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FELDBUSSEInhaltAS-InterfaceBACnetBatiBusBEUG, Bitnus europeanuser groupBITBUSByteflightCAL, CAN applicationlayerCAN-BusCAN-DatenrahmenCAN-ProfileCAN-ProtokollCANopenCIP-ProtokollD2B-BusDeviceNetDIN-MessbusEthernet-PowerlinkEPL-ProtokollEPSG, Ethernetpowerlinkstandardization groupETG, EtherCATtechnology groupEtherCATEtherCAT-ProtokollEtherCAT-TopologieEtherNet/IPEuropäischerInstallationsbusFeldbusFeldebeneFlexRayIDA, interface for distributedautomationIndustrielles EthernetInterbusIP67J1708-BusJ1850-BusJ1939-BusLDF, LIN description fileLeitebeneLIN-BusLIN-DatenrahmenLinientopologieLON-BusModbusMOST-BusMOST-ÜbertragungsprotokollODVA, open DeviceNetvendor associationPROFIBUSProfibus-DPProfibus-FMSProfibus-PAProfinetProwayRS-485SAE J1939SAE-KlasseSCNM, slot communicationnetwork managementSercos-DatenrahmenSercos-InterfaceSummenrahmen-verfahrenTCU, telematics control unitTTP-ProtokollTTP/A-BusTTP/C-BusXCP-ProtokollImpressum:Herausgeber: Klaus LipinskiCopyrigt 2006DATACOM-Buchverlag GmbH84378 DietersburgAlle Rechte vorbehalten2Weitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEAS-InterfaceAS-i, actuator sensorinterfaceStruktur des AS-InterfaceVerpolsichere 2-Draht-Leitung vomAS-InterfaceLeitungen für das AS-Interface, Foto: SchurichtGmbH3Das AS-Interface ist ein Sensor-Aktor-Netzwerk, das die Aktorenund Sensoren über eine 2-Draht-Leitung miteinanderverbindet. Über diese 2-Draht-Leitung werden dieSteuersignale und dieNutzdaten für die Komponentenübertragen, dieKonfigurationsdaten für dieSystemarchitektur und dieÜberwachungsdaten fürintelligente Komponenten unddas Netzwerk, aber auch dieVersorgungsspannung von 24 Vfür die Komponenten.Vom Konzept her entspricht dasAS-Interface einem einfachen, kostengünstigen Feldbus im Master-Slave-Betrieb aufFeldebene, der einfach zu installieren und für binäre Peripheriegeräte, für Aktoren undSensoren, optimiert ist. Periphere Komponenten können direkt hinzugefügt oderabgeklemmt werden.Das AS-Interface vernetzt die Automatisierungs-Komponenten auf der Feldebene bishinauf zur Leitebene. Es wird vorwiegend in Europa, speziell in Deutschlandeingesetzt.An das AS-Interface können bis zu 62 Knoten angeschlossen werden, die von derMaster-Station permanent überwacht werden. Die Zykluszeit ist abhängig von derAnzahl der Slaves und passt sich automatisch an. Bei sechs Slaves beträgt sie 1 ms,bei 62 Slaves 10 ms. Die Länge des AS-Interface liegt bei 100 m und kann mit dreiRepeatern auf bis zu 300 m erweitert werden. Die Datenrate beträgt 167 kbit/s.Topologisch kann ein AS-Netz sehr flexibel und erlaubt Konfigurationen in Stern-,Weitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEBus-, Baum- und Linientopologie.Für das AS-Interface gibt es spezielle ungeschirmte 2-Draht-Kabel, dieverpolungssicher angeschlossen werden können. Über sie können bis zu 8 Aübertragen werden. Der Kabelanschluss ist ein Dorn, der beim Anklemmen dieIsolierung des durchsticht und mit der Kabelseele Kontakt bildet. Zur Kennzeichnungsind die Kabelmäntel farblich gekennzeichnet: hellblau kennzeichnet die negative,braun die positive Versorgungsleitung.BACnetBatiBus4BACnet ist ein Vernetzungskonzept für die Gebäudeautomation. Es kann aufverschiedenen Transportmedien aufsetzen, u.a. auf Feldbussen wie den LocalOperating Network (LON) oder Ethernet. Das BACnet kennt Datenobjekte, die voneinem Sender zu einem Empfänger transportiert werden müssen, ohne, dass es dieSchnittstelle und die Transportmechanismen genau definiert.Da die Steuerungsprozesse in der Gebäudeautomation eher langsam sind, spielt eskeine Rolle, ob man das Ethernet über Tunneling oder Encapsulation benutzt, ebensowenig ob man als Transportprotokoll das UDP- oder das TCP-Protokoll einsetzt.Der Batibus, der von Merlin Gerin, Airelec, Landis & Gyr u.a. entwickelt wurde, ist einerder ersten Feldbusse für die Gebäudeautomation.Beim Batibus handelt es sich um ein offenes Feldbuskonzept über den die Sensoren,Aktoren und Feldgeräte miteinander kommunizieren können. In derGebäudesteuerung sind dies Systeme für die Klima- und Lüftungstechnik, dieBeleuchtungs- und Lichttechnik sowie für die Sicherheits- und Alarmtechnik. DasZugangsverfahren des Batibus basiert auf CSMA/CA, das jeder Station den Zugangauf das Übertragungsmedium erlaubt, solange dieses nicht von einer anderen Stationbenutzt wird.BatiBUS hat eine einfache, offene Struktur in Stern-, Ring- oder Bustopologie bei derein einziges Kabel durch das Gebäude verlegt wird. Über dieses Kabel werden auchdie Sensoren versorgt. Die Batibus-Stationen haben eigene Adressen über die sieangesprochen werden. Eine Erweiterung des Batibus ist problemlos möglich, ebensoWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEdas Hinzufügen oder Entfernen von Stationen.Der Batibus ist als europäischer Standard von der Cenelec standardisiert undinternational von ISO/IEC als JTC1/SC25.BEUGBitnus european usergroupBITBUSByteflight5Die Bitbus European Users Group (BEUG) ist eine Non-profit-Organisation, deren Zielder Erfahrungsaustausch von Bitbus-Anwendern, der Informationsaustausch und dieFörderung der Bitbus-Technologie ist.http://www.bitbus.orgDer Bitbus ist ein offener, echtzeitfähiger Feldbus, der bereits 1983 von Intel entwickeltund 1990 von der IEEE unter IEEE 1118 standardisiert wurde.Als Feldbus für die Automation und Produktion kann der Bitbus autonom arbeitendeSensoren, Aktoren und Steuergeräte über große Entfernungen miteinander verbinden.Die Entfernung kann ein Kilometer und mehr betragen und das bei Datenraten von62,5 kbit/s. Noch größere Entfernungen können mit Repeatern überbrückt werden.Für kürzere Entfernungen gibt es höhere Datenraten von 375 kbit/s und 1,5 Mbit/s. AlsÜbertragungsmedium benutzt der Bitbus STP-Kabel mit einer Impedanz von 120Ohm. Für die Übertragung reicht ein einpaariges Kabel.Vom Betrieb her handelt es sich um einen Master-Slave-Betrieb. Pro LAN-Segmentkönnen 28 Stationen angeschlossen werden, insgesamt 250.Basis der Bitbus-Technologie sind die Industriebus-Schnittstelle RS-485 und diesynchrone Datenübertragungssteuerung (SDLC) aus der SNA-Welt. Das synchrone,nachrichtenbasierte SDLC arbeitet mit Fehlererkennung. Das Bitbus-Protokoll eignetsich speziell für die Übertragung von kleinen Datenpaketen mit bis zu 248 Byte. AlsCodierung benutzt Bitbus die NRZ-I-Codierung.Byteflight ist ein von BMW in Zusammenarbeit mit Motorola, Elmos und Infineonentwickeltes System für sicherheitskritische Anwendungen in der Automotive-Technik.Das Byteflight-System ist in den 7er BMWs eingebaut für die Übertragungzeitkritischer Daten des Airbag-Systems zusätzlich zu denen der Karosserie-ElektronikWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEund des Chassis.Byteflight hat eine Datenrate von 10 Mbit/s und benutzt als Übertragungsmediumoptische Polymerfasern. Von der Konfiguration ist Byteflight in Sterntopologie miteinem intelligenten Sternkoppler aufgebaut.Neben der erwähnten Automobiltechnik kann Byteflight in allen Echtzeitanwendungenmit extrem kurzen Latenzzeiten und hohem Datendurchsatz eingesetzt werden.Ebenso in Umgebungen mit starker Störbeeinträchtigung.Wie der CAN-Bus, arbeitet Byteflight auch mit einem nachrichtenorientiertenÜbertragungsprozess. Wobei alle Nachrichten allen Bytefligt-Stationen zur Verfügunggestellt werden. Der Datenrahmen von Byteflight ist dem CAN-Datenrahmen sehrähnlich, die maximale Länge des Datenfeldes liegt bei 12 Byte. Um einvorhersagbares Echtzeitverhalten zu erreichen, arbeitet Byteflight mit demdeterministischen Zugangsverfahren TDMA, bei dem jeder angeschlossenenBusstation innerhalb einer bestimmten Zeit ein Timeslot zur Übertragung der Datenzur Verfügung gestellt wird.CALCAN application layerCAN-BusCAN, controller areanetwork6Der CAN Application Layer (CAL) bildet die Anwendungsschicht in derProtokollhierarchie des CAN-Busses. Der CAL-Layer setzt unmittelbar auf derSicherungsschicht auf und umfasst die Spezifikation der CAN-Nachrichten, dasNetzwerkmanagement, die Verteilung des Identifiers und das Layer-Management. DerCAL-Layer wurde von der CAN-in-Automation (CiA) spezifiziert und 1993 publiziert undbietet eine anwendungsunabhängige, objektorientierte Umgebung für dieImplementierung von verteilten CAN-basierten Systemen. Er ist äußerst flexibel,unterstützt Objekte und Dienste, definiert aber keine standardisierten Dateninhalte wieCANopen oder DeviceNet.Ein Controller Area Network (CAN) ist ein von der ISO standardisierter echtzeitfähigerFeldbus für die serielle Datenübertragung in der Automotive-Technik, der Automationund Fertigungstechnik. Das CAN-Bussystem, das ursprünglich von Bosch für Kfz-Anwendungen entwickelt wurde, hat sich im Laufe der Zeit auch als Feldbus in derWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSECAN-Bus-StrukturDatenraten vom CAN-Bus inAbhängigkeit von derKabellänge7Automatisierungstechnikpositioniert.Das CAN-Bussystem ist einseriell arbeitender 2-Draht-Busmit offener Architektur, der alsÜbertragungsmedium TP-Kabelmit einer Impedanz von 120Ohm benutzt. Bei den auf denbeiden Leitungen liegendenSignalen handelt es sich umdifferenzielle Signale, die mitentgegen gesetzter Polaritätübertragen werden. Andere Übertragungsmedium können vom Benutzer definiertwerden. Von der Topologie her hat der CAN-Bus eine Linientopologie.Alle Stationen sind direkt über einen Transceiver an den CAN-Bus angeschlossen. AlsStecker kommt dabei der 9-polige Sub-D-Stecker zum Einsatz. Weitere 4- und 5-polige Stecker sind ebenfalls definiert.Die Stationen selbst bestehen aus einem Steuergerät und einem Controller, der denZugang auf den Bus steuert. Da alle Stationen gleichzeitig am CAN-Busangeschlossen sind, können sie alle für sie relevanten Daten empfangen. Da dasgleichzeitige Senden von mehreren Stationen zu Kollisionen führen würde, benutztder CAN-Bus ein prioritätengesteuertes Zugangsverfahren, das Arbitration. Die Datenwerden dabei in den CAN-Datenrahmen verpackt, der zusätzliche Datenfelder für dasZugangsverfahren und die Fehlersicherung enthält.Die Datentransferraten des CAN-Busses sind abhängig von der Buslänge und reichenbis zu 1 Mbit/s bei Entfernungen von 40 m. Bei Buslängen von 1 km, die ohneRepeater und Bridge arbeiten, liegt die Übertragungsrate bei 80 kbit/s und bei sehrlangen Bussen von bis zu 10 km reduziert sich diese auf ca. 7 kbit/s. Theoretisch istdie Teilnehmerzahl unbegrenzt; es gibt aber marktgängige Anschlusskomponentenmit denen 32, 64 und bis zu 128 Teilnehmer an den CAN-Bus angeschlossen werdenWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEkönnen. Entsprechend des Anwendungen in der Automotive-Technik hat man zweiVersionen spezifiziert: CAN-B und CAN-C. CAN-B unterstützt die Integrationintelligenter Sensoren und ist die langsamere Version des CAN-Busses für dieKarosserie- und Fahrzeugelektronik mit einer Datenrate von 83,3 kbit/s. CAN-C hat die höheren Datenrate von 500 kbit/s und ist für Antriebs- undFahrwerkelektronik. An einen CAN-B-Bus können 10 Stationen, an einen CAN-C-Bus24 angeschlossen werden.Das CAN-Protokoll unterstützt das Multimaster-Verfahren des CAN-Busses, hat einehohe Fehlertoleranz und eine leistungsfähige Fehlererkennung. Es kann instörungsbehafteten Umgebungen eingesetzt werden und bietet eine hoheDatenintegrität.Mit dem CAN-Bussystem, das eine objektorientierte Adressierung hat, könnenleistungsfähige ereignisgesteuerte Systeme aufgebaut werden. In bestimmtenAusprägungen können die Daten direkt zwischen beliebig vielen Teilnehmernausgetauscht werden.Der CAN-Bus ist in den unteren beiden Schichten, der Bitübertragungssschicht undder Sicherungsschicht, standardisiert nach ISO 11898. In der darüber liegendenÜbertragungsschicht wird das Zugangsverfahren und die Fehlererkennungabgearbeitet. Oberhalb der Übertragungsschicht befindet sich die Objektschicht, diedie eine Nachrichtenfilterung anhand der Identifier-Informationen vornimmt, unddarüber der CAN Application Layer (CAL), in dem die Daten mit der Kennung bzw. derfestgelegten Priorität versehen werden.CAN-DatenrahmenCAN frame8Der CAN-Datenrahmen dient der Übertragung der Daten, der Fehlersicherung undder Steuerung des Zugangsverfahrens auf den CAN-Bus. Der gesamte Datenrahmenbesteht aus mehreren Datenfeldern und kann eine Gesamtlänge von bis zu 130 Bitshaben. Der Vorteil eines solch kurzen Datenrahmens liegt in der schnellerenReaktionszeit bei Kommunikationsanfragen von priorisierten Steuergeräten.Es gibt den Standard-CAN-Datenrahmen, der ein 11 Bit langes Identifier-Feld hat(CAN-2.0A), und den Extended-CAN-Datenrahmen mit einem 29 Bit Identifier-FeldWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEDatenrahmen desCAN-Protokolls(CAN-2.0B).Das CAN-Frame beginnt miteinem Bit für die Synchronisation,das den Beginn des Frames(SoF) kennzeichnet und aus demdie Stationen das Taktsignalableiten. Das folgendeArbitration-Feld setzt sich beimStandard-Frame aus einem 11 Bitlangen Identifier-Feld und einemKontrollbit, dem RemoteTransmission Request (RTR),zusammen.Da der CAN-Datenrahmen jakeine Quell- und Zieladresse benutzt, können alle Steuergeräte prüfen, ob die jeweilsauf dem CAN-Bus liegende Information für sie relevant ist. Diese Information steht imIdentifier-Feld und zeigt an um welche Art der Information es sich handelt.Beispielsweise um die Öl- oder Wassertemperatur des Motors, die Motordrehzahl oderdie Einspritzmenge an Treibstoff. Der eigentliche Wert steht im Datenfeld. Außerdemist in diesem Feld die Priorität des Steuergerätes eingetragen, die dieZugangssteuerung bestimmt. Alle Stationen überprüfen ständig, ob die Nachricht imIdentifier-Feld für sie relevant ist oder eine andere Station mit einer höherenSendepriorität sendet.In dem nachfolgenden Control-Feld von 6 Bit wird die Anzahl der Bytes eingetragen,die das Datenfeld umfasst. Zwei der sechs Bits sind reserviert, in die anderen vier wirddie Länge der Daten in Bytes eingetragen.Mit dem CRC-Feld für die zyklische Blockprüfung (CRC) können Übertragungsfehlererkannt werden und das ACK-Feld ist das Bestätigungsfeld in dem die Anzahl derEmpfangsstationen eingetragen wird, die die Nachricht fehlerfrei empfangen haben.9Weitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSECAN-ProfileCAN profileCAN-ProtokollCAN protocol10Bei Feldbussen sind die unteren Protokollschichten zwar eindeutig definiert, dieAusführungen der Anwendungen ist aber weitgehend Hersteller-abhängig. Da dies zuInteroperabilitäten zwischen den Anwendungen führt, kann nur eine VereinheitlichungAbhilfe