und Softwareversion, etc.
Pumpenfunktionen definiert. Zusätzlich ist die Identifizierung des technischen
Platzes und des Einbauorts möglich. Sollen zusätzlich Pum-
Aufgrund des Umfangs der spezifizierten Funktionen im All- penkomponenten, z. B. der Motor, oder eine unterlagerte
gemeinen Geräteprofil für Pumpen erfolgt nur eine Über- Subpumpe in einem Pumpensystem (Bild 6) identifiziert
sicht über ausgewählte Profilbausteine. An dieser Stelle soll werden, ist dies durch die mehrfache Verwendung des Bau-
noch einmal deutlich darauf hingewiesen werden, dass die steins möglich. Für kommunikationsfähige Kreiselpumpen,
Prozess- und Turbomolekular-Vakuum-
pumpen ist ein Baustein zur Identifika-
Kreiselpumpe tion der Pumpe verpflichtend.
PumpTypeID
PumpTypeVers
OnOff Configuration
Fault m o o o
ResetFault
RemoteAccReq Zwei Bausteintypen stehen für die
AccessMode Identification Configuration Motor Converter
Beschreibung der Konfiguration einer
Pumpe bereit. Ein Bausteintyp
o o o o … o … o
beschreibt Konfigurationsdaten einer
Actuation PIDControl MultiPump PumpKick Prediction Archive Pumpe aus Sicht der Applikation, das
heißt Anforderungen des technischen
o o o o … o o o Platzes, z. B. Mediuminformationen,
Temperaturbereiche, Ex-Zone, Energie-
Pressure Head Flow Temp Speed Current Power
versorgung, etc. Ein weiterer Baustein-
typ beschreibt Konfigurationsdaten der
m o o o … Pumpe aus Sicht der Hersteller. Hier
stehen Parameter, z. B. für den elektri-
Error SVMechanics SVElectrics SVProcess
schen Anschluss (Spannung, Strom,
Leistung), Prozessanschluss (Flansch,
Bild 5: Beispiel für die Spezifikation der Pumpentypen: Beschreibung von Funktionen einer etc) und zur Beschreibung der Eigen-
Kreiselpumpe durch ausgewählte Bausteine (m: mandatory (obligatorisch), o: optional). schaften von Betriebsmitteln (z. B. Kühl-
atp 49 (2007) Heft 2 43Asset Management
flüssigkeit) zur Verfügung. Zur Kennzeichnung eines zuge- Prediction
hörigen Technischen Datenblatts ist ein weiterer Parameter
definiert. Dieser Bausteintyp enthält relevante Informationen für das
Anlagennahe Asset Management von Pumpen. Dies sind z.B.
Actuation das Installationsdatum, das Datum für die letzte und die nächste
Inspektion. Neben der gesamten Operationszeit ist eine Struk-
Actuation beschreibt eine Funktion zur analogen Ansteue- turierung der Operationszeit in Abhängigkeit von physikali-
rung eines Aktors. Der Bausteintyp generiert aus einer ein- schen Größen möglich (z. B. in Abhängigkeit der Last).
gangseitigen Sollwertinformation ein Stellsignal und stellt Um über das zukünftige Betriebsverhalten einer Pumpe
den aktuellen Wert der Stellgröße und den gemessenen Ist- zu informieren sind Parameter zur Abnutzung einer Pumpe
wert zur Verfügung. Zusätzlich sind Parameter für das Verhal- spezifiziert. Ein Parameter berücksichtigt die Abnutzung aus
ten im Fehlerfall und hierfür ein Sollwert spezifiziert. Für die dem vergangenen Betrieb des Geräts (Abnutzungsvorrat),
Ansteuerung von Kreiselpumpen, Turbomolekular- und Pro- ein weiterer indiziert eine Abnutzung auf Basis des aktuellen
zessvakuumpumpen werden spezielle Eigenschaften zur Betriebszustands. Für eine aussagekräftige Interpretation
Ansteuerung durch zusätzliche Parameter ausgeprägt (z. B. des Wertebereichs von Abnutzungsvorrats und Abnutzungs-
bei Kreiselpumpen Parameter für die Regelungsart (Drehzahl- indikators (jeweils 0–100 %) dienen Bausteine vom Typ Inter-
regelung, Durchflussregelung, etc.), Operationsmodus, etc.). face, die eine konfigurierbare Abbildung der Werte, je nach
Applikation, auf eine Ampeldarstellung (rot, gelb, grün) er-
Measuring möglichen (Bild 7).
