Gerhard Schnell (Hrsg.) Bussysteme in der Automatisierungstechnik

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1 Gerhard Schnell (Hrsg.) Bussysteme in der Automatisierungstechnik

2 Praxis der Automatisierungstechnik Sensoren in der Automatisierungstechnik, von G. Schnell (Hrsg.) Bussysteme in der Automatisierungstechnik, von G. Schnell (Hrsg.) Explosionsschutz durch Eigensicherheit, von W.-D. Dose, hrsg. von G. Schnell Manuskripte oder Buchentwtirfe werden gerne im Verlag beraten und erbeten unter folgender Adresse: Verlag Vieweg, Faulbrunnenstr. 13, Wiesbaden

3 Gerhard Schnell (Hrsg.) Bussysteme inder Automatisierungstechnik Mit 159 Abbildungen V.Weg

4 Verzeichnis der Autoren Dipl. ng. Roland Bent, Dr. ng. JOrg BOttcher, Dipl. ng. Martina Bruland, Dr. ng. Thilo Heimbold, Dipl. ng. Michael Kessler, Dipl. ng. Thomas Klatt, Prof. Dr. sc. Werner Kriesel, Dipl. Wirtschaftsing. Henning Nierhaus, Prof. Dr. Andreas Pech, Dipl. ng. Peter Roersch, Dr. ng. Andreas Schiff, Dr. A. Schimmele, Dipl. ng. Andreas Schmitz, Prof. Dr. ng. Gerhard Schnell, Dr. ng. Raimund Sommer, PHOENX CONTACf, Blomberg Ultrakust Electronic, Gotteszell C. A. WeidmUller, Detmold Hochschule fur Technik, Wirtschaft, Kultur, Leipzig Pepperl + Fuchs, Mannheim P+F Kolleg, Mannheim Hochschule fur Technik, Wirtschaft, Kultur, Leipzig AEG, Frankfurt am Main Fachhochschule Frankfurt am Main Kloeckner Moeller, Bonn ifm, Tettnang Stahl, KUnzelsau Pepperl + Fuchs, Mannheim Fachhochschule Frankfurt am Main Siemens, Karlsruhe Aile Rechte der deutschen Ausgabe vorbehalten Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbh, BraunschweigWiesbaden, 1994 Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1994 Der Verlag Vieweg ist ein Unternehmen der VerJagsgruppe Bertelsmann nternational. Das Werk einschlieblich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschutzt. Jede Verwertung auberhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des VerJags unzullissig und strafbar. Das gilt insbesondere fur Vervielfliltigungen, Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Gedruckt auf sliurefreiem Papier SBN-13: DOl: / e-sbn-13:

5 Vorwort Es kann kein Zweifel darfiber bestehen, dab Bussysteme im allgemeinen und speziell in der Automatisierungstechnik ein aktuelles Thema sind, mit dem sich jeder dort Tatige und Verantwortliche beschiiftigen mub. Dabei ergibt sich zwangslaufig eine Ffille von Fragen, die wir mit diesem Lehrbuch hoffen, ausffihrlich und erschopfend beantworten zu konnen. Der Leser moge sich anhand des nhaltsverzeichnisses eine Ubersicht fiber das Gebotene verschaffen. Das Buch stammt aus der Feder verschiedener Autoren, was den Vorteil bietet, dab ffir jedes Teilgebiet Experten zu Worte kommen. Der Herausgeber hofft, dab der Leser daraus resultierende gelegentliche Uberschneidungen toleriert oder sogar begrfibt, da das Buch vermutlich oft im "Seiteneinstieg" gelesen wird und dab er die verschiedenen Darstellungsstile als anregend empfindet. Den Autoren dankt der Herausgeber ffir ihre neben der taglichen Arbeit erbrachte Zusatzleistung und die Geduld, mit der sie den der homogenen Darstellung dienenden.anderungswfinschen nachgekommen sind. Manches wurde auch bewubt stehen gelassen, wie z.b. der Begriff "Aktuator", obwohl dieser wortlich fibersetzte Zungenbrecher zu seinem Gegenstfick Sensor viel schlechter pabt wie das Wort "Aktor". SchlieBlich ist es dem Herausgeber eine angenehme Pflicht, den nachfolgenden Personen seinen Dank auszusprechen: - der Geschiiftsleitung des Hauses Pepperl + Fuchs, den Herren Dipl. ng. D. Bihl, Dipl. Kaufmann M. Fuchs und C. Michael ffir die generelle Unterstfitzung des Buches, - Herm Dipl. ng. W. Dose, Geschiiftsffihrer der P+F Kolleg GmbH, fur die Unterstfitzung durch seine Organisation bei der Zusammenffihrung von Texten und Bildem, - Frau L. Gaumert fur ebendiese Arbeit, - Herm E. Klementz yom Verlag Vieweg ffir die langjahrige und erfolgreiche Zusammenarbeit, - Frau H. Schnell, der auch bei diesem Buch die Geduld nicht ausgegangen ist. Moge das Buch in ndustrie und Hochschule allen Lesem eine ergiebig und zuverlassig sprudelnde nformationsquelle sein. Frankfurt am Main, Frfihjahr 1994 Prof. Dr. G. Schnell

