Feldbusse. Busstrukturen Topologie eines Netzwerks (Busstruktur) Ring Baum. Bus. Stern

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1 Feldbusse Busstrukturen Topologie eines Netzwerks (Busstruktur) Ring Baum Stern Bus Ringtopologie o geschlossene Kette von Punkt-zu-Punkt o einfache Realisierung durch Lichtwellenleitern o Betriebsunterbrechung beim Einfügen eines neuen Teilnehmers Sterntopologie o alle Teilnehmer mit einem zentralen Teilnehmer verbunden o neue Teilnehmer einfach einzubinden o zentraler Teilnehmer benötigt viele Schnittstellen o Ausfall des zentralen Teilnehmers bedeutet keine Kommunikation Baumtopologie o beliebige Verzweigungen möglich o gute Anpassung an geografische Anforderungen o minimaler Verkabelungs- und Installationsaufwand o aktive Verzweigungselemente erhöhen die Kosten Bus- oder Linien-Topologie o elektrisch passive Ankopplung aller Teilnehmer o alle Teilnehmer hören die Businformationen o nur Einer zur Zeit kann Informationen senden o einfache Verkabelung o neue Teilnehmern ohne Betriebsunterbrechung o begrenzte Buslänge und erforderliche Teilnehmeridentifizierung

2 Buszugriffsverfahren Buszugriffsverfahren Kontrolliert Unkontrolliert Zentral gesteuert Dezentral gesteuert Nicht kollisionsfrei Kollisionsfrei Buszugriffsrecht bei kontrolliertem Buszugriff durch zentrale Instanz (Master, Synchronisationseinheit) Absprache zwischen den Teilnehmern (z. B. durch Tokens ) Buszugriffsrecht bei unkontrolliertem Buszugriff Bus belegen, sobald dieser frei Carrier-Sense Multiple Access (CSMA) CSMA/CD (Collision Detect) CSMA/CA (Collision Avoidance) Arbitrierungsphase - Auswahl des Teilnehmers mit höchster Priorität Datensicherung Prinzip der Differenzsignalübertragung Verwendung verdrillter und abgeschirmter Leitungen potentialfreie Ankopplung von Teilnehmern Einsatz von Lichtwellenleitern Übertragung zusätzlicher Prüfinformation (Prüfbits) Sender Empfänger Nutzinformation Prüfbits Fehlererkennungsfähigkeit eines Datensicherungsverfahren Hamming-Distanz Restfehlerwahrscheinlichkeit zyklische Blocksicherungsverfahren (CRC, Cyclic Redundancy Check) Prüfinformation (FCS, Frame Check Sequence)

3 Feldbusse Auswahlkriterien für Feldbussysteme Nachrichtenbehandlung Systemsicherheit Technologieanforderungen Wirtschaftlichkeit Zündschutzart Eigensicherheit in explosionsgefährdeten Anwendungsbereichen Einteilung in Sparten und den dort wichtigen Merkmalen. Sparte Merkmale Anlagentechnik Antwortzeiten der I/Os: 1ms (88%) und 10ms (55%) Durchschnittliche Anzahl von Sensoren und Aktoren: 186 (max. 4250) Zyklische Abfrage der Sensoren: 75% Rest: Ereignisgesteuert Linientopologie bis 1 km Länge Eigensicherheit bei 25% aller Anwendungen Automobil Kleine Geräte mit großer Störsicherheit und mechanischer Festigkeit Gesicherte Übertragung Antwortzeiten: < 1ms Zyklische Abfrage der Sensoren: 75% Schnelle ereignisgesteuerte Kommunikation Linientopologie von 10 bis 50 Meter Temperaturbereich: -30 C bis 120 C (Motorraum) Fertigungstechnik Alarme mit Übertragungszeiten kleiner 5ms Antwortzeiten der I/Os: 5ms bis 1Min. Produktionsdatenübertragung meist zeitunkritisch Gebäudeleittechnik Verfahrenstechnik Meist Leitungslängen unter 50 Metern Linientopologie mit Stromversorgung über den Bus Grosse Leitungslängen: meist größer als 500 Meter Große Anzahl von Sensoren und Aktoren Übertragungszeiten: kleiner 50ms, außer Alarme Größtes Spektrum an Feldgeräten Betriebsdatenübertragung: 100 bis 500ms Alarme in wenigen Millisekunden Gesamtkabellängen bis 10km Teilnehmerabstände: 10m bis 2km Leitungslängen zur Warte: 50m und 3km

