Industrielle Kommunikation mit Feldbus und Ethernet

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1 Industrielle Kommunikation mit Feldbus und Ethernet Bearbeitet von Frithjof Klasen, Volker Oestreich, Neuerscheinung Taschenbuch. XVIII, 330 S. Paperback ISBN Format (B x L): 17 x 24 cm Gewicht: 628 g Weitere Fachgebiete > Technik > Technische Instrumentierung > Mess- und Automatisierungstechnik schnell und portofrei erhältlich bei Die Online-Fachbuchhandlung beck-shop.de ist spezialisiert auf Fachbücher, insbesondere Recht, Steuern und Wirtschaft. Im Sortiment finden Sie alle Medien (Bücher, Zeitschriften, CDs, ebooks, etc.) aller Verlage. Ergänzt wird das Programm durch Services wie Neuerscheinungsdienst oder Zusammenstellungen von Büchern zu Sonderpreisen. Der Shop führt mehr als 8 Millionen Produkte.

2 Geleitwort Vorwort der Herausgeber V VII 1 Der Markt für Feldbus und Industrial Ethernet David Humphrey, Florian Güldner 1.1 Nutzen der Vernetzung Das 5. Element: Ethernet Trends in der Factory Automation/Was Anwender fordern Wachstumsfaktoren Was Anwender fordern Engineeringkosten im Fokus Security-Aspekte Internationale Normung Max Felser 3.1 Geschichte der Feldbusnormen Der deutsch-französiche Feldbus-Krieg Der internationale Feldbus-Krieg Die Kompromisslösung Erweiterungen mit Ethernet Erweiterung mit drahtlosen Systemen Struktur der Feldbus-Normen Definition der Feldbusse Definition von Echtzeit-Ethernet Installationsrichtlinien Verlässlichkeit Definition der Protokoll-Familien Zusammenfassung Feldbusse: Status und Ausblick Stabilität und Zuverlässigkeit als Erfolgsfaktor Herausforderungen für die Zukunft Qualität durch Zertifizierung IX

3 5 CANopen Holger Zeltwanger 5.1 Untere Kommunikationsschichten Höhere Kommunikationsschichten Geräte- und Anwendungsprofile Zusammenfassung CC-Link Steve Jones 6.1 Die CC-Link-Netzwerke Topologie und Übertragungsgeschwindigkeiten Datenübertragung bei CC-Link Die Datentypen bei CC-Link Stationstypen bei CC-Link Maximal anschließbare Anzahl von Geräten Link-Zykluszeit Wie CC-Link kommuniziert Details der Datenübertragung bei CC-Link Die Speicherorganisation bei CC-Link Version 1.1 oder Version Implementierung von CC-Link Profile CC-Link Safety Zertifizierungsprüfung Literatur CIP: DeviceNet und ControlNet Viktor Schiffer 7.1 Grundlagen von CIP Objektorientierung Grundlagen der CIP-Kommunikation Verbindungen (Connections) und Nachrichtentypen Objekte Geräteprofile Konfiguration und Gerätebeschreibung Bridging und Routing Funktionale Sicherheit (CIP Safety) Konformität zu den Spezifikationen DeviceNet Kommunikationsmodell Systemkonzepte Systemanlauf Adressierungsprinzip Unterstützte Topologien und Übertragungsraten X

4 7.2.6 Installation Kommunikation SPS E/A Kommunikation SPS SPS Geräte-Konfiguration und -Integration Safety-Unterstützung Profile Diagnose Tausch/Ersatz von Geräten ControlNet Kommunikationsmodell Systemkonzepte Adressierungsprinzip Unterstützte Topologien Übertragungsraten Installation Kommunikation SPS E/A Kommunikation SPS SPS Geräte-Konfiguration und -Integration Safety-Unterstützung Profile Diagnose Tausch/Ersatz von Geräten Literatur INTERBUS Martin Müller 8.1 Die Eckdaten des INTERBUS-Systems Das Ringsystem Die INTERBUS-Elemente Der INTERBUS-Fernbus Datenübertragung im INTERBUS-System Das Summenrahmenprotokoll Die Datensicherheit im INTERBUS-System Die hybride Datenübertragung INTERBUS-Protokollchips Der Master-Protokollchip IPMS Die Slave-Protokollchips INTERBUS-Diagnose Abgestuftes Diagnosekonzept Die Lichtwellenleiter-Diagnose INTERBUS-Safety Die Funktionsweise Die Anwendervorteile Fazit XI

