Bussysteme in der Automatisierungsund Prozesstechnik

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1 Gerhard Schnell (Hrsg.) Bussysteme in der Automatisierungsund Prozesstechnik Grundlagen und Systeme der industriellen Kommunikation Mit 226 Abbildungen 4., vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage vieweg

2 VII Inhaltsverzeichnis 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 32

3 VIII Inhaltsverzeichnis Telegrammübertragungseffizienz Einige Strategien der Fehlererkennung Paritätsbit Blocksicherung CRC Datenintegritätsklassen Telegrammformate Telegramm mit Paritätsbit Telegramm mit CRC Telegrammformate Das HDLC-Protokoll UART PROFIBUS-NormEN 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 ma-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.lofeldbusankopplungan Host-Systeme 86

4 Inhaltsverzeichnis IX Grundlagen SPS-Ankopplung Feldbusfunktionen auf Kommunikations-Baugruppen Software-Schnittstelle Einheitliche Programmierung mit IEC PC-Ankopplung Hardware-Aspekte Techniken des Anwenderzugriffs Controller-Ankopplung Ankopplung an höhere Netze über Gateways Host-Zugriffe unter MMS Buszykluszeiten 97 2 Netzwerkhierarchien in der Fabrik- und Prozeßautomatisierung Übersicht und Spezifik der Kommunikation in der Automatisierung Managementebene Prozeßleitebene ETHERNET für den Industrieeinsatz Aufgaben vontcp/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-Bereich 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 177

5 Inhaltsverzeichnis PROFIBUS Das PROFIBUS-Konzept Schicht 1 - Übertragungstechnik Schicht 2 - Datenübertragungsschicht PROFIBUS-FMS PROFEBUS-DP PROFIBUS Konfiguration PROFIBUS Profile PROFIBUS PA - Feldbus für die Prozessautomation Das PROFISafe-Profil Anwendung von PROFIBUS als Remote I/O in der Prozessautomation Interbus JetWeb Neue Struktur der Steuerungstechnik: Verteilte Intelligenz JetWeb ist verteilte Intelligenz Ethernet erlaubt, das Netz als virtuellen Datenserver zu betreiben Ethernet im Überblick Switched Ethernet Ethernet als Systembus JetWeb nutzt TCP/IP und UDP/IP Definition der JetWeb-Kommunikation über Ethernet IDA - mehr als der Layer Industrielle Kommunikation von Schneider Automation Serieller Feldbus (SFB) Modbus Plus Modbus TCP/IP MMS über Ethernet (MMSE) 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 WorldFIP Physikalische Ebene Übertragungsschicht Telegrammaufbau Anwendungsschicht P-NET CAN Foundation Fieldbus 287

6 Inhaltsverzeichnis XI 5 Weitverkehrsnetze ISDN DATEX-L DATEX-P TEMEX Installationsbeispiele aus der Bus-Praxis Die Verbindung von Feldgeräten über PROFIBUS und OPC mit Anwendersoftware Kurze Einführung in OPC Die Aufgabe: PROFIBUS an Visualisierungs-Software 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 Software-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 PROFIBUS-DP 341

7 XII Inhaltsverzeichnis PROFIBUS-PA Interbus SUCOnet-K Schneider Automation Bussysteme SFB (Systemfeldbus) Modbus Plus MMSE (Manufacturing Message Specification on Ethernet) SIMATIC NET AS-Interface PROFIBUS Industrial Ethernet LON (Local Operating Network) Flux Information Processus (FIP) P-Net CAN (ControllerArea Network) Foundation Field Bus ARCNET Gigabit Ethernet ATM (Asynchronous Transfer Mode) Eigensichere Feldbusse PROFIBUS PA ICS MUX (RS 485) PROFIBUS (DP) Ex-i 357 Sachwortverzeichnis 359