schaffen; dies erfolgt mit Profilen, im Falle von CANopen mit CAN-Profilen. DieProfile definieren die Vereinbarungen über die standardisiertenKommunikationstechniken.Die CAN in Automation (CiA), die Organisation der CAN-Bus-Nutzer, hat in mehrerenArbeitsgruppen CAN-Profile für die Labor-Automation, für Klimaanlagen undBaumaschinen entworfen. In den CAN-Profilen werden die übertragendenProzessdaten und Konfigurationsparameter mit den zugehörigen Formaten festgelegt.Neben den genannten Anwendungen gibt es bereits Profile für Ein-/Ausgangs-Module, Messgeräte und programmierbare Controller.Der CAN-Bus arbeitet im Multimaster-Betrieb, bei dem der Inhalt des über denFeldbus übertragenen CAN-Datenrahmens durch Identifier gekennzeichnet ist. Jedean den CAN-Bus angeschlossene Station kann die Nachricht empfangen und sieverwerten. Zu diesem Zweck lesen die Stationen den Identifier und stellen anhand derKennung fest, ob die Nachricht für sie relevant ist, z.B. Drehzahl, Temperatur, Druck.Durch dieses Verfahren kann jede Station gleichzeitig auf die gleiche Nachrichtinteragieren. Damit es nicht zu Kollisionen auf dem Bus kommt, arbeitet der CAN-Busmit Arbitrierung und Priorisierung. Dabei werden den Identifiern Prioritäten zugeordnetund der Nachricht mit der höchsten Priorität Vorrang eingeräumt. Die Zuteilung desCAN-Busses erfolgt bitweise. Es gibt zwei unterschiedlich lange Bitformate für denIdentifier, die nebeneinander auf dem CAN-Bus existieren können: den Standard-Identifier mit 11 Bit und den Extended-Identifier mit 29 Bit.Da im CAN-Datenrahmen einige Bits für die zyklische Blockprüfung, dieDatenrahmenprüfung und für weitere Fehlererkennungsverfahren übertragen werden,kann er nur wenige Byte an Nutzdaten aufnehmen. Das hat den Vorteil, dass bei einerFehlererkennung der Zeitverlust für die Wiederholung des Datenrahmens sehr geringist.Weitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSECANopenCIP-ProtokollCIP, common industrialprotocolD2B-BusD2B, domestic data bus11CANopen ist ein von der CAN-in-Automation (CiA) spezifizierter Standard, der auf demCAN-Bus basiert und einen Subset des CAN Application Layer (CAL) für dieKommunikation und das Netzwerk-Management benutzt. Die Modellierung der Gerätebasiert auf der Beschreibung der Gerätefunktionen in einem Geräteverzeichnis. DieserAnsatz korrespondiert im Wesentlichen mit der Art und Weise wie die Geräte inanderen Feldbussen beschrieben werden, beispielsweise im Interbus oder Profibus.Dabei werden die Standardgeräte als Geräteprofile spezifiziert.CANopen-Netze arbeiten im Master-Slave-Betrieb und unterstützen bis zu 127logische Einheiten. Die Funktionen des Netzmanagements übernimmt dabei eineMasterstation.http://www.can-cia.orgDas Common Industrial Protocol (CIP) ist ein Anwendungsprotokoll für die Automation,das den Übergang der Feldbusse in industrielles Ethernet und in IP-Netze unterstützt.Dieses Industrieprotokoll benutzen einige Feldbusse wie DeviceNet, ControlNet undEtherNet/IP in der Anwendungsschicht als Schnittstelle zwischen derdeterministischen Feldbus-Welt und der nicht-deterministischen IP-Welt wie demInternet. Das CIP-Protokoll liegt oberhalb der Transportschicht und erweitert die reinenTransportdienste um Kommunikationsdienste für die Automatisierungstechnik. Dazugehören Dienste für den zyklischen, den zeitkritischen und den ereignisgesteuertenDatenverkehr.Das CIP-Protokoll ist ein netzwerkunabhängiges Anwendungsprotokoll, dasunabhängig vom Übertragungsmedium arbeitet und das Routing der IP-Netze nichtbeeinträchtigt. Über das CIP-Protokoll können die Steuergeräte auf gemeinsameGeräteprofile und Objektbibliotheken zugreifen.Mit der Version CIP-Safety wird das CIP-Protokoll um Sicherheitsfunktionen erweitert.Der D2B-Bus ist ein Feldbus der Automotive-Technik. Er unterstützt das Infotainmentund arbeitet wie der MOST-Bus mit der optischen Polymerfaser. DieDatenübertragungsrate beträgt 5,65 Mbit/s und die Anzahl der anschließbarenWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSETeilnehmer 61. Über den D2B-Bus werden Steuer- und Audiodaten übertragen.Der D2B-Bus bildet topologisch eine Ringstruktur, bei der das Radio einedominierende Rolle spielt indem es bei der Erstinbetriebnahme alle an den D2B-Busangeschlossenen Komponenten erfasst. Außerdem wird die einmal festgelegteStationsreihenfolge im Radio gespeichert. Ein Austausch des Radios hat somit eineFehlermeldung im D2B-Bus zur Folge. Der D2B-Bus ist über die einzelnenKomponenten durchgeschleift, wird eine Komponente entfernt ist die Ringstrukturunterbrochen. Dies kann durch Einstecken eines passiven Überbrückungssteckersaufgehoben werden. Der von Matsushita und Philips entwickelte D2B-Bus wurdebereits durch leistungsfähigere Buskonzepte wie den MOST-Bus abgelöst.DeviceNet12DeviceNet ist ein offener, von Allen-Bradley