VDI VDE 2184-2008 Reliable operation and maintenance of field bus systems.pdf

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1、ICS 35.160 VDI/VDE-RICHTLINIEN Juni 2008VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE VERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK Zuverlssiger Betrieb und Wartung von Feldbussystemen Reliable operation and maintenance of field bus systems VDI/VDE 2184Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlic

2、h. The German version of this guideline shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik Fachausschuss Feldbussysteme VDI/VDE-Handbuch Mess- und Automatisierungstechnik, Band 3: Automatisierung

3、stechnik VDI-Handbuch Betriebstechnik, Teil 4: Betriebsberwachung/Instandhaltung VDI-Handbuch Zuverlssigkeit Zu beziehen durch BeuthVerlagGmbH, 10772 Berlin Alle Rechtevorbehalten Verein DeutscherIngenieuree.V., Dsseldorf 2008Vervielfltigung auch fr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet Inhalt Se

4、ite Inhalt Seit Vorbemerkung . 2 Einleitung. 2 1 Anwendungsbereich. 2 2 Abkrzungen. 4 3 Anforderungen 6 3.1 Einleitung und Verweise auf Normen 6 3.2 Spezielle Anwendungsflle 6 3.3 Zuverlssigkeitsbetrachtung. 6 4 Planung 7 4.1 Auswahl des Bussystems . 7 4.2 Bustopologie 7 4.3 Die elektromagnetische V

5、ertrglichkeit . 13 4.4 Zeitbetrachtungen 21 4.5 Parametrierung. 22 4.6 Zugriffsverfahren und Zeitverhalten 22 4.7 Teilnehmerausfall und Teilnehmerberwachung 24 4.8 Verfahren zur Datensicherung und ihre Bewertung. 25 4.9 Anwendungsdienste in Feldbus-systemen. 27 4.10 Vergabe von Berechtigungen. 29 4.

6、11 Dokumentation. 29 5 Montage/Installation der bertragungs- strecke . 33 5.1 Drahtgebundene bertragung 33 5.2 Lichtwellenleiter 33 5.3 Infrarot . 33 5.4 Funk . 33 5.5 Checkliste: Montage/Installation der bertragungsstrecke 34 6 Inbetriebnahme. 35 6.1 Inbetriebnahmehinweise 35 6.2 Inbetriebnahmewerk

7、zeuge. 35 6.3 Konfigurations- und Monitoringtools fr Feldbusse 36 6.4 Messverfahren fr die Inbetriebnahme 38 6.5 Teilnehmerkonfiguration . 39 6.6 Checkliste: Inbetriebnahme . 39 7 Betrieb . 40 7.1 Instandhaltung . 40 7.2 Wiederkehrende Prfung . 40 7.3 nderung . 41 7.4 Netzwerkadministration. 41 7.5

8、Schulung 42 7.6 Checkliste: Betrieb und Anforder-ungen an Diagnose-Werkzeuge . 42 Anhang A Aufstellung einzelner Buseigen- schaften 43 Anhang B Sicherheitsanforderungen. 49 B1 Anlagen der Verfahrenstechnik (VT) 49 B2 Maschine und Maschinenanlagen 49 Anhang C Sicherheitsrelevante Steuerungen bzw. Bus

9、systeme . 51 Anhang D Grundlagen des Explosions- schutzes . 52 D1 Begriffserluterungen 52 D2 Explosionsgefhrdete Bereiche Einteilung in Zonen . 52 Anhang E Begriff des Sicherheitsbereichs im Zusammenhang mit Gefahrmeldeeinrichtunge. 56 Schrifttum 57 Inhaltlich berprftweiterhin gltigund unverndert201

10、4 6HSWHPEHUB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 2 VDI/VDE 2184 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter

11、Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder voll-stndig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrec

12、hts und unter Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Einleitung Der Einsatz von Feldbussystemen setzt die Kennt-nis der Eigenschaften v

13、on kommunikations-technischen Systemen im industriellen Bereich voraus, die sowohl in der ingenieurtechnischen Ausbildung als auch in der Praxis noch nicht aus-reichend verbreitet ist. Insbesondere Fragen zur Zuverlssigkeit von Feldbussystemen und zum mglichen Wartungsaufwand knnen daher hufig nicht

