Neue Ära der Feldbustechnologie durch Feldgeräteintegration

Häufige Probleme der Benutzer von Gerätemanagement-Tools und mögliche Lösungen auf Grundlage der FDI-Spezifikation (Field Device Integration)

von Neil Shah, ABB Control Technologies


Auf Grundlage der letzten veröffentlichten FDI-Spezifikation (Field Device Integration) können Hersteller von Messinstrumenten und Automatisierungskomponenten nun kompatible Produkte und Host-Systeme für das Management von Feldgeräten entwickeln. Für Benutzer kombiniert die Spezifikation die Attribute konkurrierender Geräteintegrationstechnologien: EDDL und FDT/DTM. Ein wesentliches Ziel der Spezifikation besteht darin, die Einfachheit der textbasierten Gerätebeschreibungstechnologie (Device Description, DD) mit der Flexibilität spezialisierter Windows-basierter FDT-Merkmale und einer komplexen grafischen Darstellung zu kombinieren.

Dieser Artikel betrachtet zunächst häufige Probleme der Benutzer von Gerätemanagement-Tools sowie mögliche Lösungen auf Grundlage der FDI-Spezifikation. Anschließend werden Probleme erörtert, zu deren Lösung FDI eher ungeeignet ist.

ABB Feldbusprodukte und Integrationslösungen

Tools für das Feldbusgerätemanagement

Derzeit gibt es mehr als 30 offene und proprietäre Kommunikationsprotokolle für die Industrie-/Prozessautomatisierung. Drei dieser Protokolle, nämlich HART, PROFIBUS und FOUNDATION Fieldbus, werden für 90 % der Prozessautomatisierung in der Industrie verwendet. Demnach sind diese drei Protokolle besonders wichtig und ermöglichen die Verbesserung und Optimierung des Anlagenbetriebs und des Enterprise Asset Managements. Da diese drei Protokolle die Grundlage für umfangreiches Verbesserungspotenzial bilden, spielen sie auch in den Bereichen Instandhaltung und Pflege von Feldinstrumenten eine wichtige Rolle. Die Tools zur Inbetriebnahme, Kalibrierung, Diagnose und Instandhaltung dieser Instrumente müssen die Möglichkeit bieten, die Feldbuskommunikationsprotokolle in vollem Umfang zu nutzen. Des Weiteren muss diese Nutzung mithilfe der Tools im Hinblick auf den Endbenutzer so einfach wie möglich sein.

An einem Anlagenstandort sind verschiedene Benutzer dieser Tools tätig. Hierzu zählen beispielsweise Servicetechniker aus der Instrumentierung, die ausschließlich Online-Kommunikation mit den Geräten zu Diagnosezwecken benötigen, oder Inbetriebnahmeingenieure, die die Geräte zunächst offline konfigurieren und dann die Daten auf die Geräte laden möchten. Eine weitere Zielgruppe sind Messtechniker und Instandhaltungsmanager, die sich einen Überblick über den Gerätezustand verschaffen möchten. Das Managementtool für die Feldgeräte sollte also leicht bedienbar sein und gleichzeitig die Anforderungen all dieser Benutzertypen erfüllen.


„Die Tools zur Inbetriebnahme, Kalibrierung, Diagnose und Instandhaltung dieser Instrumente müssen die Möglichkeit bieten, die Feldbuskommunikationsprotokolle im Hinblick auf den Endbenutzer so einfach wie möglich und in vollem Umfang zu nutzen.“

Hauptprobleme von Endbenutzern

Heutzutage bietet jeder Hersteller von Prozessautomatisierungslösungen Produktportfolios, die sowohl einzelne Instrumente als auch vollständige Leitsysteme umfassen. Die meisten Hersteller bieten außerdem eigene Tools für das Feldgerätemanagement an. Dasselbe Gerät kann über unterschiedliche Gerätetreiber für verschiedene Tools verfügen.