entwickelter Feldbus, der mit dem CAN-Protokoll arbeitet und von der ODVA weiterentwickelt und vermarktet wird.Das DeviceNet ist als leistungsfähiges Sensor-Aktor-Netzwerk auf derÜbertragungsschicht angesiedelt. Es arbeitet wie die meisten Feldbusse im Master-Slave-Betrieb und im Multi-Master-Betrieb. Die Kommunikation istverbindungsorientiert und erfolgt als Punkt-zu-Punkt-Verbindung oder alsMehrpunktverbindung. Es gibt vordefinierte Verbindungstypen, die bestimmte Diensteunterstützen und deren Subsets die Kommunikation erleichtern.Im DeviceNet werden die verfügbaren Kommunikationsdienste durch abstrakteObjektmodelle dargestellt sowie durch das extern sichtbare Verhalten der DeviceNet-Knoten. Das Verhalten der DeviceNet-Geräte ist in Geräteprofilen festgelegt.Ein DeviceNet kann bis zu 64 Knoten umfassen, die Datenraten liegen bei 125 kbit/s,250 kbit/s und 500 kbit/s.Das DeviceNet-Schichtenmodell kennt die Bitübertragungsschicht in der dasÜbertragungsmedium und die Anschlusskomponenten festgelegt sind, die Teilschichtmit dem Physical Signaling und die Sicherungsschicht, die durch Spezifikationen desCAN-Busses abgedeckt sind, und die Anwendungsschicht mit den DeviceNet-Spezifikationen. Hier residiert auch das Common Industrial Protocol (CIP) für dieMigration in IP-Netze.Weitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEDIN-MessbusDIN measurement busEthernet-PowerlinkEPL, Ethernet powerlinkStruktur des Ethernet-Powerlink13Der DIN-Messbus ist als Kommunikationsschnittstelle für einfache Mess- undPrüfgeräte mit geringer Rechenleistung konzipiert. Er eignet sich besonders für dieProzessautomation, die Versorgungs- und Entsorgungstechnik, dieUmweltmesstechnik sowie für Kommunikationsaufgaben in der Messtechnik undQualitätssicherung. Er wird auch in eichpflichtigen Anlagen wie Tankanlagen,Wägeeinrichtungen und Durchflussmesssystemen eingesetzt.Der nach DIN 66348 standardisierte Feldbus zeichnet sich durch seine hoheSicherheit gegen den Busausfall und Übertragungsfehler aus und bietet einfache,kostengünstige Anschaltungen. Die Länge des DIN-Messbusses, auf dem die Datenals ASCII-Zeichen in Datenpaketen von 128 Byte übertragen werden, beträgt 500 m.An den im Master-Slave-Betrieb arbeitenden Feldbus können bis zu 32 Stationenangeschlossen werden. Der DIN-Messbus ist einfach zu Verwalten und unterstütztdiverse Funktionen der Manufacturing Message Specifications (MMS), wobei einigePflichtdienste sind, andere hingegen optional.Das Echtzeitverhalten vom klassischen Ethernet wird durch das stochastischeZugangsverfahren CSMA/CD eingeschränkt. Mit EtherCAT und Ethernet-Powerlinkwerden diese Einschränkungen unter Beibehaltung des Ethernet-Konzeptesumgangen. Da Echtzeit-Ethernetfür die Automation und Produktionbesonders wichtig sind, sind auchhier die Einsatzgebiete vonEthernet-Powerlink (EPL) zusehen.Ethernet-Powerlink ist ein Layer-2-Protokoll nach IEEE 802.3u,das deterministischen Echtzeit-Datenaustausch über Fast-Ethernet ermöglicht. Es basiertauf einer Hub-Struktur und nutztWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEZykluszeit von Ethernet-Powerlink in Abhängigkeitvon der Stationszahldas Ethernet-Frame und auch die Komponenten von Fast-Ethernet. Wie andereFeldbusse auch kann Ethernet-Powerlink von der Sensor-Aktor-Ebene, der sogenannten Feldebene, bis hin zur Leitebene eingesetzt werden. Die einzelnenKomponenten sind über IP-Adressen über alle Ebenen hinweg, unternehmensweitund über das Internet ansprechbar.Ethernet-Powerlink arbeitet im Master-Slave-Betrieb mit einem isochronenZeitschlitzverfahren und unterstützt den Datentransport mittels IP-, UDP- und TCP-Protokoll. Dieses einfache Zugangsverfahren, das Slot Communication NetworkManagement (SCNM), bildet die Grundlage für den Determinismus. Dabei verteilt dieManaging Node (MN), die die Funktion des Managers innehat, dieZugangsberechtigung der Teilnehmer auf das Medium. Sie verhindert Kollisionen undgibt den Zeittakt für die Synchronisation aller Teilnehmer vor. Die Geräte, die im EPL-Konzept als Controlled Node (CN) bezeichnet werden, senden nur dann, wenn sievom Manager dazu aufgefordert werden.Das EPL-Protokoll ist ein deterministisches Zugangsverfahren, das in einemabgegrenzten Netzwerk-Segment, der Realtime-Domain, abläuft. Der zeitkristischeDatenverkehr erfolgt im sogenannten Protected Mode. In dieser Betriebsart könnenZykluszeiten von 1 ms bei über 30 Stationen und 46 Byte Nutzdaten realisiert werden.Der weniger zeitkrische Datenverkehr wird nicht in dieser Netzwerk-Domäneabgewickelt und belastet dadurch auch nicht das Realtime-Segment. An die Realtime-Domäne können bis zu 240 Stationen angeschlossen werden.Die Frame-Länge der EPL-Telegramme kann bis zu 1.500 Byte betragen, dieZykluszeiten liegen bei Telegrammen in Standardlänge bei etwa 100 Mikrosekunden.Von der Topologie her sind