Normung am Beispiel Feldbus

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1 Normung am Beispiel Feldbus Feldbus Was ist ein Feldbus? Was entfällt? Vorteile durch Feldbusse Genormte Systeme Normungsaktivitäten National/Europa IEC Offene Systeme Eigensichere Systeme Normen Bildmaterial mit freundlicher Unterstützung der PROFIBUS Nutzerorganisation e.v. Wolfgang Fladerer W. Fladerer Deutsche Elektrotechnische Kommission im DIN und VDE Fachbereich 9 Leittechnik

2 Was ist ein Feldbus? Ein Kommunikationsmedium für den Austausch von Informationen zwischen Automatisierungssystemen und den angeschlossenen dezentralen Feldgeräten PLC PC Übertragung von allen relevanten Informationen in digitaler Form Feldbus Ein Feldbus ist ein Kommunikationsmedium für den Austausch von Informationen zwischen Automatisierungssystemen und den angeschlossenen dezentralen Feldgeräten, wie z. B. Meßumformern, Stellgliedern, Reglern und Sensoren. Über nur zwei Leitungen können alle relevanten Informationen, wie Ein-, Ausgangs- und Diagnosedaten, Parameter und Programme, digital übertragen werden.

3 Was entfällt? Punkt-zu- Punkt- Verbindung Leitsystem Eine Busleitung ersetzt viele getrennte Punkt-zu- Punkt-Verbindungen Leitsystem I/O I/O I/O I/O I/O Busanschaltung Eine zentrale Busanschaltkomponente ersetzt z. B. eine Vielzahl von Analogkarten für I/O Feldbus Im Vergleich zur konventionellen (4...20mA)-Technik entfallen die Einzelverdrahtungen zwischen den Anschlußkomponenten und den Feldgeräten sowie die Vielzahl der Anschlußkomponenten selbst.

4 Vorteile durch Einsatz von Feldbussen 100% 22% geringerer Verdrahtungsaufwand 50% 27% ca. 60% 12% Engineering weniger Anschlußbausteine weniger Dokumentation geringerer Engineering-Aufwand 0% 51% mA 22% 23% Feldbus Installation Hardware Raumgewinn schnellere Anlagenerstellung Die möglichen Vorteile gegenüber der konventionellen Einzel- Verdrahtungstechnik liegen auf der Hand: geringerer Verdrahtungsaufwand, weniger Anschlußbausteine, weniger Dokumentation, geringerer Engineering-Aufwand, Raumgewinn durch Wegfall von Kabeltrassen und Rangierverteilern sowie durch kleinere Schaltschränke, schnellere Anlagenerstellung, usw. Eine NAMUR-Studie kam auf ein Einsparungspotential beim Einsatz von Feldbussen von bis zu 40%. Eine Aufsplittung der Kosten auf die einzelnen Gewerke kann dem Diagramm entnommen werden.

5 Genormte Systeme Wasseraufbereitung PKW-Herstellung Kalk- Produktion Abfüll-Anlagen Dem Wunsch der Anwender nach offenen Systemen wird durch Normung Rechnung getragen Brauereien Kleber-Herstellung Gebäude-Automation Polymer-Lager Lebensmittel- Herstellung Erste Entwicklungen für Feldbusse stammen beispielsweise aus dem militärischen Bereich, um das Gewicht der Verkabelung von Flugzeugen zu reduzieren. Während in früheren Zeiten oftmals herstellerspezifische, untereinander nicht kompatible Feldbusse zum Einsatz kamen, wird heute dem Wunsch nach offenen, genormten Systemen zunehmend Rechnung getragen. Der Anwender möchte unabhängig von einzelnen Lieferanten sein und aus einer möglichst großen Produktpalette das für seinen Anwendungsfall beste und preisgünstigste Produkt auswählen.