Für Endbenutzer sind ein inkonsistentes Erscheinungsbild und inkonsistentes Verhalten eines Feldgerätetreibers in Verbindung mit verschiedenen Host-Systemen besonders verwirrend. Trotz eines hohen Standardisierungsgrades unterscheiden sich die für ein bestimmtes System bereitgestellten Gerätetreiber gegenüber anderen Systemen in Bezug auf Funktionalität, Aussehen und Bedienung. Daher muss der Benutzer für dasselbe zugrunde liegende Gerät unterschiedliche Treiber für verschiedene Tools pflegen. Dies stellt auch für Instrumentierungshersteller ein Problem dar, da sie ihre Gerätetreiber mit mehreren Gerätemanagementtools testen müssen.

Insbesondere folgende Faktoren wirken sich in diesem Fall aus:

  • Für jeden Host wird eine Gerätebeschreibung in die zugehörige Benutzeroberflächenarchitektur integriert.
  • Jeder Gerätehersteller hat eine eigene Vorstellung davon, welche Toolparameter für die einzelnen Benutzer wichtig sind.

Im Zusammenhang mit FDI wurden Maßnahmen ergriffen, um diese Schwierigkeiten größtenteils zu beseitigen.

„Für Endbenutzer sind ein inkonsistentes Erscheinungsbild und inkonsistentes Verhalten eines Feldgerätetreibers in Verbindung mit verschiedenen Host-Systemen besonders verwirrend.“

FDI Device Package (FDI-Gerätepaket)

Das FDI Device Package kann mit allen Geräten und Tools verwendet werden. Jedes Gerät wird mit einem FDI-Paket ausgeliefert, das von allen Tools oder Systemen verwendet wird, darunter eigenständige PCs und Feldinstrumente sowie Prozessleit- und Automatisierungssysteme. Das FDI Device Package sorgt dafür, dass alle Gerätemanagementtools unabhängig vom Hersteller problemlos mit den Geräten verwendet werden können. Jeder Host interpretiert die einzelnen Gerätetreiber etwas unterschiedlich, damit diese zum Layout seiner Benutzeroberfläche passen.


„Das FDI Device Package sorgt dafür, dass alle Gerätemanagementtools unabhängig vom Hersteller problemlos mit den Geräten verwendet werden können.“

FDI Device Package – Ein Device, ein Package, alle Tools (image source: FDI)

Common Host Components (Standard-Host-Komponenten)

Geräteanbieter konzipieren ihre Treiber in der Regel für ein bevorzugtes Tool. Obwohl sich die Treiber in der Regel an andere Tools anpassen lassen, ist diese Anpassung häufig unzulänglich. Spezifikationen und Empfehlungen des Herstellers bieten diesbezüglich oft keine Lösung. Hier kommt die größte Stärke von FDI ins Spiel: Common Host Components.

Zu den Common Host Components zählen die EDD Engine und die UI Engine. Alle FDI Device Packages werden in Bezug auf den FDI-Referenzhost getestet und zugelassen, der die Common Host Components enthält. Diese Komponenten stehen Herstellern von Host-Systemen zur Implementierung in ihre Tools zur Verfügung. Durch die Verwendung von Common Host Components wird sichergestellt, dass das FDI Device Package in verschiedenen Tools ein ähnliches Layout aufweist. Besonders wichtig: Da die Entwickler des Gerätepakets außerdem bei der Produktentwicklung den FDI-Referenz-Host verwenden, wird die Darstellung von Diagrammen, Abbildungen, Text usw. im Gerätepaket in hohem Maße optimiert – wie vom Instrumentenanbieter beabsichtigt. Hersteller von Instrumenten und Host-Systemen müssen ihre Gerätetreiber nicht in verschiedenen Tools testen.