für EPL alle Varianten denkbar, außerdem kann einsolches Netzwerk mit Hubs und Routern erweitert und an andere IP-Netzeangebunden werden.In der Anwendungsschicht setzt Ethernet-Powerlink auf CANopen.Die Aktivitäten von Ethernet-Powerlink werden von der Ethernet PowerlinkStandardization Group (EPSG) vorangetrieben.14Weitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEEPL-ProtokollEPL protocolStruktur desEthernet-PowerlinkZykluszeit von Ethernet-Powerlink in Abhängigkeitvon der Stationszahl15Das EPL-Protokoll ist eindeterministischesZugangsverfahren für Ethernet-Powerlink (EPL). Da Ethernet-Powerlink in Automatisierungs-,Produktions- undFertigungsumgebungeneingesetzt wird, fallenzeitkritische Daten an, die mitdefinerter Vorhersagbarkeitübertragen werden müssen. Zudiesem Zweck arbeitet Ethernet-Powerlink mit einen abgegrenzten Realtime-Domäne, einem speziellen Netzwerk-Segment über das der der zeitkrische Datenverkehr abgewickelt wird. An ein solchesRealtime-Segment können bis zu 240 Controlled Node (CN), das ist die Bezeichnungfür die Stationen, angeschlossen werden.Das EPL-Protokoll ist ein zyklisches Zugangsverfahren, das sicherstellt, dass alleControlled Nodes mit einer zeitlichen Verzögerung von unter einer Mikrosekundezueinander synchronisiert sind.Beim EPL-Protokoll sendet die Managing Node einen Startzyklus (SoC) als Broadcastüber die Realtime-Domäne und überprüft damit das Zeitverhalten. Dieser Startzykluskennzeichnet den Beginn der streng deterministischen Zyklusperiode, bei dem derManaging Node im Unicast an alle Controlled Nodes einen Sendeaufruf sendet, diedann mit einer entsprechenden Response-Nachricht ihre Sendebereitschaftdokumentieren. Da das Poll-Response im Multicast gesendet wird, empfangen es alleControlled Nodes und können ihren Sendewunsch zurückstellen.Die Übertragung der zeitkritischen Daten erfolgt isochron in Zeitfenstern. Jeder Stationwird dabei ein Zeitfenster zugeordnet. Während dieser Periode können die Knoten IP-Telegramme, das sind die aus der Datenkommunikation bekannten Datagramme, indem der Station zugeordneten Zeitfenster senden. Einzelne Zeitfenster können imWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEMultiplex mehreren Stationen zugeordnet werden.Der isochronen Übertragung folgt ein Zeitfenster für asynchrone Daten. Dies sindzeitunkritische Diagnose- und Messdaten. In einem Übertragungszyklus wird jeweilsnur ein Zeitfenster für asynchrone Daten einer einzelnen Station zugeordnet. DieZuordnung der Zeitfenster übernimmt die Managing Node, die die Anfragen dereinzelnen Stationen nach Prioritäten gliedert.Für sicherheitskritische Anwendungen gibt es die Protokollversion EPLsafety.EPSGEthernet powerlinkstandardization groupETGEtherCAT technologygroup16Die EPSG-Standardisierungsgruppe treibt die Standardisierung von Ethernet-Powerlink (EPL) voran, einer Ethernet-Echtzeitvariante, die ursprünglich von derösterreichischen Firma B&R entwickelt wurde. Die EPSG ist in der IAONA organisiertund setzt aus Endanwendern, Herstellernund Forschungsinstituten derAutomatisierungstechnik zusammen. EPSG Mitglieder sind unter anderem ABBRobotics, Altera, Baldor, B&R, Hirschmann, KUKA Controls, KW Software, Lenze,National Instruments und Tetra Pak.Ziel der EPSG-Aktivitäten ist die Nutzung von Fast-Ethernet nach 802.3u mit 100Base-TX unter Verwendung der bekannten Ethernet-Übertragungsmedien und -Komponenten, ein deterministisches Zugangsverfahren für die Übertragung vonzyklischen Daten mit einer minimalen Zykluszeit von 200 Mikrosekunden, ein Jitter vonunter 1 Mikrosekunde und die Benutzung der bekannten Transportprotokolle TCP/IP,UDP und HTTP.Das IEC hat Ethernet-Powerlink als Publicly Available Specification (PAS) akzeptiert.http://www.ethernet-powerlink.orgDie EtherCAT Technology Group (ETG) ist eine Interessengemeinschaft, die sich derWeiterentwicklung und Implementierung von EtherCAT widmet, einer Ethernet-Echtzeittechnologie, die von der Firma Beckhoff entwickelt und vom IEC als PubliclyAvailable Specification (PAS) publiziert wurde. Die ETG-Gruppe will diekostengünstige Integration von EtherCAT in Automatisierungskomponenten und derenInteroperabilität vorantreiben.Weitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEDiese Echtzeittechnologie ist für die Automation, den Anlagenbau, die Produktion undFertigung von besonderem Interesse und zeichnet sich durch extrem geringe ZyklusundVerzögerungszeiten aus.http://www.ethercat.orgEtherCATEthernet for controlautomation technology17Das klassische Ethernet hat bedingt durch sein stochastisches Zugangsverfahrenbestimmte Einschränkungen hinsichtlich der Echtzeitfähigkeit. Mit EtherCAT, einerEntwicklung der Firma Beckhoff, wird diese Einschränkung relativiert, da sichEtherCAT, ein Feldbus, durch extrem kurze und vorhersagbare Verzögerungs- undZykluszeiten