14、 oder nur von wenigen Spezialisten sach-gerecht beantwortet werden. Der Einsatz von Feld-bussystemen, z. B. in verfahrenstechnischen An-lagen, stt aus diesen Grnden nicht selten weiterhin auf Bedenken. In Ergnzung zur Richtlinie VDI/VDE 3687 ber die generelle Auswahl und Bewertung von Feld-bussystem

15、en gibt die vorliegende Richtlinie Hin-weise fr den zuverlssigen Betrieb des gewhlten Feldbussystems in der Installations- und Betriebs-phase sowie fr die Erfordernisse der Wartung. Die Richtlinie VDI/VDE 2184 wurde vom Fach-ausschuss 6.15 Feldbussysteme“ der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatis

16、ierungstechnik (GMA) erarbeitet, dem sowohl Fachleute aus An-wender- und Herstellerkreisen als auch Vertreter von Forschungsinstituten und Hochschulen an-gehren. 1 Anwendungsbereich Auswahl, Planung, Installation, Betrieb und War-tung eines Feldbussystems im industriellen Bereich setzen ein komplexe

17、res Wissen ber die Kommu-nikationsmechanismen des ausgewhlten Feldbus-systems voraus, als es bei der bisher weitgehend blichen Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit ANSI EIA/TIA-232-Schnittstellen oder in der analogen 4-20-mA-Technik mit Punkt-zu-Punkt-Verdrah-tung erforderlich ist. In der vorliegenden Rich

18、tlinie werden alle Aspekte zusammengestellt und erlutert, die den zuver-lssigen Betrieb eines Bussystems betreffen. Zu-verlssigkeit bedeutet hier sowohl die Fehlerfrei-heit der bertragenen Daten als auch die Strungs-freiheit des Bussystems als Gesamtsystem. In einem erweiterten Verstndnis von Zuverl

19、ssigkeit wird auch das Zeitverhalten eines Bussystems fr die angeschlossenen Teilnehmer bercksichtigt, da hiervon wesentliche Aspekte der Betriebssicherheit einer automatisierten Anlage betroffen sein kn-nen. Damit wird den Planern und Betreibern einer mit einem Feldbus zu automatisierenden Anlage,

20、den Installateuren eines Bussystems und dem War-tungspersonal die Mglichkeit gegeben, bei der Planung, Konfiguration und Installation alle Ma-nahmen zu beachten, die einen fehler- und st-rungsfreien Betrieb des Feldbussystems gewhr-leisten. Fr unterschiedliche Bussysteme werden die fr die Betriebssi

21、cherheit jeweils relevanten Eigen-schaften angesprochen, soweit dies im Rahmen dieser bersichts-Richtlinie sinnvoll erscheint. Es ist jedoch bei besonderen (Sicherheits-)Anfor-derungen notwendig, detaillierte Informationen von den Herstellern, den Systemverantwortlichen oder den Anwenderorganisation

22、en anzufordern. Die Gliederung der Richtlinie richtet sich nach dem Lebenszyklusmodell: I. Anforderungen (Lastenheft) II. Konzept (Pflichtenheft), Validation III. Planung IV. Montage/Installation V. Inbetriebnahme VI. Betrieb (Instandhaltung/Instandsetzung) In Bild 1 ist das Flussdiagramm von der Pl

23、anung bis zur Entsorgung und den Abschnitten dieser Richtlinie entsprechende dargestellt. B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008

24、VDI/VDE 2184 3 Projektstart Planung Prfung der PlanungVerifikation Montage Prfung der ErrichtungVerifikation Programmierung Prfung der Programmierung Verifikation Prfung des Konzepts Validation Montageendprfung Verifikation Funktionsprfung Verifikation Projektbergabe Inbetriebnahme Validation Betrie

