Mit einem Alter von beinahe 150 Jahren ist die Papierfabrik Aschaffenburg von DS Smith eine der ältesten in Europa. In ihr werden vorwiegend Wellpappen-Rohpapiere mit einem niedrigen Flächengewicht produziert – und dies seit 1990 zu 100 % aus Altpapier. Die Maschine, die dabei zum Einsatz kommt, fertigt pro Minute bis zu 1400 Meter Papier mit einer Breite von 7,53 Metern. Als Ergebnis kann die Papierfabrik Aschaffenburg pro Jahr 400.000 Tonnen Papier ausliefern.

Möglich wird diese Leistungsfähigkeit durch einen hohen und durchgän­gigen Automatisierungsgrad der regelmäßig modernisierten Fabrik, die neben der Papiermaschine selbst etwa die Bereiche Altpapier-Aufbereitung, biologische Kläranlage, Wasseraufbereitungsanlage, Reststoff-Verbrennungsanlage und das Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerk umfasst. Diese Bereiche sind unter einem zentralen Prozessleitsystem zusammengefasst. Ein Schlüssel dafür ist der durchgängige Datenaustausch, dessen Abwicklung über Profibus erfolgt.

Wenn auch dieser Feldbus für eine robuste digitale Datenübertragung steht, so ist mit Blick auf den tagtäg­lichen Betrieb dennoch zu berücksichtigen, dass es ungeachtet einer einwandfreien Installation im Laufe der Zeit zu einer fortschreitenden Abnahme der Betriebsreserven für die Feldbus-Kommunikation und damit letztendlich auch zu schwerwiegenden Kommunikationsstörungen kommen kann. Verantwortlich dafür können beispielsweise EMV-Einflüsse, defekte Steckverbinder oder ein fehlerhafter Busabschluss sein, wie sie etwa durch starke Oxidation verursacht werden. Plötzliche Produktionsstillstände und damit einhergehende finanzielle Verluste sind die Folge.

Von dieser Problematik war auch das Papierwerk Aschaffenburg betroffen. Allerdings wollte DS Smith derartige Ausfälle nicht akzeptieren und entschloss sich bereits im Jahr 2009 dazu, die Situation durch eine kontinuierliche Zustandsüberwachung der Profibus-Netze nachhaltig zu verbessern. In einem ersten Schritt wurden zunächst dafür Anforderungen definiert. So sollte die Lösung ohne Rückwirkungen auf die bereits installierten Systeme der Papierfabrik einsetzbar sein und keinen zusätzlichen Arbeitsaufwand für die Mitarbeiter bedeuten.

Vor diesem Hintergrund teste DS Smith über mehrere Wochen intensiv diverse Geräte zur kontinuierlichen Profibus-Überwachung und entschied sich letztlich für die Lösung ‚TH Link Profibus‘ von Softing. Diese wird stationär in einem Schaltschrank installiert und bietet einen steuerungsunabhängigen Zugang zu den entsprechenden Feldbus-Netzen, ohne dass hierfür spezielle Projektierungswerkzeuge erforderlich sind. Selbst bei laufendem Betrieb lassen sich die Komponenten rückwirkungsfrei in eine Anlage einbinden. Insbesondere sind dafür keine Änderung der Busadressen und keine Anpassung des Steuerungsprogramms notwendig.

Das Feldbus-Überwachungsmodul lässt sich rückwirkungsfrei in bestehende Anlagen integrieren und benötigt nur wenig zusätzlichen Platz zur Installation im Schaltschrank.

© Softing Industrial Automation

Zu den wesentlichen Vorteilen zählt die dauerhafte Netzdiagnose über das passive Mithören der Profibus-Telegramme. Dabei werden die Zykluszeit gemessen und kritische Ereignisse erkannt – darunter die Anzahl der Telegramm- und Nachrichtenwiederholungen, Neuanläufe von Feldbus-Teilnehmern, Gerätefehler und Diagnosemeldungen. Diese Daten erlauben frühzeitig Rückschlüsse auf den aktuellen Status der Buskommunikation und sich gerade anbahnende Fehler, während das Netz selbst noch einwandfrei arbeitet. Über individuell festlegbare Grenzwerte – etwa die Obergrenze für erlaubte Telegrammwiederholungen – kann aus diesen Daten darüber hinaus schnell eine zusammenfassende ‚Gut/Schlecht‘-Aussage über den Betriebszustand der Anlage abgeleitet werden. Alle Einzeldaten sind über einen integrierten Web-Server, der mit einem zentralen Prozessleitsystem verbunden ist, abrufbar – eine Überprüfung vor Ort wird damit überflüssig. Darüber hinaus bietet die beschriebene Lösung auf der Grundlage dieser Daten eine intelligente Hilfestellung bei der Fehlersuche und eine Statistik zur Optimierung der Netzkonfiguration. Ein besonderer Vorteil ist schließlich der automatische Versand einer E-Mail-Nachricht sobald der beobachtete Gesamtzustand der Kommunikation von ‚Gut‘ nach ‚Schlecht‘ wechselt. Wolfgang Groß, der als Mitarbeiter der Abteilung Elektro-, MSR- und Automatisierungstechnik in der Papierfabrik Aschaffenburg für den Einsatz der geschilderten Lösung verantwortlich ist, hierzu: „Für mich ist die E-Mail-Benachrichtigung über eine sich anbahnende Störung eine wichtige Funktionalität. So habe ich auch in der Büroumgebung ständig einen genauen Überblick über das aktuelle Kommunikationsverhalten in allen Anlagen und muss nicht erst vor Ort den augenblicklichen Status der einzelnen Profibus-Netze ermitteln.“

Ein wesentliches Kriterium für die Entscheidung von DS Smith zum Einsatz von TH Link Profibus war, dass dieses Gerät kein aktiver Teilnehmer im Netz ist, der das Kommunikationsverhalten verändert, sondern dass es die versandten Telegramme nur passiv mithört. Direkt im Anschluss an den Test erfolgte im September 2009 die Installation der ersten Geräte. Bereits im ­November wurden 15 weitere Geräte ­geordert, so dass bald darauf sämtliche Profibus-Netze der Papiermaschine sowie der Bereiche Altpapier-Aufbereitung und biologische Kläranlage kontinuierlich überwacht werden konnten. Das ­Resultat: „Durch die kontinuierliche ­Überwachung unseres Feldbus-Netzes konnten wir die Ausfallzeiten der Papiermaschine um die Hälfte verringern, weil wir frühzeitig auf Schwachstellen hingewiesen werden und uns rechtzeitig vor einem Anlagenstillstand um eine Behebung kümmern können“, erinnert sich Joachim Gutjahr, der verantwortliche Leiter der Abteilung Elektro-, MSR- und Automatisierungstechnik in der Papierfabrik Aschaffenburg. „Damit konnte DS Smith die Verluste um eine hohe fünfstellige Euro-Summe reduzieren.“

Die möglichen Fehlerbilder

Aufsetzend auf den Möglichkeiten des aktuellen Profibus-Standards erkennt ‚TH Link Profibus‘ Fehlerbilder einer abnehmenden Betriebsreserve. Dies können sein: