Bussysteme in der Automatisierungsund Prozesstechnik

Transkript

1 Gerhard Schnell (Hrsg.) Bernhard Wiedemann (Hrsg.) Bussysteme in der Automatisierungsund Prozesstechnik Grundlagen, Systeme und Trends der industriellen Kommunikation Mit 252 Abbildungen 6., überarbeitete und aktualisierte Auflage Vieweg Praxiswissen vieweg

2 VII Inhaltsverzeichnis 1 Technische Grundlagen Netzwerktopologien Zweipunktverbindungen Zweipunktverbindungen mit Multiplexer Bus-Struktur Baumstruktur Ringstruktur Sternstruktur Kommunikationsmodelle Das ISO/OSI-Referenzmodell Allgemeines Die physikalische Schicht oder Bitübertragungsschicht Die Sicherungsschicht Die Netzwerkschicht Die Transportschicht Die Sitzungsschicht Die Darstellungsschicht Die Anwendungsschicht Dienste für die Kommunikation zwischen den Schichten Beispiel: Ablauf einer Kommunikation im OSI-Modell Das TCP/IP-Protokoll Buszugriffsverfahren Master/Slave-Verfahren Token-Prinzip Token-Passing CSMA CSMA/CA Busarbitration Datensicherung Einleitung Fehlerarten Einige grundlegende Beziehungen Bitfehlerrate Wiederholung einer Übertragung Restfehlerrate Hamming-Distanz Telegrammübertragungseffizienz Einige Strategien der Fehlererkennung Paritätsbit 34

3 VIII Inhaltsverzeichnis Blocksicherung CRC Datenintegritätsklassen Telegrammformate Telegramm mit Paritätsbit Telegramm mit CRC Telegrammformate Das HDLC-Protokoll UART PROFIBUS-Norm EN Teil HART-Protokoll Token-Telegramm Binäre Informationsdarstellung NRZ, RZ Bipolar-Kodierung, HDB n -Kodierung NRZI AFP Manchester-II-Kodierung FSK, ASK, PSK Übertragungsstandards RS 232-, V.24-Schnittstelle RS 422-Schnittstelle RS 485-Schnittstelle nia-stromschleife IEC , FISCO-Modell Leitungen und Übertragungsarten Übersicht über die Leitungsarten Paralleldrahtleitung Koaxialleitung Lichtwellenleiter (LWL) Übertragungsarten Basisbandübertragung Trägerfrequenzübertragung Breitbandübertragung Verbindung von Netzen Repeater Bridges Router Gateways 84 l.lofeldbusankopplung an Host-Systeme Grundlagen SPS-Ankopplung Feldbusfunktionen auf Kommunikations-Baugruppen Software-Schnittstelle Einheitliche Programmierung mit IEC PC-Ankopplung 89

4 Inhaltsverzeichnis D Hardware-Aspekte Techniken des Anwenderzugriffs Controller-Ankopplung Ankopplung an höhere Netze über Gateways Host-Zugriffe unter MMS Buszykluszeiten Deterministische Bussysteme Nichtdeterministische Bussysteme 99 2 NetzwerkhierarchieninderFabrik-undProzessautomatisierung Übersicht und Spezifik der Kommunikation in der Automatisierung Managementebene Prozessleitebene ETHERNET für den Industrieeinsatz Aufgaben von TCP/IP sowie Echtzeitfähigkeit Anwendungsschicht ALI/API ETHERNET-Anwendung in der Feldbustechnologie Feldebene (Feldgerät-SPS) Anforderungen an einen Feldbus auf der Systemebene Schlussfolgerungen Stand und Entwicklungstendenzen Datenübertragung mit Lichtwellenleitern Feldbussystem in Doppelringstruktur Sensor-Aktor-Ebene Anforderungen im Sensor-Aktor-B ereich Industrielösungen für Sensor-Aktor-Bussysteme: Feldbusnormung Internationale Normungsarbeit IEC-Feldbus Europäische Normungsarbeit Beispiele ausgeführter Bussysteme Sensor/Aktor-Busse AS-Interface - Aktuator/Sensor-Interface Das EIB-System für die Heim- und Gebäudeelektronik Feldbusse Der Bitbus PROFIBUS Das PROFIBUS-Konzept Schicht 1 -Übertragungstechnik Schicht 2 - Datenübertragungsschicht PROFIBUS-FMS PROFIBUS-DP PROFIBUS Konfiguration PROFIBUS Profile 197

5 Inhaltsverzeichnis PROFIBUS PA - Feldbus für die Prozessautomation Das PROFISafe-Profil Anwendung von PROFIBUS als Remote I/O in der Prozessautomation Interbus IDA: Ethernet, Web und verteilte Intelligenz IDA-Architektur - das Objektmodell Das IDA-Kommunikationsmodell A3 Kommunikation in Echtzeit s4.4 Safety Integrated IDA und Modbus TCP/IP Web-Technologien bei IDA Industrielle Kommunikation von Schneider Electric Serieller Feldbus (SFB) Modbus Plus Transparent Ready SIMATIC NET - Industrielle Kommunikation von Siemens Industrial Ethernet - Das Netz für Produktion und Büro PROFIBUS - der Feld- und Zellenbus bei SIMATIC NET AS-Interface-der Aktor-Sensor-Bus bei SIMATIC NET LON LON-Gerät LonWorks-Protokoll Funktionsprofile für LON-Geräte LON-übergreifende Kommunikation Netzwerk-Management und Tools WorldFIP Physikalische Ebene Übertragungsschicht Telegrammaufbau AnwendungsSchicht P-NET CAN Foundation Fieldbus ClP-basierende Industrienetzwerke DeviceNet ControlNet Industrial Ethernet Industrial Ethernet - was ist das eigentlich? Grundlegende Informationen zu Ethernet Ethernet im Vergleich zu modernen Feldbussystemen Die wichtigsten Realisierungen FOUNDATION Fieldbus High Speed Ethernet PROFInet Ethernet/IP Ein hartes" Echtzeit-Ethernet: Powerlink 329

6 Inhaltsverzeichnis XI 4.4 Peripheriebusse am PC Vergleich USB - Firewire USB Weitverkehrsnetze ISDN DATEX-L DATEX-P TEMEX Installationsbeispiele aus der Bus-Praxis Verbindung von Feldgeräten über PROFIBUS und OPC mit Anwendersoftware Kurze Einführung in OPC Die Aufgabe: PROFIBUS an Visualisierungssoftware Konfiguration des PROFIBUS Konfiguration des OPC-Servers SCADA-Projekt und OPC-Konfiguration Prozesssteuerung über das Internet-Netzwerk Das Problem Erstellung der Lab View-Applikation Internetanbindung Die Konfiguration des HTTP-Servers Konfiguration ASI/Interbus-Gateway an Interbus Aufbau der Bus-Systeme Konfiguration des AS Kommunikation des AS-I/Interbus-Gateway mit dem Interbus Interbustelegramm des Gateways Nutzdaten des Gateways Funktion und Bedeutung von Steuer- und Statuswort Die sw-verknüpfung Interbus/AS Konfiguration der Modicon SPS Variablendeklaration Kommunikationsablauf Die Verbindung einer SPS mit dem PROFIBUS DP S7-Projekt Konfiguration der S7-Station Kommunikation zwischen CPU und CP Programmbeispiel Datenblätter AS-I (Aktuator/Sensor-Interface) EIB (European Installation Bus) Bitbus PROFIBUS PROFIBUS-FMS 390

7 XII Inhaltsverzeichnis PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA Interbus Schneider Automation Bussysteme SFB (Systemfeldbus) Modbus Plus Transparent Ready SIMATIC NET AS^Interface PRpFIBUS Industrial Ethernet LON (Local Operating Network) Flux Information Processus (FIP) P-Net CAN (Controller Area Network) Foundation Field Bus ARCNET Gigabit Ethernet ATM (Asynchronous Transfer Mode) Eigensichere Feldbusse PROFIBUS PA (siehe 7.4.2) ICS MUX (RS 485) PROFIBUS (DP) Ex-i Rockwell Automation Bussysteme DeviceNet ControlNet EtherNet/IP 409 Sachwortverzeichnis 411