25、b Stilllegung Entsorgung nderungen Abschnitt 4 Abschnitt 5 Abschnitt 6 Abschnitt 7 Anforderungen Lastenheft Konzept Pflichtenheft Abschnitt3Abschnitt 3Bild 1. Lebenszyklusmodel Anmerkung 1: Validation ist der Nachweis, dass ein System den Anforderungen gengt. Besttigung durch Bestimmung und Prfung v

26、orhandener Eigenschaften, dass die speziellen, erforderlichen Anforderungen fr die beabsichtigte Nutzung erfllt werden (DIN EN 61508-4). Im Zusammenhang mit dieser internationalen Norm bedeutet Validierung, dass das betrachtete (Sicherheits-)System unter Bercksichtigung und nach Installation in alle

27、n Punkten die erforderlichen (Sicher-heits-)Anforderungen fr dieses (Sicherheits-)System erfllt. Deshalb bedeutet z. B. Software-Validierung die Besttigung durch Bestimmung und Prfung vorhandener Eigenschaften, dass die Software die (sicherheitsbezogene) Anforderungs-spezifikation fr die Software er

28、fllt. B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 4 VDI/VDE 2184 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 Anmerkung 2: Verifikation ist der Nachweis, dass eine Funk-tionseinh

29、eit die Spezifikation tatschlich erfllt. Verifizieren (auch Nachweisfhrung, Besttigung) durch Bestimmung und Prfung vorhandener Eigenschaften, dass die spezifizierten Anforderungen erfllt worden sind (DINEN 61508-4). Im Zusammenhang mit dieser internationalen Norm bedeutet Verifizierung den Prozess,

30、 fr jede Phase des sicherheits-bezogenen Lebenszyklus (Gesamtsystem, E/E/PES, Software) durch Analyse und/oder Prfung zu zeigen, dass fr die spe-ziellen Eingaben die Ergebnisse den fr die jeweilige Phase aufgestellten Zielen und Anforderungen in jeder Hinsicht entsprechen. Die Wichtigkeit einer gena

31、uen Spezifikation wird durch Bild 2 deutlich. Nach einer Untersuchung eines technischen Komitees sind 44,1 % der St-rungen bereits in der fehlerhaften Spezifikation begrndet. Aus diesem Grund sind in dieser Richt-linie Checklisten integriert, um mglichst viele Fehlerquellen ausschlieen zu knnen. 44,

32、1 %Spezifikation14,7 %Planung + Implementierung5,9 % Installation + Inbetriebnahme14,7 % Betrieb + Wartung 20,6 %nderungen nachInbetriebnahmeBild 2. Fehlerursachen im Lebenszyklusmodell 2 Abkrzungen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufgefhrten Abkrzungen verwendet: Abkrzung Bedeutung Engl

33、ische Bedeutung AFP Alternierende Flanken Puls ALARP So niedrig wie vernnftigerweise mglich As low as reasonably practicable ANSI American National Standards Institute American National Standards Institute API Anwendungsprogramm-Schnittstelle Application Programm Interface ARP Adress Resolution Prot

34、ocol ASCII Standardzeichensatz American Standard Code for Information Interchange ASK Amplituden-Modulation Amplitude Shift Keying BCC Blockprfzeichen Block Check Character CAN Genormtes Feldbussystem Controller Area Network CRC Zyklisches Sicherungsverfahren zur Telegramm-bertragung Cyclic Redundan

35、cy Check CSMA/CA Mehrfachzugriff mit Signalabtastung und Kollisions-vermeidung Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance CSMA/CD Mehrfachzugriff mit Signalabtastung und Kollisions-detektierung Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection CSRD Zyklisches Senden und Empfangen mit Quittung

36、 Cyclic Send And Request Data With Reply CTS Leitungsfunktion zur Steuerung von Modems Clear To Send DC Diagnose-Deckungsgrad Diagnostic Coverage DD Beschreibungssprache Device Discription DNS Namenskonvention Domain Name System/Service DP Definiert die Anwendungsdienste fr PROFIBUS-DP Decentralized

37、 Periphery B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 VDI/VDE 2184 5 Abkrzung Bedeutung Englische Bedeutung DPM1 Das zentrale Automat