Zur allgemeinen Beschreibung einer Messung dient der Bau- Supervision
steintyp Measuring. Neben der Ermittlung des Messwerts
sind Parameter zur Einstellung von Grenzwerten und zur Als Ergebnis von Diagnosefunktionen [20] sind Informatio-
Information bei deren Über- bzw. Unterschreiten definiert. nen zur Überwachung von Pumpen im Allgemeinen Geräte-
Der Bausteintyp dient als Vorlage für die Beschreibung der profil in Bausteintypen modular definiert. Für die Überwa-
Messfunktionen in den Pumpentypen (z. B. Temperatur, chung von mechanischen Eigenschaften ist der Bausteintyp
Durchfluss, Druck, etc.). SVMechanics (SV: Supervision) spezifiziert, der Parameter für
die Anzeige z. B. eines blockierten Rotors, einer unzulässigen
Motor, Converter, Drive Vibration, von Lagerschäden, Ausrichtungsfehler, etc. ent-
hält.
Für die Komponenten Motor, Frequenzumrichter oder Ein weiterer Bausteintyp SVElectrics spezifiziert Parameter
Antrieb (als deren Komposition) sind Bausteintypen spezifi- für die Überwachung elektrischer Größen, z. B. der elektri-
ziert, welche funktionale Anforderungen an die Komponen- schen Versorgung (Fehler von Spannung, Strom, Frequenz,
ten in einer Pumpe beschreiben. Motor enthält z. B. die etc.), oder Phasenfehler, Kurzschlüsse, etc.
Parameter zur Beschreibung der Typenschildinformationen SVProcess dient der Überwachung von Pumpen auf Basis
eines elektrischen Motors. von Prozessinformationen. Hier werden z. B. für Flüssigkeits-
pumpen Kavitation, Strömungsabriss, Trockenlauf, Blockade,
MultiPumpManagement unzulässiger Gas- oder Feststoffanteil, unzulässige Viskosität,
Temperatur, Fluss oder Druck etc. spezifiziert. Für Vakuum-
Dieser Bausteintyp beschreibt Eigenschaften von Pumpen in pumpen sind Parameter zur Überwachung von Druck, Fluss,
einem Pumpensystem. Die gemeinschaftliche Erfüllung einer Temperatur, für einen unzulässigen Anteil an Flüssigkeit und
Aufgabe durch ein Pumpensystem kann z. B. durch Pumpen Feststoff im Medium, sowie Kondensation und Blockade
an einem gemeinsamen Kommunikationsnetz oder durch den definiert.
Einsatz von Pumpensystem-Controllern oder Systemapplika- Überwachungsinformationen, die den Betrieb von Pum-
tionen erfolgen (Bild 6). Der Bausteintyp MultiPumpManagement pen betreffen, sind im Bausteintyp SVPumpOperation zusam-
beschreibt die Rolle einer Pumpe in einem Pumpensystem mengefasst, z. B. Überlast, Teillast, Temperaturfehler, Über-
(z. B. Master oder Slave) und identifiziert die zum System gehö- wachung von Betriebsmitteln, TimeOuts, und viele mehr.
renden Pumpen. Der Operationsmodus (z. B. Stand alone, Red-
undanz-, Additionsbetrieb) einer Pumpe im Pumpensystem ist
konfigurierbar. Zur Erhöhung der Lebensdauer ist ein konfigu- Green (WearReserve > 80%)
rierbarer Austauschmodus für die Verteilung der Betriebszeit Yellow (40% ≤ WearReserve ≤ 80%)
Red (WearReserve < 40%)
der Pumpen spezifiziert. …
Interface WearReserve WearReserve
…
PumpKick WearIndicator
…
Für Flüssigkeitspumpen ist ein Bausteintyp zur Vermeidung Prediction
von Blockaden während der Stillstandszeiten einer Pumpe
definiert. PumpKick ermöglicht eine periodische Aktivierung Bild 7: Beispiel für eine konfigurierbare Abbildung von Werteberei-
der Pumpe durch konfigurierbare Zeitparameter. chen durch Interfaces.
44 49 (2007) Heft 2 atpAsset Management
Zur Überwachung der Hardware und Software der
Pumpe oder ihrer Komponenten dienen die Bausteinty- …
pen SVHardware bzw. SVSoftware. Sind einer Pumpe Cavitation
…
zusätzlich Feldgeräte zugeordnet, z. B. Ventile oder Senso- Dry
ren, kann ein Bausteintyp SVAuxiliaryDevice für deren …
Überwachung implementiert werden. In diesem Baustein
SVProcess
werden die in [3] spezifizierten Überwachungsinformatio-
nen referenziert.