„Die größte Stärke von FDI: Durch die Verwendung von Common Host Components wird sichergestellt, dass das FDI Device Package in verschiedenen Tools ein ähnliches Layout aufweist.“

FDI Common Host Components (image source: FDI)

Gestaltung der Benutzeroberfläche

Im FDI Usability Style Guide (Styleguide zur Benutzerfreundlichkeit) sind zahlreiche Aspekte der Benutzeroberflächengestaltung eingehend beschrieben. Dieser Styleguide enthält Quellcodebeispiele sowie Skizzen zur grafischen Darstellung von Steuerelementen und Frames. Darüber hinaus gibt er standardisierte Beschriftungen vor, d. h. Menüs auf der Einstiegsebene zu Geräteeinstellungen, Diagnose, Betrieb und Aktionen erhalten Beschriftungen wie „Anwenden“, „Abbrechen“, „Weiter“ usw. Außerdem werden im Styleguide Übersetzungen in Schlüsselsprachen dokumentiert (Deutsch, Französisch, Spanisch, Italienisch, Chinesisch, Portugiesisch, Japanisch und Russisch).

Darüber hinaus basieren die FDI Device Packages auf Harmonized EDDL (Electronic Device Description Language), der Beschreibungssprache für die drei wichtigsten Feldbusprotokolle: HART, PROFIBUS und FOUNDATION Fieldbus. Alle neuen EDDs (Electronic Device Descriptions) müssen sich an der aktualisierten und optimierten Norm IEC 61804-3 orientieren. Das Konzept der „User Views“ (Benutzeransichten) und die Harmonisierung von EDDL waren zentrale Anforderungen der Interessengemeinschaft Automatisierungstechnik der Prozessindustrie (NAMUR).


„Das Konzept der „User Views“ (Benutzeransichten) und die Harmonisierung von EDDL waren zentrale Anforderungen der Interessengemeinschaft Automatisierungstechnik der Prozessindustrie (NAMUR).“

Sperren wichtiger Geräteinformationen

Zu Beginn des Lebenszyklus einer Anlage ist es für die meisten Benutzer kein Problem, dass die Geräteinformationen innerhalb des Tools verwendet werden. Früher oder später wird es jedoch nötig, die im Gerät enthaltenen wichtigen Informationen für externe Tools oder Systeme verfügbar zu machen, beispielsweise wenn Feldgerätebedingungen wie der Feldgerätezustand, Ausfälle oder Kalibrierungsdaten analysiert werden müssen oder die Benutzer zu dem Schluss kommen, dass ein anderes spezielles Tool unbedingt auf ein bestimmtes Gerät zugreifen sollte.


Die meisten Gerätemanagementtools ermöglichen keinen transparenten und einfachen Zugriff auf diese wichtigen Informationen. Selbst wenn der Zugriff mit einem bestimmten Tool möglich ist, sind unter Umständen zahlreiche komplizierte Schritte oder zusätzliche Hardware/Software erforderlich.

Technologien wie OPC Unified Architecture (OPC UA) tragen effektiv dazu bei, diese Informationen auf einfache Weise für Tools von Drittanbietern verfügbar zu machen.


Die Verwendung der Standardoberfläche OPC UA in FDI-Hosts gestattet den problemlosen Zugriff aus anderen Applikationen heraus.

  • Applikationen können ohne Unterstützung seitens des Anbieters des FDI-Hosts konzipiert und entwickelt werden.
  • Die vom FDI-Server unterstützten OPC-UA-Services gestatten den sicheren Zugriff auf das Gerät oder gespeicherte Offline-Daten.
  • Bei den generischen OPC-UA-Clients kann es sich um Instandhaltungstools, MES (Manufacturing Execution Systems) oder ERP-Systeme (Enterprise Resource Planning) handeln. Natürlich steht nicht für alle bestehenden Geräte sofort ein FDI Device Package zur Verfügung. Es wird noch einige Zeit dauern, bis am Markt eine nennenswerte Zahl von FDI Device Packages angeboten wird. Für die Benutzer besteht jedoch kein Grund zur Besorgnis, da FDI die bestehenden Gerätetreiber unterstützen wird.
„Technologien wie OPC Unified Architecture (OPC UA) tragen effektiv dazu bei, Geräteinformationen auf einfache Weise für Tools von Drittanbietern verfügbar zu machen.“

