Bussysteme in der Automatisierungs- und Prozesstechnik (eBook)

Dr.-Ing. Gerhard Schnell war Professor für Automatisierungstechnik und Mikrocomputertechnik an der Fachhochschule Frankfurt, Dipl.-Ing. Bernhard Wiedemann ist Geschäftsführer der Fa. Bihl + Wiedemann GmbH in Mannheim, einem Spezialanbieter für Bussysteme in der Automatisierungstechnik. Die Autoren der Einzelbeiträge sind namhafte Experten aus Industrie und Hochschule.

Vorwort 5
Vorwort zur 3. Auflage 5
Vorwort zur 4. Auflage 6
Vorwort zur 5. Auflage 6
Vorwort zur 6. Auflage 6
Inhaltsverzeichnis 7
1 Technische Grundlagen 13
1.1 Netzwerktopologien 13
1.2 Kommunikationsmodelle 20
1.3 Buszugriffsverfahren 31
1.4 Datensicherung 42
1.5 Telegrammformate 55
1.6 Binäre Informationsdarstellung 64
1.7 Übertragungsstandards 69
1.8 Leitungen und Übertragungsarten 81
1.9 Verbindung von Netzen 91
1.10 Feldbusankopplung an Host-Systeme 98
1.11 Buszykluszeiten 109
2 Netzwerkhierarchien in der Fabrik- und Prozessautomatisierung 113
2.1 Übersicht und Spezifik der Kommunikation in der Automatisierung 113
2.2 Managementebene 121
2.3 Prozessleitebene 123
2.4 Feldebene (Feldgerät – SPS) 132
2.5 Sensor-Aktor-Ebene 144
3 Feldbusnormung 152
3.1 Internationale Normungsarbeit 152
3.2 Europäische Normungsarbeit 156
Literaturverzeichnis 159
4 Beispiele ausgeführter Bussysteme 161
4.1 Sensor/Aktor-Busse 161
4.2 Feldbusse 187
4.3 Industrial Ethernet 318
4.4 Peripheriebusse am PC 349
5 Weitverkehrsnetze 355
5.1 ISDN 355
5.2 DATEX-L 359
5.3 DATEX-P 360
5.4 TEMEX 364
6 Installationsbeispiele aus der Bus-Praxis 367
6.1 Verbindung von Feldgeräten über PROFIBUS und OPC mit Anwendersoftware 367
6.2 Prozesssteuerung über das Internet-Netzwerk 374
6.3 Konfiguration ASI/Interbus-Gateway an Interbus 381
6.4 Die Verbindung einer SPS mit dem PROFIBUS DP 390
7 Datenblätter 397
7.1 AS-I (Aktuator/Sensor-Interface) 397
7.2 EIB (European Installation Bus) 398
7.3 Bitbus 399
7.4 PROFIBUS 400
7.5 Interbus 403
7.6 Schneider Automation Bussysteme 404
7.7 SIMATIC NET 406
7.8 LON (Local Operating Network) 407
7.9 Flux Information Processus (FIP) 408
7.10 P-Net 409
7.11 CAN (Controller Area Network) 410
7.12 Foundation Field Bus 411
7.13 ARCNET 412
7.14 Gigabit Ethernet 413
7.15 ATM (Asynchronous Transfer Mode) 414
Eigensichere Feldbusse 415
7.17 Rockwell Automation Bussysteme 417
Index 420

4 Beispiele ausgeführter Bussysteme (S. 151-152)

4.1 Sensor/Aktor-Busse

4.1.1 AS-Interface – Aktuator/Sensor-Interface

Das AS-Interface® ist nicht als eigenes Feldbussystem zu verstehen und in keinster Weise eine Konkurrenz zu bereits bestehenden Feldbussystemen wie z.B. PROFIBUS, Interbus, Modbus, CAN und anderen. Vielmehr wurde das AS-Interface entwickelt, um auf der Sensor/Aktor-Ebene vor allem im nicht-explosionsgefährdeten Bereich Support für die Feldbussysteme zu liefern. Es soll einfach und kostengünstig die binären Signale einer Anlage an existierende Feldbusse oder direkt an die Steuerung anbinden. Das AS-Interface nutzt die Vorteile der Feldbustechnologie, ein zweiadriges Kabel zur Übertragung der Daten.

Es benötigt aber zum Unterschied dazu keinen Schirm und keinen Endwiderstand und ist in der Lage, mit den gleichen zwei Adern des Kabels die notwendige Energie zu übertragen. Seit Dezember 2004 steht eine neue Spezifikation (Version 3.0) mit erweiterten Funktionalitäten zur Verfügung. Bei allen Änderungen wurde größter Wert auf eine 100%ige Kompatibilität zum bestehenden System gelegt. Auf die Neuerungen wird in den einzelnen Abschnittes dieses Kapitels eingegangen. Konzept des intelligenten Verkabelungs-Systems Durch den hohen Kostendruck in der Automatisierungstechnik wurde auf der Feldebene die Parallelverdrahtung durch einen Feldbus bzw. eine Zweileiter-Verkabelungstechnik ersetzt.

Auf der untersten Hierarchieebene, den Sensoren und Aktoren (Bild 2.1 und 2.5), wurde das mögliche Einsparungspotential bisher wenig genutzt, da die komplizierteren Feldbussysteme auf Grund ihrer Komplexität für die binäre E/A Ebene weniger geeignet sind. An dieser Stelle setzt das AS-Interface an. Letztendlich ist das AS-Interface eine „intelligente Verkabelung". Der Kabelbaum wird ersetzt durch ein zweiadriges Kabel, an das alle Teilnehmer angeschlossen werden. Die „Intelligenz" besteht aus den daraus resultierenden Möglichkeiten der Überwachung, der Diagnose und der Selbstadressierung, die in den folgenden Abschnitten beschrieben werden.

Das AS-Interface-System besteht aus einem Master, einem speziellen Netzteil, den Slaves und dem verbindenden Kabel. Der Master Der Master stellt die zentrale Einheit dar, die das System mit der darüberliegenden Ebene, der Steuerung oder einem Feldbus verbindet. Er arbeitet im Prinzip als intelligente Eingangs/Ausgangskarte und wird als solche von der Steuerung verwaltet. Der Master steuert den Datenaustausch mit den Slaves, sendet die Parameterdaten, wertet die Quittungstelegramme der Slaves aus und überwacht die Busfunktion.

Damit Masterimplementierungen sowohl für einfache speicherprogrammierbare Steuerungen als auch für Industrie-PCs oder Gateways zu anderen Bussystemen (etwa Profibus, Ethernet etc.) möglich sind, wurde bei der Spezifikation der Funktionalität auf größtmögliche Einfachheit geachtet. In der Initialisierungsphase nach dem Einschalten der Betriebsspannung erstellt der Master selbständig die Konfiguration des angeschlossenen AS-Interface-Strangs und vergleicht diese mit einer abgespeicherten Sollkonfiguration, außerdem werden die Slaves bei Bedarf mit Parameterdaten versorgt.

Im sich anschließenden Normalbetrieb werden mit allen angeschlossenen Slaves zyklisch Daten ausgetauscht. Fehlerhafte Telegramme werden identifiziert und nach einem bestimmten Algorithmus wiederholt. Zusätzlich werden die wichtigsten Busfunktionen überprüft: Anwesenheitskontrolle der Slaves, Überwachung der Konfiguration und der Stromversorgung. Der Ausfall oder das Entfernen eines Slaves wird daher sofort erkannt. Sogar der Austausch einzelner defekter Slaves, ohne dass dafür spezielle Systemkenntnisse oder Programmiergeräte erforderlich sind, wird mit einer besonderen Masterfunktion ermöglicht.