6 Literaturverzeichnis V nhaltsverzeichnis 1 Technische Grundlagen Netzwerktopologien (Klatt) Zweipunktverbindungen Zweipunktverbindung mit Multiplexer... Bus-Struktur... Baumstruktur... Ringstruktur Sternstruktur Kommunikationsmodelle (Pech) Das SOOS-Referenzmodell Allgemeines Die physikalische Schicht oder Bitubertragungsschicht Die Sicherungsschicht Die Netzwerkschicht Die Transportschicht Die Sitzungsschicht Die Darstellungsschicht Die Anwendungsschicht Dienste filr die Kommunikation zwischen den Schichten Beispiel: Ablauf einer Kommunikation im OS-Modell Das TCPP-Protokoll Buszugriffsverfahren (Klatt) MasterSlave-Verfahren Token-Prinzip Token-Passing CSMA CSMACA Datensicherung (Schnell) Einleitung Fehlerarten Einige grundlegende Beziehungen Bitfehlerrate Wiederholung einer Eintragung Restfehlerrate Hamming-Distanz

7 V Literaturverzeichnis Telegrarnmiibertragungseffizienz Einige Strategien der Fehlererkennung Paritiitsbit Blocksicherung CRC Datenintegritatsklassen Telegrammformate Telegramm mit Paritiitsbit Telegramm mit CRC Telegrarnmformate (Pech) Das HDLC-Protokoll UART Profibus-Norm DN Binlire nformationsdarstellung (Klatt) NRZ,RZ Bipolar-Kodierung, HDBn-Kodierung NRZ AFP Manchester 11-Kodierung... FSK, ASK, PSK Ubertragungsstandards (Klatt) RS 232-, V.24-Schnittstelle RS 422-Schnittstelle RS 485-Schnittstelle rna -Stromschleife Leitungen und Ubertragungsarten (Schnell) Ubersicht iiber die Leitungsarten Paralleldrahtleitung Koaxialleitung... Lichtwellenleiter (LWL)... Ubertragungsarten Basisbandiibertragung Tragerfrequenziibertragung Breitbandiibertragung Verbindung von Netzen (Pech) Repeater Bridges Router Gateways

8 Literaturverzeichnis X 2 Netzwerkhierarchien bei elm (Heimbold, Kriesel) Ubersicht und Spezifik der Kommunikation in der Automatisierung Managementebene ProzeBleitebene Feldebene (Feldgerat - SPS) Anforderungen an ein Feldbussystem SchluBfolgerungen Stand und Entwicklungstendenzen... Datentibertragung mit Lichtwellenleitem... Feldbussystem in Doppelringstruktur Sensor-Aktor-Ebene Anforderungen Varianten Ungetaktete Parallel-Seriell-Umsetzung Binarwerterfassung durch Auswertung von mpulsreflexionen L6sungsm6glichkeit mit Digitaitechnik nternationale Feldbusnormung (Kessler) Die verschiedenen Normierungsaktivitaten Der EC-Feldbus Physical Layer Data Link Layer Application Layer nteroperable Systems Project (SP) und World FP Beispiele ausgefiihrter Bussysteme Sensor/ Aktor-Busse AS(Schiff) VariNet-2 (Kessler) Feldbusse Der Bitbus (Schnell) PROFBUS (Schmitz) nterbus-s (Bent) SUCONET-K (Roersch) Modnet von AEG (Nierhaus) ModnetllSFB ModnetllM ModnetllP Modnet3MMSE SNEC - ndustrielle Kommunikation von Siemens (Sommer)

9 x Literaturverzeichnis SNEC H3 - der HOchstleistungs-Backbone SNEC H - das Lokale Netz fur Produktion und Biiro SNEC L LON (Bruland) FP (Kessler} P-NET (Bottcher} CAN (Bottcher} Weitverkehrsnetze (Pech) SDN DATEX-L DATEX-P TEMEX Anhang Datenblatter AS (AktuatorSensor-nterface) VariNet Bitbus PROFBUS PROFBUS PROFBUS (DP) nterbus-s SUCONET-K Modnet Modnetl/SFB (Bitbus) ModnetllM Modnet11P (PROFBUS) Modnet3MMSE SNEC SNEC L2 (PROFBUS) SNEC H SNEC H LON Factory nformation Protocol (FP) P-Net CAN (Controller Area Network) Eigensichere Feldbusse (Schimmele} CSMUX(PDV) CS MUX (RS 485) CS MUX (SP) Sachregister

10 Gesamtiibersicht iiber die Bussysteme BUSSYSTEME 1:1 RS232 RS rna seriell l:n m:n ~ Feldbusse RS485 LAN Ethernet Tokenring Tokenbus Arcnet u.a. parallel 1:1 l:n Centronics EC 488 Drucker GPB m:n VME Multibus SCS u.a. master/slave multimaster AS PROFBUS VariNet 2 Modnet 3 Bitbus SNECH2 nterbus-s LON SUCONETK FP Modnet 1 P-Net SNECL2 CAN Modulink u.a. u.a.