Device Profile for Vacuum and Liquid Pumps

VDMA-Einheitsblatt
April 2008
Device Profile for Liquid and Vacuum Pumps
Part 1: Device Information Model –
Universal Profile Elements – Generic Pump
VDMA
24223-1
ICS 23.080; 23.160
Geräteprofil für Flüssigkeits- und Vakuumpumpen
Teil 1: Geräteinformationsmodell –
Allgemeine Profilelemente – Generische Pumpe
Das vorliegende VDMA-Einheitsblatt 24223 wurde von einem Arbeitskreis erarbeitet,
der sich aus Mitarbeitern des Fachverbands Pumpen + Systeme und der Fachgruppe
Vakuumtechnik im Fachverband Kompressoren, Druckluft- und Vakuumtechnik
zusammensetzte. Die Arbeiten wurden von Beginn an mit der NAMUR
(Interessengemeinschaft Automatisierungstechnik der Prozessindustrie) abgestimmt.
Die Arbeiten wurden vom Lehrstuhl für Prozessleittechnik der RWTH Aachen
technisch begleitet und geführt.
Im Einvernehmen mit allen Beteiligten wurde der Beschluss gefasst, lediglich eine
englische Sprachfassung zu veröffentlichen. Dies ist in der Tatsache begründet, dass
die überwiegende Mehrzahl der Begriffe englischen Ursprungs ist. Darüber hinaus
sind diese Vokabeln mittlerweile fest in andere Sprachen integriert, sodass
Übersetzungen zum Teil gar nicht möglich sind oder zu Sinnverfälschungen führen
würden. Für Vorwort und Anwendungsbereich enthält dieses VDMA-Einheitsblatt
eine deutsche Übersetzung.
Document comprises 103 pages
Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V. (VDMA)
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VDMA 24223-1 : 2008-04
Price group 32
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VDMA 24223-1 : 2008-04
Foreword
The informational bookkeeping of pumps is of particular interest for a wide range of applications in
operative 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.
The significance of pumps in industry requires a standardisation of pump information in form of a
general device profile especially due to the multitude of available field busses and various software
interfaces in process control engineering. A general approach implicates independence from
communication specific characteristics and validity for liquid and vacuum pumps in various industrial
application fields.
The standardisation work took place in the working group "Generic Device Profile for Pumps” of
Pumps + Systems Association and Section Vacuum Technology within the VDMA (Verband Deutscher
Maschinen- und Anlagenbau - German Engineering Federation). The presented device profile serves
as universal specification for the informational bookkeeping of pumps. Specifications of existing pump
types can be derived from the Device Profile for Liquid and Vacuum Pumps using mapping
regulations. Thereby, available products based on already existing specifications become not invalid.
In industrial application with lack of pump specifications, the device profile shall serve as a basis for
device profiles of the field bus organisations.
The Device Profile for Liquid and Vacuum Pumps is divided into three parts. The first part specifies the
information model, where the basic structures of the profile elements are determined by fundamental
classes. In addition the first part contains the specification of universal profile elements, representing
functional elements of a pump, independently of pump type and application specifics. At least the first
part contains the specification of minimum functional requirements of a generic pump.
The entirety of specified profile elements is used as a description pool for the specification of liquid
and vacuum pump functionality in the following part 2 (Vacuum Pumps) and part 3 (Liquid Pumps). A
comprehensive description is given by the application of two parts (part 1 and either part 2 or part 3).
Vorwort
Der Informationshaushalt von Pumpen ist für einen weiten Bereich von Anwendungen in der
operativen Prozessüberwachung von besonderem Interesse. Die Einbindung der Pumpeninformationen in die Anwendungen der Prozesskontrolle, der Anlagenverwaltung und der Energieverwaltung
eröffnet im Allgemeinen ein großes Optimierungspotential bei Wartung, Prozess- und Anlagenführung.