6 Normungsaktivitäten Beginn in Europa Mitte der 80er Jahre In Deutschland: Gründung DKE/AK Feldbus, Start eines BMFT-geförderten Projektes Feldbus In Frankreich: Start eines Programmes zur Stärkung der Position als führende Industrienation Normungsvorhaben scheitern bei IEC Markteinführung firmeneigener Feldbussysteme Blockierung der internationalen Feldbusnormung Bildung konkurrierender Konsortien Normungsaktivitäten zum Feldbus begannen in Europa Mitte der 80er Jahre. In Deutschland wurde 1985 in der DKE der AK Feldbus gegründet, und ein BMFT-gefördertes Projekt Feldbus wurde gestartet. In Frankreich startete ein ehrgeiziges Programm, in dem u. a. mit Hilfe des Feldbusses die Position Frankreichs als führende Industrienation ausgebaut werden sollte. Beide Vorhaben wurden bei IEC eingebracht und beraten, ohne daß ein Konsens gefunden werden konnte. In diese Zeit fällt die Markteinführung zahlreicher firmeneigener Feldbussysteme, an die sich Fremdfirmen nicht oder nur mit erheblichen Schwierigkeiten anschließen können. Die eine oder andere Interessenvertretung sah in der aufkommenden Feldbusnormung eine Gefahr für ihr Marktvolumen, versuchte einzulenken und verhielt sich nicht immer so, daß die Normungsarbeit schnellstmöglichst vorankommen konnte. Eine schwierige Phase der internationalen Feldbusnormung war eingetreten, zumal sich maßgebende europäische Länder gegenseitig blockierten. Diese Situation fordert auch die jeweils kleineren Unternehmen neben den Marktführern zu Aktionen heraus. Konkurrierende Konsortien werden gebildet, mit dem Ziel, hochinnovative Systeme zu entwickeln und über dem Markt voranzubringen.

7 National und in Europa CLC/TC 65CX 1993 CLC/TC 65CX In Deutschland erschienen 1991 DIN 19245, Teile 1 und 2 Profibus. Auf europäischer Ebene wird 1993 CENELEC/TC 65CX Feldbus gegründet. Man einigt sich, die in Europa eingeführten, nicht kompatiblen Systeme PROFIBUS, FIP und P-NET in einer Norm zu veröffentlichen; 1996 erscheint EN Inzwischen ist hierzu eine Ergänzung ratifiziert worden, die den Profibus Data Link Layer aus EN auf den IEC Physical Layer abbildet und auch die in Deutschland entwickelte INTERBUS- Spezifikation wurde als EN in Europa übernommen.

8 Internationale Elektrotechnische Kommission Reihe IEC Feldbus für industrielle Leitsysteme Teil 1: Einführungsleitfaden Teil 2: Spezifikation der Bitübertragungsschicht (Physical Layer) und Definition deren Dienste (siehe DIN EN ) Teil 3: Definition der Dienste der Sicherungsschicht (Data Link Layer) Teil 4: Spezifikation des Protokolls der Sicherungsschicht (Data Link Layer) Teil 5: Definition der Dienste der Anwendungsschicht (Applikation Layer) Teil 6: Spezifikation des Protokolls der Anwendungsschicht (Applikation Layer) Teil 7: Netzwerk- und System-Management Teil 8: Konformitätsprüfung Auf internationaler Ebene erschien 1993 ein Teil der im Arbeitsprogramm vorgesehenen 8teiligen Normenreihe zum Feldbus, der Physical Layer, als IEC und wurde als EN übernommen. Die Teile 3 und 4 zum Data Link Layer und Teile 5 und 6 zum Application Layer wurden 1998 wegen technischer Mängel abgelehnt und verfehlten die Annahme als Internationale Normen.

9 Bleiben Sie dran! Nun wird es auf internationalem Parkett erst recht impulsiv. Nach beendeter Abstimmung sollen abgegebene Stimmen disqualifiziert werden und insbesondere kleineren Ländern sogar die Kompetenz abgesprochen werden, wegen unzureichender technischer Kenntnisse überhaupt abstimmen zu dürfen. Man darf gespannt sein, wie die IEC-Lenkungsgremien bezüglich der mittlerweile vorliegenden Appeals beschließen. Deutschland wendet sich entschieden gegen einen solchen Umgang miteinander und setzt sich strikt für die Einhaltung der bestehenden Regeln ein. Die Frage, ob eine internationale Normung eines Feldbusses unter den vorhandenen Randbedingungen erfolgreich sein kann und weiter angestrebt werden sollte, bleibt zu bedenken.