38、isierungsgert des PROFIBUS-DP (DP-Master Klasse 1) DP-Master (Class 1) DPM2 Ein Projektierungs- oder Konfigurations-Gert bei PROFIBUS-DP (DP-Master Klasse 2) DP-Master (Class 2) DTM Softwarekomponente zur Bedienung eines Feldgerts Device Type Manager DTR Leitungsfunktion zur Steuerung von Modems Dat

39、a Terminal Ready EDD Elektronische Gertebeschreibung Electronic Device Description EDS Elektronisches Datenblatt Electronic Data Sheet ANSI E-IA/TIA Verband der Elekronik Industrie, gibt unter anderem Standards wie RS 232, RS 485 fr die Daten-kommunikation heraus Electronic Industries Alliance/ Tele

40、communications Industry AssociationEMC/EMV Elektromagnetische Vertrglichkeit Electromagnetic Compatibility FDCML Gertesprache fr Feldgerte Field Device Configuration Markup Language FDL Bezeichnung der Datensicherungsschicht (2) bei PROFIBUS-DP Field Data Link (Layer 2) FDT Software-Konzept zur Bedi

41、enung von Feldgerten Field Device Tool FISCO Eigensicherheitsanforderungen Fieldbus Intrinsically Safe COncept FMS Definiert die Anwendungsdienste bei PROFIBUS-FMS Fieldbus Message Specification FSK Frequenz-Umtastung Frequency Shift Keying FTP Festgelegtes bertragungsprotokoll fr Dateien File Trans

42、fer Protocol GSD Gertebeschreibungsdatei fr Profibus DP und Profinet-IO-Gerte Generic Station Description GSDML Gertebeschreibungssprache Generic Station Description Markup Language HART Protokoll fr busadressierte Feldgerte Highway Addressable Remote Transducer HDBn Gleichstromfreier Leitungscode m

43、it der Mglichkeit zur Taktgewinnung und Synchronisation High Density Bipolar Format HDLC Synchron arbeitendes Datenbertragungsprotokoll, genormt nach ISO 13239 High-Level Data Link Protokoll HFT Fehlertoleranz der Hardware Hardware Fault Tolerance HHT Handterminal fr z. B. Diagnose Hand Held Termina

44、l HMI Mensch Maschine Schnittstelle (Bedien- und Beobachtungsgerte) Human Machine Interface IEC Internationale Elektrotechnische Kommission International Electrotechnical Commission IP Internet Protocol IPL Unabhngige Schutzebene Independent Protection Layer ISA Instrument Society of America Instrum

45、ent Society of America ISM Bezeichnung fr gewisse Frequenzspektren bei der Funkdatenberwachung Industrial, Scientific and Medical ISO Internationale Organisation fr Standardisierung International Organization for Standardization ISO/OSI International Standard Organisation/Open System Interconnection

46、 KBL Kommunikations-Beziehungs-Liste Beinhaltet die Liste aller Kommunikationsbeziehungen eines Teilnehmers LAN Local Area Network LON Local Operating Network LRC Lngenprfzeichen Length Redundancy Check LWL Lichtwellenleiter MMS Manufacturing Message Spezification OPC Openess, Productivity, Collabor

47、ation (frher: OLE for Process Control) PFD Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls bei Anforderung Probability of Failure on Demand B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 6 VDI/VDE 2184 Alle Rechte vorbehalt

48、en Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 Abkrzung Bedeutung Englische Bedeutung PFDavg Mittlere Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls bei Anforderung Average Probability of Failure on Demand PLC Programmierbarer Logischer Controller Programmable Logic Controller PLT Prozessleittechnik PROFIBU

49、S- DP Feldbusnorm fr den Einsatz in der Fertigungs-automatisierung PROFIBUS-Decentralized Periphery PROFIBUS- FMS Feldbusnorm fr den allgemeinen Einsatz PROFIBUS-Fieldbus Message Specification PROFIBUS- PA Feldbusnorm fr den Einsatz in der Prozess-Automatisierung PROFIBUS-Process Automation PSK Bitbertragungsverfahren Phase Shift Keying QAM Quadrature Amplitude Mudulation RTS Leitungsfunktion zu