5 9 PROFIBUS Klaus-Peter Lindner 9.1 Überblick: PROFIBUS als System-Baukasten Übertragungstechnik RS Optische Übertragung MBP Trouble Shooting Kommunikation Leistungsstufe DP-V Leistungsstufe DP-V Leistungsstufe DP-V Adressierung mit Slot und Index Allgemeine Applikationsprofile PROFIsafe Redundancy Spezifische Applikationsprofile PROFIdrive Fluid Power Ident Systems PROFIBUS PA Gerätemanagement PROFIBUS-Implementierung Qualitätssicherung und Zertifizierung Prüfverfahren Literatur Vergleich der Feldbussysteme Industrial Ethernet: Status und Ausblick Echtzeitverhalten Verbindung von Office-Welt und Steuerungstechnik Verkabelungstechnik Ausblick CC-Link IE Steve Jones 12.1 Die CC-Link-Netzwerke Die Topologie von CC-Link IE Field Stationstypen im CC-Link IE Field-Netzwerk Link-Zykluszeit XII

6 12.3 Datentypen bei CC-Link IE Field und Speicherzuweisung Wie CC-Link mit externen Geräten kommuniziert Der Speicherabgleich beim CC-Link IE Field-Netzwerk Die Kommunikation im CC-Link IE Field-Netzwerk Zyklische Übertragung Transiente Übertragung Token passing Steuerung der Übertragung Format der Datenrahmen bei CC-Link IE Field Geräte mit einer Übertragungsrate kleiner als 1 GBit/s Implementierung des CC-Link IE Field-Netzwerks Profile Prüfung der CC-Link-Konformität Zusammenfassung EtherCAT Oliver Fels 13.1 Technologieeigenschaften Bearbeitung im Durchlauf Performance Migration vom Feldbus zu EtherCAT Flexible Topologie und Redundanz Einfache Diagnose und Konfiguration Einsatz von Standard-Komponenten Das EtherCAT-Device-Protokoll Zyklische Kommunikation (Prozessdaten) Azyklische Kommunikation Synchronisation über verteilte Uhren Funktionale Sicherheit EtherCAT für die Fabrikvernetzung Implementierungsaspekte Master-Implementierung Slave-Implementierung Monitor-Tools EtherCAT Technology Group Literatur EtherNet/IP Viktor Schiffer 14.1 Kommunikationsmodell Systemkonzepte Adressierungsprinzip Unterstützte Topologien Übertragungsraten Installation XIII

7 14.7 Kommunikation SPS E/A Kommunikation SPS SPS Geräte-Integration Safety-Unterstützung Profile Diagnose Tausch/Ersatz von Geräten Feldbus-Integration Integration in Unternehmensnetze Security Literatur Modbus-TCP Thomas Hammermeister 15.1 Client-/Server-Architektur Modbus als Ethernet-basierter Feldbus Protokoll-Basics Datentransfer über Modbus/TCP in der Praxis Fazit Literatur POWERLINK Stefan Schönegger 16.1 Datenaustausch bei POWERLINK Warum Standard-Ethernet keine harte Echtzeit erreicht Der POWERLINK-Stack Der POWERLINK-Mechanismus Funktionale Merkmale von POWERLINK Netzwerkaufbau mit POWERLINK: Topologie Eindeutige Adressierung jedes Teilnehmers Hot Plugging Querverkehr Redundante Netzwerke Diagnose POWERLINK = CANopen over Ethernet Safety und Security Busunabhängigkeit So funktioniert opensafety Mechanismen zur Fehlererkennung und -vermeidung Aufbau des opensafety-frames Das opensafety-netzwerk Security Technische Umsetzung von Master und Slaves Lösungen für den POWERLINK-Master Lösungen für den POWERLINK-Slave XIV