auszeichnet. EtherCAT ist daher als Echtzeit-Ethernet von besonderemInteresse für die Bereiche Automation, Produktion und Fertigung.Die Verkürzung der Durchlaufzeiten wird beim EtherCAT-Protokoll dadurch erreicht,dass die Telegramme, das sind die aus der Datenkommunikation bekanntenDatagramme, nach dem Empfang nicht mehr interpretiert und kopiert werden,sondern “On-the-Fly” verarbeitet werden; also quasi im Vorbeifliegen. Dabei werdendie UDP-Telegramme, die an eine so genannte Fieldbus Memory Management Unit(FMMU) adressiert sind, von dieser gelesen, während das Telegramm zur nächstenStation oder Steuergerät weitergeleitet wird. Auf ähnliche Weise werdenEingangsdaten eingefügt während das Telegramm die Station passiert. Dadurchliegen die Verzögerungszeiten der Datentelegramme bei wenigen Nanosekunden (ns).EtherCAT arbeitet im Master-Slave-Betrieb; masterseitig kommen in der EtherCAT-Topologie kommerziell verfügbare Netzwerkkarten (NIC) oder On-Board-Controllerzum Einsatz. Durch die FMMUs in den Slave-Knoten und den direkten Speicherzugriff(DMA) über die Netzwerkkarten, ist der komplette Prozess hardware-orientiert undunabhängig von Laufzeiten durch Protokollstacks, von CPU-Performance oderSoftware-Implementierungen.So beträgt die Aktualisierungszeit von 1.000 verteilten I/Os nur 30 Mikrosekunden.Innerhalb eines Ethernet-Telegramms können bis zu 1.486 Byte an Prozessdatenübertragen werden und das in einer Datentransferzeit von 300 Mikrosekunden.Voraussetzung für diese kurzen Transferraten ist eine exakte Synchronisation derWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEverteilten Prozesse. Diese wird durch die genaue Ausrichtung des verteiltenTaktsignals erreicht, wie es im Standard IEEE 1588 beschrieben ist.EtherCAT-ProtokollEtherCAT protocolEtherCAT-TopologieEtherCAT topology18Von der Funktion her ist EtherCAT vergleichbar einem einzelnen großen Ethernet-Teilnehmer, der Ethernet-Datagramme, in Feldbussen auch als Telegrammebezeichnet, sendet und empfängt. Ein solcher Ethernet-Teilnehmer besteht aus vielenEtherCAT-Slaves, die die Telegramme während des Durchflusses bearbeiten indemsie für den jeweiligen Slave bestimmte Nutzdaten aus dem EtherCAT-Frameherausnehmen oder einfügen und gleichzeitig das Datagramm an die folgende Stationweiterleiten. Die Slaves können untereinander direkt, im Multicast und im Broadcastkommunizieren.Das EtherCAT-Protokoll verwendet Ethernet-Telegramme, das sind die aus Ethernetbekannten Ethernet-Frames, und hängt an dieses einen zwei Byte langen EtherCAT-Header. Ein EtherCAT-Telegramm kann mehrere EtherCAT-Kommandos fürverschiedene Slaves und deren direkt adressierbare Speicherbereiche enthalten. DieGröße des Direct Memory Access (DMA) beträgt 64 KB.Der EtherCAT-Datenrahmen besteht aus dem Ethernet-Frame, gefolgt von einem 2Byte großen EtherCAT-Frame, dem Nutzdatenbereiche mit den EtherCAT-Kommandosfolgen. Abgeschlossen wird der EtherCAT-Datenrahmen durch ein 4 Byte langesDatenfeld für die zyklische Blockprüfung (CRC).Erfolgt die Kommunikation über das UDP-Protokoll und IP-Protokoll, dann folgt demEthernet-Header zuerst der IP-Header, dann der UDP-Header und danach derEtherCAT-Header.EtherCAT, ein Feldbus-Konzept für die Automation und Produktion, kann inverschiedenen Topologien realisiert werden. Prinzipiell sind alle Ethernet-Topologienmöglich, einschließlich der Sterntopologie des Ethernet-Switching. Ebenso kannEtherCAT auch in Bus- und Linientopologien, wie sie von anderen Feldbussen herbekannt ist, aufgebaut werden.Als Übertragungsmedien stehen die bekannten Ethernet-Übertragungsmedien wieWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSETP-Kabel, Lichtwellenleiter und Plastikfasern zur Verfügung. Die Ausdehnung istabhängig von der benutzten Ethernet-Konfiguration und beträgt bei 100Base-TX 100m zwischen den Komponenten.Da bei EtherCAT auch Übertragungen über sehr kurze Entfernungen erfolgen, sobeispielsweise zwischen zwei EtherCAT-Klemmen, wurde auch eine Buskonfigurationfür kurze Busse entwickelt: der E-Bus. Dieser bedient sich des LVDS-Protokolls undkann im Nahbereich bis zu 10 m eingesetzt werden. Als Übertragungsmedienkommen hier ebenfalls STP-Kabel der Kategorie 5 und Plastikfasern (bis 10 m) zumEinsatz.Die Größe eines solchen EtherCAT-Netzes kann bis zu 65.535 Geräte umfassen.EtherNet/IPEthernet industrial protocolEtherNet/IP mit denklassischen Netzwerk- undTransportschichten19EtherNet/IP ist ein offener Industrie-Standard für industrielles Echtzeit-Ethernet,basierend auf TCP/IP und UDP/IP. Mit dem EtherNet/IP-Protokoll wird Ethernet umdas Commen Industrial Protocol (CIP) auf der Anwendungsschicht erweitert. MitEtherNet/IP können alle Ethernet-Komponenten und die bekannten Netzwerk- undTransportprotokolle im industriellen Umfeld eingesetzt werden. In EtherNet/IP werdendie unteren Schichten des