4 Name Beschreibung Nutzer & Organisation ASI Durch Hersteller von binären Sensoren und Aktoren standardisierter Bus für rein binäre Informationen. Bei ISO zur Normung eingereicht. Nutzerorganisation ASI- Verein, Odenthal. Bitbus CAN EIB FIP Einer der ersten Busse überhaupt, ursprünglich von INTEL entwickelt. Genormt unter IEEE Entwickelt ursprünglich von Bosch für Einsatz im Automobil. Mittlerweile auch industrielle Einsätze. Genormt unter ISO Bussystem für elektrische Hausinstallation und Gebäudeleittechnik. Universeller Bus für die Verfahrens- und Fertigungstechnik. Genormt bei UTE (Frankreich). Kandidat für europäische Normenreihe EN 5017X. Globaler Gegenspieler von Profibus. INTERBUS Schneller Bus vor allem für Abfrage binärer Sensoren/Aktoren in der Fertigungstechnik. Ursprünglich von Firma Phoenix Contact eingeführt. Genormt unter DIN LON Bus der Firma Echelon (USA) auf Basis des mit einem speziellen Entwicklungstool programmierbaren "Neuron-Chips". PROFIBUS Universeller Bus für die Verfahrens- und Fertigungstechnik. Genormt unter DIN Kandidat für europäische Normenreihe EN 5017X. Zwei Varianten sind derzeit erhältlich- Standard- Profibus (FMS) für Einsatz bevorzugt im Zellbereich und Profibus-DP für Einsatz im Sensor-/Aktorbereich. P-NET Universeller Bus für die Verfahrens- und Fertigungstechnik. Branchenspezifisch genormt unter anderem beim Institute of SERCOS Petroleum, London. Lichtwellenleiterbus zum Einsatz für schnelle Antriebssteuerungen. Bei IEC in Normung. Nutzerorganisation BEUG, Baden-Baden. Nutzerorganisation CiA, Nürnberg. Nutzerorganisation EIBA, Brüssel. Nutzerorganisation Club FIP, Nancy (Frankreich). Auf internationaler Ebene tritt als Nutzerorganisation World- FIP, Nancy in Erscheinung, welche für Schicht 1 statt der FIP-eigenen Lösung IEC propagiert. Nutzerorganisation Interbus- S-Club, BadenBaden. Nutzerorganisation LNO, Aachen. Nutzerorganisation PNO, Wesseling. Nutzerorganisation International PNET User Organisation, Silkeborg (Dänemark). Nutzerorganisation SERCOS- Interface, Wesseling.

5 Die folgende Tabelle beschränkt sich auf ausgesuchte Feldbusse (INTERBUS, CAN, PROFIBUS und EIB) und eine Aufzählung ihrer wichtigsten Merkmale. Busname INTERBUS CAN PROFIBUS EIB Langname, Gründer oder Hersteller Controller Area Network Entwickelt durch Phoenix Contact, Blomberg Beschreibung Ersetzt die parallele Verkabelung zwischen SPS oder IPC und der Sensor/Aktor- Ebene Entwickelt von Bosch KFZ-interne Kommunikation oder auch allg. Automatisierung mit CANopen Topologie 2-Weg-Ring Linie Mit Repeater auch Baum Leitungen Längen oder Glasfaser T.-T.: 400m Max. 13km PROcess FIeld BUS Verbundprojekt BMFT, Bosch, Klöckner-Möller und Siemens FMS Allg. Automatisierungsaufgaben DP SPS zu Sensoren/Aktoren Linie Geschirmte verdrillte oder Glasfaser 40m-1Mbit/s 1km-10kBit/s Bitrate 500kBit/s 10kBit/s bis 1Mbit/s Protokolle Summenrahmen- Verschiedene und Telegramm oder Telegramme für Buszugriff auch Verteiltes Daten, Fehler Schieberegister und Überlast Teilnehmer max. 256 Abhängig von der Treiberleistung der einzelnen Knoten Sicherungsmechanismen Andere Aspekte Datenaustausch bei jedem Teilnehmer plus CRC in jedem Telegramm Berechenbare Antwortzeiten mit kurzen Zykluszeiten Höchste Anford.: Bit-Monitor CRC ACK-Check Stuff-Error Erkennung und Abschaltung defekter Teilnehmer 1,2km-9,6kBit/s 600m-187,5kBit/s 200m-500kBit/s 9,6kBit/s bis 500kBit/s Telegrammformat mit variablen Längen (5 bis 255 Zeichen) 32 pro Linie Mit 3 Repeatern bis 124 Quersumme im Telegramm plus Paritätsbit für jedes Zeichen im Telegramm Bei Profibus-DP: Datenaustauchen zwischen SPS und Peripherie EIBA (European Installation Bus Association) Gründung durch Jung, Merten, Siemens und andere Ziel ist die intelligente Gebäudeinstallation Linien mit eigener Spannungsvers. und Linienkoppler Geschirmte verdrillte T.-T.: 700m 9,6kBit/s Serielle Telegramme mit CSMA/CA 64 pro Linie Check-Byte ohne weitere Angaben Zur Energieeinsparung in Wohn- und Zweckbauten