8 16.5 POWERLINK als Open Source Zertifizierung von POWERLINK-Geräten PROFINET Jörg Freitag 17.1 PROFINET im Überblick PROFINET Highlights PROFINET IO-Geräteklassen Adressierung bei PROFINET IO PROFINET IO Grundlagen Gerätemodell Real-Time-Kommunikation Datenverkehr Netzwerk-Diagnose bei PROFINET Anlagen-Engineering und GSD Systemhochlauf Nachbarschaftserkennung Fast Start Up IRT-Kommunikation bei PROFINET IO IRT-Steuerung IRT-Intervalle PROFINET IO-Controller und -Device Conformance Classes (CC) Applikationsprofile für PROFINET IO Train Applications PROFIenergy Integration von Feldbus-Systemen Netzwerkinstallation PROFINET-Verkabelung Steckverbinder für Daten Steckverbinder für Power Netzkomponenten Redundanz Industrial Wireless PROFINET IO-Zertifizierung Literatur SERCOS Peter Lutz 18.1 SERCOS I und II Topologie Übertragungsverfahren, Synchronisation und Protokollstruktur Normierte Daten Implementierung XV

9 18.2 SERCOS III Topologie und Installation Übertragungsverfahren Telegrammstruktur Direkter Querverkehr und Steuerungsquerkommunikation (C2C) Synchronisation CIP Safety on SERCOS SERCOS III-Geräteprofile Implementierung von SERCOS III Zusammenfassung Vergleich der Ethernet-Systeme Frithjof Klasen 19.1 Leistungsparameter Anforderungen Lösungskonzepte Kategorie A: TCP/IP-basierte Lösungen Kategorie B: Ethernet-MAC Kategorie C: Ethernet mit modifiziertem Buszugriffverfahren und Timing Auswahlkriterien Ausblick Literatur Wireless: Status und Ausblick Lutz Rauchhaupt 20.1 Wireless, Funk oder WLAN Anforderungen und Bedingungen von Wireless Mobilfunksysteme Wireless Local Area Networks (WLAN) Bluetooth WirelessHART Wireless Sensor/Actor Network for Factory Automation Andere Funklösungen Ausblick Literatur Netze koppeln und verbinden Kopplung autonomer Anlagenteile mit eigener SPS Kopplung untergeordneter Anlagenteile ohne eigene SPS Auswahl und Einsatzkriterien XVI

10 22 Security für Ethernet-Systeme Frithjof Klasen 22.1 Industrial Ethernet beeinflusst Security-Lösungen Herausforderungen Organisatorische Herausforderungen Unterschiede zur Business-IT Echtzeitanforderungen Begrenzte Ressourcen Mensch-Maschine-Interaktion Security-Ziele Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit Netzwerkinfrastrukturkomponenten Risiken und Sicherheitsanforderungen (Safety) Technische Herausforderungen Eigenschaften und Schwachstellen Lösungsansätze Schutzziele Bedrohungen und Risikoanalyse Security ein Gemeinschaftsprojekt Die Lösung: Personen, Prozesse, Technologien Literatur Geräteintegration mit FDI Daniel Großmann, Alexander Kaiser 23.1 Aktuelle Situation bei der Geräteintegration Die Lösung: Field Device Integration Vorteile von EDDL Vorteile von FDT Device Package Repräsentant eines Gerätes Catalog (notwendig) EDD-Device Definition DEF (notwendig, basierend auf EDDL) EDD-User Interface Description UID (notwendig, basierend auf EDDL) EDD-Business Logic BL (notwendig, basierend auf EDDL und FDT) User Interface Plug-in UIP (optional, basierend auf FDT) Attachments (notwendig, optional protokollabhängig) Die Basisarchitektur Systemarchitekturen Topologien Mit Harmonisierung zum Ziel FDI aus Endanwendersicht Eine Lösung Investitionssicherheit Robustheit Interoperabilität XVII

11 Einheitlichkeit Versionshandling Zusammenfassung Literatur Implementierungsaspekte: Make or Buy? Volker Oestreich 24.1 Marktsituation Implementierungsvarianten Eigenentwicklung der Kommunikations-Schnittstellen Eigenentwicklung mit externer Unterstützung Einsatz fertiger Kommunikationsmodule Entscheidungstransparenz mit Software-Unterstützung Eingabemasken Auswertung Projektergebnisrechnung am Beispiel einer Klebe-Steuerung Zusammenfassung Literatur Flexible Schnittstellen-Realisierung Entwicklungsplanung Beratung Implementierung Entwicklungsumgebung Hardware-/Softwaredesign Zertifizierung Technologiepflege Eigenentwicklung oder Entwicklungspartnerschaft Realisierungsmöglichkeiten Eigenentwicklung der Kommunikationsschnittstellen Kundenspezifische Lösungen Einsatz fertiger Kommunikationsmodule Externer Busanschluss mit einem Protokollkonverter Organisationen Autoren Sachwörterverzeichnis XVIII

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