10 Offene Systeme System-Einstellung Der Markt fordert offene und preiswerte Systeme PLC Feldbus Festgestellt werden kann, daß sich mehrere Systeme auf dem Markt etablieren, z. T. mit bestimmten Anwendungsschwerpunkten, z. T. aber auch stark konkurrierend. Sie drängen in die Normung. Auf europäischer Ebene wird dem durch ein Normungskonzept Rechnung getragen, bei dem mehrere konkurrierende Protokolle in einer Norm zusammengebunden werden, ohne daß eine Kompatibilität beansprucht wird. Nicht unbedingt die Vorstellung der klassischen Normung, aber eine Lösung offenbar, mit der die Wirtschaftspartner leben können. Ob mit oder ohne Ergebnis einer Normungsarbeit auf internationaler Ebene, der Markt verlangt offene, genormte und preiswerte Systeme, die sich einfach an industrielle Personalcomputer anschließen lassen.

11 Eigensichere Systeme Besondere Anforderungen in Ex-Schutz- Bereichen I Lösungen auf Basis DIN EN Segment- Koppler Transmitter Stromversorgung Zusätzliche Anforderungen bestehen z. B. für einen Teil der chemischen Verfahrenstechnik, wo explosionsgeschützte Ausführungen zum Einsatz kommen müssen und eigensichere Feldbussysteme gefragt sind. Hier gibt es Lösungen und Referenzbeispiele auf Basis des Physical Layer nach DIN EN

12 Vorhandene Normen IEC IEC ( ) am 1 ( ) am 2 ( ) CENELEC EN 50170: 1996 A2: 1998 EN 50254: 1998 EN : 1994 A1: 1996 A2: 1997 National DKE/UK Feldbus DIN EN 50170/1: DIN EN 50170/2: DIN EN 50170/3: DIN EN 50170/A2 (im Druck) DIN EN (im Druck) DIN EN : DIN EN /A1: DIN EN /A2: Eine Übersicht über derzeit vorhandene Normen zum Feldbus gibt die obige Folie. Das national für die Feldbusnormung zuständige Arbeitsgremium ist UK Feldbus, Obmann Herr Dr. Patz, Softig GmbH, München. Literaturhinweise: IEC ( ) Fieldbus standard for use in industrial control systems Part 2: Physical layer specification and service definition mit am1 ( ) und am2 ( ) Bei CENELEC: EN 50170: 1996 General purpose field communication system mit EN 50170/A2: 1998 EN 50254: 1998 High efficiency communication subsystem for small data packages EN : 1994 Fieldbus standard for use in industrial control systems Part 2: Physical layer specification and service definition, + A1: 1996 und + A2: 1997 National: DIN EN 50170/1: Universelles Feldkommunikationssystem; EN Band 1/3 P-NET DIN EN 50170/2: Universelles Feldkommunikationssystem; EN Band 2/3 PROFIBUS DIN EN 50170/3: Universelles Feldkommunikationssystem; EN Band 3/3 WorldFIP DIN EN 50170/A2: (im Druck) Universelles Feldkommunikationssystem; EN 50170/A2: 1998 DIN EN 50254: (im Druck) Kommunikationssubsystem mit hoher Effizienz für kleine Datenpakete; EN 50254: 1998 DIN EN : : Feldbus für industrielle Leitsysteme Teil 2: Spezifikation der Bitübertragungsschicht (Physical layer) und Definition deren Dienste (IEC : 1993); EN : 1994 DIN EN /A1: : Feldbus für industrielle Leitsysteme Teil 2: Spezifikation der Bitübertragungsschicht (Physical layer) und Definition deren Dienste (IEC : 1993/A1: 1995); EN /A1: DIN EN /A2: : Feldbus für industrielle Leitsysteme Teil 2: Spezifikation der Bitübertragungsschicht (Physical layer) und Definition deren Dienste (IEC : 1993/A2: 1996); EN /A2: 1996