Ungeklärte Sachverhalte

Ist FDI die Lösung für alle Probleme von Benutzern von Feldbusgerätemanagementtools? Nicht ganz. Für einige Aspekte bietet auch eine Spezifikation bzw. Standardisierung keine Lösung. Zu den Problembereichen zählen u. a. Beschaffung und Installation des Tools, mangelnde Intuitivität bei Tools, unzulängliche oder übermäßig komplexe Tools sowie mangelnde Flexibilität und Skalierbarkeit von Tools.

Somit ist der erste Schritt manchmal auch am zeitaufwendigsten. Viele Tools sind sehr umfangreich, sodass Download und Installation sehr viel Zeit in Anspruch nehmen. Voraussetzung für viele Tools ist außerdem das Vorhandensein von .NET und/oder SQL, wodurch die Installationszeit weiter steigt.

Darüber hinaus müssen die Gerätetreiber installiert oder importiert und auf die neueste Version aktualisiert werden. Weitere Schritte sind die Installation und Konfiguration des Modemtreibers, der von Anbieter zu Anbieter verschieden ist. Zudem erfordern die meisten Tools die manuelle Aktualisierung des Katalogs. Für einige Tools muss außerdem eine Lizenz aktiviert werden. Zu den abschließenden Schritten zählen die Aktivierung der Kommunikation, ein Scan sowie die Inbetriebnahme des Geräts für den Produktivbetrieb.

Häufig möchten Benutzer lediglich dieselben Basisparameter konfigurieren (z. B. Tag, Bereich, Einheit) oder dieselben Parameter oder Funktionen (z. B. Nullsetzung) mehrfach ausführen. Die meisten Tools unterstützen solche Aufgaben nicht. Und selbst wenn sie es doch tun, sind oft zahlreiche Schritte erforderlich, sodass die Frustration der Benutzer weiter steigt.

Abgesehen davon wird je nach Tool auf dem Bildschirm oft eine Vielzahl unübersichtlicher Informationen angezeigt, z. T. in Farben und mit Symbolen, die dem Benutzer nicht vertraut sind. Eine Möglichkeit, um dies zu vermeiden, ist die Verwendung der von der NAMUR empfohlenen standardisierten Statusanzeigen.


„Am häufigsten möchten Benutzer dasselbe Tool auf unterschiedliche Weise verwenden.“

Heutzutage können Benutzer aus zahlreichen Tools wählen – von kostenlosen Basisausführungen bis hin zu kostspieligen Vollversionen. Am häufigsten möchten Benutzer dasselbe Tool auf unterschiedliche Weise verwenden. Ein Servicetechniker, der sich direkt im Feld vor Ort bei einem Transmitter befindet, benötigt beispielsweise eher ein einfaches, schnell verwendbares Tool, das Online-Kommunikation mit dem Gerät ermöglicht. Im Labor greift derselbe Techniker jedoch bevorzugt auf ein Tool mit höherem Funktionsumfang (in Bezug auf Diagnose, Kalibrierung, Regelkreisüberwachung und Geräteaustausch) zurück.

Bei der Auswahl eines Tools, das sich für unterschiedliche Einsatzzwecke eignet, sind Skalierbarkeit und Flexibilität wichtige Kriterien.

Mit FDI bricht eine neue Ära im Bereich der Feldbustechnologie an. Benutzer können sich auf neue Angebote von Toolanbietern für das Gerätemanagement freuen.


„Bei der Auswahl eines Tools, das sich für unterschiedliche Einsatzzwecke eignet, sind Skalierbarkeit und Flexibilität wichtige Kriterien.“
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