Die Bedeutung von Pumpen in der Industrie erfordert, gerade im Hinblick auf die Vielzahl verfügbarer
Feldbus-Lösungen und die diversen Software-Schnittstellen im Bereich des ProzesskontrollEngeneerings, eine Standardisierung der Pumpeninformationen in Form eines allgemeinen Geräteprofils. Ein allgemeiner Ansatz muss dabei auch unabhängig sein von kommunikationsspezifischen
Charakteristika und seine Gültigkeit für Pumpen und Vakuumpumpen in den verschiedenen industriellen Anwendungsfeldern haben.
Die Arbeiten fanden in der Arbeitsgruppe "Allgemeines Geräteprofil für Pumpen" des Fachverbands
Pumpen + Systeme und der Fachgruppe Vakuumtechnik des VDMA (Verband Deutscher Maschinenund Anlagenbau) statt. Das vorgestellte Geräteprofil dient als allgemeine Spezifikation für den
informativen Datenhaushalt von Pumpen. Spezifikationen existierender Pumpentypen können von
diesem Geräteprofil für Pumpen und Vakuumpumpen über Mapping-Vorschriften generiert werden.
Dabei verlieren verfügbare Produkte, die auf bereits existierenden Spezifikationen basieren ihre
Gültigkeit nicht. Bei industriellen Anwendungen mit Lücken bei der Pumpenspezifikation soll das
Geräteprofil als Ausgangsbasis für die Geräteprofile der Feldbusorganisationen dienen.
Das Geräteprofil für Flüssigkeits- und Vakuumpumpen ist in drei Teile unterteilt. Der erste Teil
spezifiziert das Informationsmodell, in dem die grundlegenden Strukturen der Profilelemente über
Grundklassen festgelegt sind. Darüber hinaus enthält der Teil 1 die Spezifikation allgemeiner
Profilelemente, die funktionale Elemente einer Pumpe, unabhängig von Pumpentyp und Anwendungs-
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spezifika wiedergeben. Die Spezifikation funktionaler Minimalanforderungen an eine generische
Pumpe schließen den ersten Teil ab.
Die Gesamtheit der spezifizierten Profilelemente dient als Beschreibungsreservoir für die Spezifikation
von Funktionalitäten für Flüssigkeits- und Vakuumpumpen in den weiteren Teilen 2 (Vakuumpumpen)
und Teil 3 (Flüssigkeitspumpen). Eine umfassende Beschreibung ergibt sich aus der Verwendung von
zwei Teilen (Teil 1 mit Teil 2 oder Teil 3).
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Contents
Page
1
Scope................................................................................................................................. 6
2
Normative references ..................................................................................................... 10
3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
Conventions .................................................................................................................... 12
Format of the device profile ........................................................................................... 12
Terminology..................................................................................................................... 12
Abbreviations .................................................................................................................. 13
Data Types ....................................................................................................................... 13
Data Units ........................................................................................................................ 14
Name Conventions.......................................................................................................... 14
4
4.1
4.1.1
4.1.2
4.1.3
4.1.4
4.1.5
4.1.6
4.1.7
4.1.8
4.1.9
4.1.10
4.1.11
4.1.12
4.1.13
4.2
4.2.1
4.2.2
4.2.3
4.2.4
4.2.5
4.2.6
4.2.7
4.2.8
4.2.9
4.2.10
4.2.11
Information Model ........................................................................................................... 14
Model Classes ................................................................................................................. 16
AttributeType................................................................................................................... 17
ServiceType ..................................................................................................................... 20
InterfaceType................................................................................................................... 22
AssociationType ............................................................................................................. 23
Role Class Type .............................................................................................................. 25
System Unit Class Type ................................................................................................. 26
Role Class LibType ......................................................................................................... 29
System Unit Class Lib Type ........................................................................................... 30
Attribute Lib Type ........................................................................................................... 31
Service Lib Type.............................................................................................................. 32
Association Lib Type ...................................................................................................... 32
Interface Lib Type ........................................................................................................... 33
System Hierarchy Element Type ................................................................................... 34
Class Methods................................................................................................................. 36
General ............................................................................................................................. 36
GetProperties .................................................................................................................. 36
CreateObject.................................................................................................................... 37
DeleteObject .................................................................................................................... 37
RenameObject ................................................................................................................. 37
GetValue........................................................................................................................... 38
SetValue ........................................................................................................................... 38
Link ................................................................................................................................... 38
Unlink ............................................................................................................................... 39
GetHandle ........................................................................................................................ 39
Exchange ......................................................................................................................... 39
5
5.1
5.1.1
5.2
5.3
5.3.1
5.3.2
5.3.3
5.4
5.5
5.5.1
5.5.2
5.5.3
5.5.4
5.5.5
5.5.6
5.5.7
Device Profile for Liquid and Vacuum Pumps ............................................................. 40