…
Für die Abbildung von Gerätezustandsinformationen auf Failure
AmbientTemperature
Functional check
verbreitete industrielle Standards dienen Interfaces. In der Off-specification
…
CoolantLow
Prozessindustrie ist die Abbildung von Pumpenzustandsin- Maintenance required
…
formation auf den NAMUR-Status in [2] erforderlich. In der Interface
SVOperation
Fertigungsindustrie ist nach CIP [9] ebenfalls eine Stan- NAMURStatus
dardabbildung verbreitet. Die Interfaces des Typs NAMUR-
Status bzw. CIPStatus ermöglichen die Abbildung von Detail- …
Misalignment
informationen auf eine Gesamtzustandsinformation der ExcessVibration
Pumpe. Ein Beispiel für eine Abbildung auf den NAMUR-Sta- BearingAbrasion
…
tus zeigt Bild 8.
SVMechanics
Notification
Bild 8: Beispiel für die konfigurierbare Abbildung von detaillierten
Die Umsetzung eines Meldekonzepts erfolgt durch den Bau- Zustandsinformationen auf den NAMUR-Gerätestatus (Interface
NAMURStatus).
steintyp Notification. Das Meldekonzept beruht auf einer
konfigurierbaren Klassifizierung und Priorisierung von Zu-
standsinformationen als Alarm, Warnung, Fehler und Ereig-
nis. Hier wurde die Anforderung von Anlagenbetreibern Nutzen der Standardisierung
nach einer konfigurierbaren Meldequelle umgesetzt, und
zwar dort, wo die Information entsteht: im Gerät. Neben Der Nutzen eines Geräteprofils ergibt sich erst durch die
Zeitstempel sind ebenfalls optional herstellerspezifische Verfügbarkeit von Geräten im Markt, deren Grundfunktio-
Textausgaben (beispielsweise zur Reaktion auf eine Mel- nalitäten auf Basis des Profils interoperabel realisiert wer-
dung) möglich. Auch das Meldekonzept beruht auf der den und herstellübergreifend ausgetauscht werden kön-
Erkundbarkeit der Informationsquelle. nen.
Neben den hier kurz vorgestellten Bausteintypen werden Für Anlagenbetreiber ergibt sich daher ein Nutzen des
im Profil Funktionen für Diskrete sowie Analoge Ein- und VDMA-Profils erst nach der Umsetzung in einen konkreten
Ausgänge, Regelung und Kurzzeitarchiv spezifiziert. Feldbus. Im Rahmen der PI (PROFIBUS and PROFINET Inter-
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atp 49 (2007) Heft 2 45Asset Management
national) ist hier bereits ein Arbeitskreis aktiv, wobei die [3] NAMUR: NAMUR-Empfehlung 107: Selbstüberwachung und Diag-
standardisierten Pumpenfunktionen und Konzepte des nose von Feldgeräten (2005).
VDMA-Geräteprofils die Grundlage bilden. Zusätzlich wer- [4] Heinke, G., Schuhmann, R.: Condition Monitoring – ein wesentlicher
Beitrag zum Asset Management, PROCESS-Seminar Störungsfrüher-
den die Besonderheiten von PROFIBUS und des Einsatzum- kennung bei Kompressoren, Pumpen und Armaturen, Würzburg,
feldes berücksichtigt, um das Ziel für eine Pumpe in der 28./29.09.2006.
Prozessleittechnik zu erreichen: kommunikationsfähig, mit [5] Kettner, Th.: Störungsfrüherkennung und Fehlermanagement bei
standardisierten grundlegenden Funktionen und Informa- Kreiselpumpen, PROCESS-Seminar Störungsfrüherkennung bei Kom-
tionen. pressoren, Pumpen und Armaturen, Würzburg, 28./29.09.2006.
Hierzu ist der erste Schritt durch die Erstellung eines [6] Berge, G.: Anwendungsbeispiel für eines intelligenten Diagnosesys-
tems für Kreiselpumpen, PROCESS-Seminar Störungsfrüherkennung
grundlegenden Geräteprofils im VDMA getan worden. Des
bei Kompressoren, Pumpen und Armaturen, Würzburg, 28./
Weiteren sind im Rahmen der Standardisierungsarbeiten 29.09.2006.
wesentliche Forderungen von Anlagenbetreibern an Pum- [7] Ott, H.: Condition Monitoring Systeme für oszillierende Membran-
pen eingeflossen. So wurden neben einer standardisierten pumpen, PROCESS-Seminar Störungsfrüherkennung bei Kompres-
Grundfunktion viele weitere innovative Pumpenfunktionen soren, Pumpen und Armaturen, Würzburg, 28./29.09.2006.
im Geräteprofil spezifiziert. Auch die Forderung nach elek- [8] Nägel, H. M., Püttmer, A.: Prädiktive Instandsetzung von Prozesspum-
tronischer Lesbarkeit der Spezifikation wurde durch die XML- pen durch Online-Diagnose, Pumpen und Kompressoren, VDMA,
Frankfurt (2005), S. 18–26.
Basierung des Profils erreicht.