Library AssociationTypes .............................................................................................. 41
GetValue........................................................................................................................... 42
Library AttributeTypes.................................................................................................... 43
Library InterfaceTypes.................................................................................................... 43
NAMURStatus.................................................................................................................. 44
CIPFaultStatus................................................................................................................. 45
IndicationLights .............................................................................................................. 46
Library ServiceTypes...................................................................................................... 47
Library Role Class Types ............................................................................................... 47
GenericPump................................................................................................................... 47
Identification.................................................................................................................... 49
ConfApplication .............................................................................................................. 50
ConfPump ........................................................................................................................ 51
Actuation.......................................................................................................................... 53
MultiPump ........................................................................................................................ 55
Measuring ........................................................................................................................ 58
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5.5.8
5.5.9
5.5.10
5.5.11
5.5.12
5.5.13
5.5.14
5.5.15
5.5.16
5.5.17
5.5.18
5.5.19
5.5.20
5.5.21
5.5.22
5.5.23
5.5.24
5.5.25
5.5.26
5.5.27
5.6
5.6.1
Drive ................................................................................................................................. 60
Motor ................................................................................................................................ 61
Converter ......................................................................................................................... 62
Prediction......................................................................................................................... 64
Archiving.......................................................................................................................... 68
Control.............................................................................................................................. 70
DiscreteInput ................................................................................................................... 71
DiscreteOutput ................................................................................................................ 72
AnalogInput ..................................................................................................................... 73
AnalogOutput .................................................................................................................. 75
Notification ...................................................................................................................... 78
SVHardware ..................................................................................................................... 83
SVSoftware ...................................................................................................................... 84
SVMechanics ................................................................................................................... 86
SVElectrics ...................................................................................................................... 88
SVProcessLiquid............................................................................................................. 90
SVProcessVacuum ......................................................................................................... 92
SVPumpOperation .......................................................................................................... 94
SVAuxDevice ................................................................................................................... 97
Diagnosis ....................................................................................................................... 100
Library System Unit Class Types ................................................................................ 101
GenericPump................................................................................................................. 102
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1 Scope
This VDMA-Specification has been developed as a basic device profile specifying the informational
bookkeeping of liquid and vacuum pumps. The standard shall be adopted type and application
spanning for all liquid and vacuum pumps.
The Device Profile for Liquid and Vacuum Pumps specifies functionalities overall pump types and their
industrial area of application. The specification is independent from communication specifics and
applies to pumps of different functionality (e.g. pumps solely of On/Off functionality and also highfunctional pumps). It takes into account pumps in subsystems and emerges the characteristics of
pump components (drive, motor, converter, sensors, valves, etc.).
The focus of the standardisation is shown in Figure 1. Pumps are important industrial plant
components in e.g. process industry, manufacturing industry and building engineering services. Due to
a large installed basis, they allocate considerable capital and resources in numerous plants. An
elementary task of pumps in operational process control engineering is to fulfill their basic function of
conveying liquids or evacuating gases. Apart from the basic function, additional functionalities, e.g.
self-monitoring, the generation of condition information and innovative diagnostics, open up a large
potential for the optimisation of the maintenance. To avoid breakdowns and to minimise downtimes of
a production plant, self-monitoring and diagnostic functionalities are requested by plant operators.
Information about the identification of pumps is essential for the audit trail and device management.
The energy consumption is important for energy management applications etc.. High-functional pumps
are multivariable devices since they need information about the process. Such pumps are also a
window to the process, an important source for additional information about the current process state.
Operation Management Level
Process Control Level
Plant Operator
Device Manufacturer
Plant Asset Management
Process
Control
MES ERP
Audit
Trail
Performance
Monitoring
Condition
Monitoring
...