[9] SEMI: SEMI E54 – Specification for Sensor/Actuator Network specific
Durch die Umsetzung des VDMA-Geräteprofils für Pum-
Device Model for Vacuum Pump Device (2006).
pen in kommunikationsspezifische Profile ergibt sich eine
[10] ODVA: CIP Common Specification, Chapter 6: Device Profile – Tur-
gleichartige funktionale Beschreibung von Pumpen über bomolecular Vacuum Pump Device, Open DeviceNet Vendor Asso-
den industriellen Einsatz und die Kommunikationstechnik ciation and ControlNet International (2004).
hinweg. In der Praxis führt diese Harmonisierung zu einem [11] ISO 164845: Systeme der Gebäudeautomation Teil 5: Datenkommu-
vereinfachten und gewohnten Umgang mit Pumpenfunk- nikations-protokoll, ISO (2003).
tionen. [12] VDMA: Arbeitsblatt 24222 Flüssigkeitspumpen – Heizungspumpen
Für Hersteller ergeben sich aus der Harmonisierung der – Datenpunkte für Feldbussysteme (1998).
Pumpenspezifikationen durch das VDMA-Geräteprofil eben- [13] LONMARK Interoperability Association: Functional Profile: Pump
Controller (SFPTpumpController), Version 1.0, April 2003.
falls Vorteile. Die Harmonisierung kann zu einer Reduzierung
[14] PROFIBUS and PROFINET International: Profile Guidelines: Identifica-
von Aufwendungen zur Abbildung der Funktionalität von tion & Maintenance Funcitons (May 2003), Data types, Programming
Pumpentypen auf verschiedene Profile beitragen. Des Wei- Languages, and Platforms (September 2006), Diagnosis, Alarms and
teren ermöglicht eine einheitliche Beschreibung von Pum- Time Stamping (July 2004).
penfunktionalität die Bereitstellung eines übersichtlichen [15] IEC 62390: Common Automation Device Profile Guideline, IEC
Produktspektrums. Zusätzlich steht Herstellern mit dem (2005).
XML-Template des VDMA ein Beschreibungsmittel für eine [16] IEC 61804: Function Blocks for Process Control, IEC (2005).
textbasierte Gerätetypverwaltung zur Verfügung. [17] PROFIBUS and PROFINET International: Device Profile for Intelligent
Pumps, Draft (2006).
[18] Hähniche, J.: Geräteintegration in heutige Prozessleitsysteme –
Wunsch und Realität aus Sicht eines Feldgeräteherstellers, VDI/VDE/
Zusammenfassung GMA-Workshop Migration von Prozessleitsystemen, Düsseldorf,
28./29. September 2006.
Das „Allgemeine Geräteprofil für Vakuum- und Flüssigkeits- [19] Müller, J., Epple, U.: A Generic Information Model for an XML-based
pumpen“ des VDMA spezifiziert unabhängig von Besonder- Device Profile of Pumps, ETFA2006 – 11th IEEE International Confe-
heiten der Kommunikationstechnologie und des Einsatzum- rence on Emerging Technologies and Factory Automation, Prague,
September 20–22, 2006, pp 159–166.
felds grundlegende Pumpenfunktionen und -informationen.
[20] Epple, U., Münnemann, A.: Diagnose als Systemfunktion – Grundla-
Es schafft eine allgemeine Basis für die Umsetzung in Spezi-
gen, Taxonomie, Modellvorstellungen. atp – Automatisierungstech-
fikationen der Feldbusorganisationen und die Entwicklung nische Praxis 47 (2005), H. 12, S. 40–47.
von Produkten. Der VDMA-Arbeitskreis aus Mitarbeitern von
GRUNDFOS, ITT, KSB, LeiKon, Oerlikon Leybold Vacuum,
Pfeiffer Vacuum, der RWTH Aachen, Sterling SIHI, des VDMA
und WILO zusammensetzt, hat im Oktober 2006 diese Spezi-
fikation (Version 1.7) verabschiedet.
Dipl.-Phys. Jochen Müller (39), ist seit 2006 Senior
Consultant bei der LeiKon GmbH. Seine Arbeits-
Manuskripteingang: 20. November 2006.
schwerpunkte sind Feldbustechnologien, Asset
Management.
Literatur Adresse: LeiKon GmbH, Kaiserstr. 100, 52134 Herzo-
[1] Schuler, H.: Pump- and Compressor Systems - A Process and Systems genrath, Deutschland, Tel. +49 2407 9517-330,
Engineering View, Pump Users International Forum, Karlsruhe E-Mail: jochen.mueller@leikon.de
(2004).
[2] NAMUR: NAMUR-Empfehlung 91: Anforderungen an Systeme für
Anlagennahes Asset Management (2001).
46 49 (2007) Heft 2 atpSie können auch lesen