Plant
Maintenance
Energy
...
Management
Communication Network
(Field bus, Ethernet)
Field Level
Figure 1 – Scope of the VDMA-Specification
Therefore, the integration of the informational bookkeeping of pumps into process control engineering
is not only important for operational process control. Particularly its integration into a comprehensive
plant asset management (e.g. foresighted maintenance) and plant energy management activates the
full potential of pumps.
The Device Profile for Liquid and Vacuum Pumps serves as universal specification for the
informational bookkeeping of pumps. Specifications of existing pump types can be derived from the
device profile using mapping regulations. Thereby, available products based on already existing
specifications become not invalid. In industrial areas with lack of pump specifications, the Device
Profile for Liquid and Vacuum Pumps serves as a basis for device profiles of the field bus
organisations.
The device profile is structured into three layers (see figure Figure 2). This first layer specifies a
generic device information model, where basic structures of the device profile elements are
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determined by fundamental classes. Due to its universal character, the device information model is
suitable for the description of arbitrary plant components, e.g. agitators, compressors etc. The second
layer specifies universal profile elements, representing device functions in general as well as specific
functions of pumps. Their entirety is used as a description pool for the specification of Liquid and
Vacuum pumps. Within part 1 of the standard minimum functional requirements for a universal pump
is specified, which every pump has to fulfil.
Device information model, universal profile elements and the specified universal pump type are the
content of part 1 of the profile. The specification of vacuum pump types takes place in part 2, part 3
contains the specification of liquid pumps.
Device Profile for Vacuum and Liquid Pumps
Information Model,
Profile Element Types
Libraries of
Profile Elements
Systems
Generic
Pump
ProcessVacuum
Pump
Turbomolecular
VacuumPump
Rotodynamic
Pump
Figure 2 – Structure of the device profile: generic device information model, specification of
profile elements and several pump types.
Enabling an electronically readable specification the representation form of the device profile is XML
based on the specified information model (XML scheme). The profile document is generated by an
XSL transformation.
VDMA Device Profile for
Vacuum and Liquid Pumps
XSLT
<XML>
<Word, PDF>
Figure 3 – Electronically readable specification.
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1 Anwendungsbereich
Dieses VDMA-Einheitsblatt wurde als grundlegendes Geräteprofil entwickelt und spezifiziert
informellen Datenhaushalt für Flüssigkeits- und Vakuumpumpen. Das Einheitsblatt umfasst Bauarten
und Anwendungen für alle Flüssigkeits- und Vakuumpumpen.
Dieses Geräteprofil für Flüssigkeits- und Vakuumpumpen spezifiziert Funktionalitäten sämtlicher
Pumpentypen und deren industrielle Anwendungsbereiche. Die Beschreibungen sind unabhängig von
Kommunikationsspezifikationen (Bussystemen) und anwendbar auf Pumpen verschiedener
Funktionalität (z.B. Pumpen mit einfacher EIN/AUS-Funktionalität aber auch hochfunktionale
Pumpen). Das Profil berücksichtigt Pumpen in Sub-Systemen und stellt die Charakteristiken von
Pumpenkomponenten heraus (Antrieb, Motor, Umrichter, Sensoren, Ventile, etc.).
Das Hauptziel der Standardisierung ist in Bild 1 wiedergegeben. Pumpen sind bedeutende
Komponenten industrieller Anlagen, z.B. in der Prozessindustrie, der Herstellungsindustrie und bei der
technischen Gebäudeausrüstung. Aufgrund des hohen Bestands installierter Geräte stellen Pumpen
einen beachtlichen Kapital und Resourcenwert in zahlreichen Anlagen dar. Eine elementare Aufgabe
der Pumpen in der operativen Prozessführung ist die Förderung von Flüssigkeiten oder das
Evakuieren von Gasen. Abseits der Grundaufgaben eröffnen beispielweise die Eigenkontrolle, das
Generieren und Konditionieren von Informationen und eine innovative Diagnose ein weites Feld für die
Optimierung der Wartung. Zur Vermeidung von Ausfällen oder zur Minimierung von Stillstandszeiten
von Produktionsanlagen werden Eigenkontrolle und Diagnosefunktionalitäten von den Betreibern
gefordert. Informationen zur Identifizierung der Pumpe sind essentiell für die Verfolgbarkeit und das
Komponentenmanagement. Der Energieverbrauch ist für das Energiemanagement u.ä. von zentraler
Bedeutung. Hochfunktionale Pumpen siind flexible Vorrichtungen, benötigen aber Informationen aus
dem Prozeß. Diese Pumpen sind auch eine Art Fenster zum Prozeß, eine wichtige Quelle für
ergänzende Information über den aktuellen Zustand des laufenden Prozesses.
Operation Management Level
Process Control Level
Plant Operator
Device Manufacturer
Plant Asset Management
Process
Control
MES ERP
Audit
Trail
Performance
Monitoring
Condition
Monitoring
...
Plant
Maintenance
Energy
...
Management
Communication Network
(Field bus, Ethernet)
Field Level
Bild 1 – Anwendungsbereich des VDMA-Einheitsblattes
Daher ist die Einbindung des informellen Datenhaushalts von Pumpen in die Prozeßkontrolle nicht
ausschließlich aus operativer Sicht wichtig. Speziell die Integration in ein umfassendes Asset
Management (z.B.vorausplanende Wartung) und ein Anlagen Energiemanagement erschließen das
gesamte Potential der Pumpen.
Das Geräteprofil für Flüssigkeits- und Vakuumpumpen dient als universelle Spezifikation für den
informellen Datenhaushalt von Pumpen. Spezifikationen für bereits existierende Pumpentypen können
von diesem Geräteprofil mittels Mapping abgeleitet werden. Die Anwendung verfügbarer Produkte auf
der Basis bereits existierender Spezifikationen bleibt dabei erhalten. Im Bereich industrieller
Anwendungen, dort wo Pumpenspezifikationen nicht in der Breite existieren, stellt diese Geräteprofil
die Grundlage für die Realisierung durch die Feldbusorganisationen.
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VDMA 24223-1 : 2008-04
Das Geräteprofil ist in drei Ebenen angelegt (siehe Bild 2). Die erste Ebene definiert ein generisches
Geräte-Informationsmodell, indem Grundstrukturen der Elemente des Geräteprofils durch
fundamentale Klassen festgelegt werden. Aufgrund seiner universellen Anlage ist das Geräteprofil zur
Beschreibung beliebiger Anlagenkomponenten z.B. Rührwerke, Kompressoren etc geeignet. Die
zweite Ebene spezifiziert universelle Profilelemente, die allgemeine Gerätefunktionen, wie auch
spezifische Pumpenfunktionen beschreiben. Die Gesamtheit dieser Beschreibung dient als Bibliothek
zur Spezifikation von Flüssigkeits- und Vakuumpumpen. In Teil 1 des Einheitsblattes wird ein
Minimalumfang funktionaler Anforderungen festgelegt, den jede Pumpe zu erfüllen hat.
Das Geräteinformationsmodell, die universellen Profilelemente und die spezifizierte universelle Pumpe
sind Bestandteil von Teil 1 des allgemeinen Geräteprofils. Die Spezifikation von Vakuumpumpen
Bauarten findet sich in Teil 2, die für Flüssigkeitspumpen in Teil 3.
Device Profile for Vacuum and Liquid Pumps
Information Model,
Profile Element Types
Libraries of
Profile Elements
Systems
Generic
Pump
ProcessVacuum
Pump
Turbomolecular
VacuumPump
Rotodynamic
Pump
Bild 2 – Aufbau des allgemeinen Geräteprofils: Generisches Geräteinformationsmodell,
Spezifikation der Profilelemente und verschiedene Pumpentypen
Um eine elektronische Lesbarkeit der Spezifikation zu ermöglichen ist die Repräsentationsform des
allgemeinen Geräteprofils in XML angelegt, basierend auf dem spezifizierten Informationsmodell (xmlSchema). Das Profil Document wird durch eine XSL Tranformation erzeugt.
VDMA Device Profile for
Vacuum and Liquid Pumps
XSLT
<XML>
<Word, PDF>
Bild 3 – Elektronisch lesbare Spezifikation