OSI-Referenzmodells von Ethernet mit den Übertragungs-,Vermittlungs-, Netzwerk- undTransportfunktionenübernommen. Das bedeutet,dass EtherNet/IPBrückenfunktionen undRouting unterstützt und alsTransportprotokoll das TCP-Protokoll benutzt, alternativdas UDP-Protokoll. Letzteresfür Echtzeitanwendungen, dadas UDP-Protokoll wesentlichkompakter ist und einengeringeren Overhead hat, alsWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEdas TCP-Protokoll. Während das UDP-Protokoll zur Übertragung von zeitkritsichenSteuerdaten benutzt wird, werden mit dem TCP-Protokoll parallel dazu dieInformationsdaten übertragen.Oberhalb der Transportschicht findet die Verkapselung des Common IndustrialProtocol (CIP) statt, das auf dem TCP/IP-Protokoll abgebildet wird.EtherNet/IP unterstützt Echtzeitanwendungen in der Automation, Produktion undFertigung und hat den Vorteil, dass eine Durchgängigkeit vom Unternehmensnetzüber das Internet oder andere IP-Netze bis in die Produktionsnetze gegeben ist. Mitsolchen Netzen kann ein durchgängiger Informationsfluss innerhalb desUnternehmens aber auch über die Zulieferer hinaus aufgebaut werden.Die Standardisierung von EtherNet/IP wurde von verschiedenen Konsortien begleitet.So von der ODVA, die die Interessen des DeviceNet vertritt, der ControlNetInternational (CI), die die Interessen des ControlNet vertritt und der Industrial EthernetAssociation (IEA), die industrielles Ethernet fördert.EuropäischerInstallationsbusEIB, European installationbus20Die europäische Union hat mit dem europäischen Installationsbus (EIB) einenStandard für die Gebäudeautomation und das Gebäudemanagement festgelegt. DerStandard ist für Wohn- und Zweckbauten und soll die vorhandenen herstellereigenenBussysteme ersetzen und einbinden.Der EIB-Bus ist ein Bussystem, das alle Sensoren und Aktoren in Gebäudenmiteinander verbindet und über das die Steuersignale für diese Komponentenbetrieben werden. Im einzelnen handelt es sich bei den Sensoren umBewegungsmelder, Temperaturfühler, Brandmelder, Windstärkemesser, Lichtmesserusw., bei den Aktoren primär um Motore und Schalter.Das EIB-Konzept nutzt für die Sensor- und Steuersignale ein separates UTP-Kabelder Kategorie 5 und ein spezielles Protokoll. Die Steuerspannung für die Sensorenund Aktoren läuft über das UTP-Kabel. Lassen die bautechnischen Voraussetzungeneine separate Verkabelung nicht mehr zu, bieten sich als Alternativen Powerline an,sowie eine Funk- oder Infrarot-Verbindung.Die Struktur der EIB-Verkabelung kann in Bus-, Stern-, Linien- oder BaumtopologieWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEerfolgen. Die einzelnen Linien werden über Linienkoppler, die sich in denVerteilerkästen befinden, mit einander verbunden. An einer Linie sind Sensoren undAktoren gleichermaßen angeschlossen, die über das IP-Protokoll mit so genanntenTelegrammen, das sind die von der Datenkommunikation her bekannten Datagramme,versorgt werden. Die Telegramme enthalten eine Nutzdateninformation von 8 Bit.Insgesamt kann eine solche Konstellation aus 15 Bereichen und 15 Linien mit jeweils256 Stationen bestehen. Dementsprechend benutzen die Stationen für dieAdressierung Dotted Decimal Notation Bereich.Linie.Station, Beispiel: 12.4.122.Bereich 12, Linie 4, Station 122.Die Datenrate beträgt bei der Übertragung üerb UTP-Kabel 9,6 kbit/s. Die Öffnungnach Außen erfolgt über das IP-Protokoll, damit das Gebäude- und Facility-Management auch von ausgelagerten Standorten aus über Festnetze undMobilfunknetze erfolgen kann. Alle Diagnosevorgänge und Fehlermeldungen könnenvon dann von einer Zentrale aus dezentral gesteuert werden. Diese zentrale Leitstellenimmt alle Störmeldungen, Warnhinweise und Alarme entgegen und kann daraufentsprechend reagieren.Feldbusfieldbus21Der Feldbus ist der Oberbegriff für verschiedene physikalisch ausgeprägteBussysteme für die Automatisierung, Fertigungstechnik, Gebäudeautomation und dieAutomotive-Technik. Es handelt sich um leitungsgebundene serielle Bussysteme mitdenen Feldgeräte, das sind Sensoren und Aktoren, wie Antriebe, Schalter, Motore undLampen mit den Steuerungsgeräten und Leitrechnern verbunden werden und überdie der schnelle Datenaustausch zwischen den Komponenten erfolgt. Von derOrganisation her arbeiten Feldbusse meistens im Master-Slave-Betrieb, bei dem dieMasterstation die Steuerung der Prozesse und Protokolle und die Slave-Stationen dieAbarbeitung der Teilaufgaben übernimmt.Da die Steuerung der Aktoren mit einer vorhersagbaren Verzögerungszeit muss,benutzen Feldbusse deterministische Zugangsverfahren, wie TDMA oder andere. Diesunterscheidet sie ganz wesentlich von dem stochastischen Zugangsverfahren, das inEthernet eingesetzt wird und verdeutlicht die Probleme bei der Migration zwischenWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEAufbau einesFeldbussesFeldbusse und WLANs in derAutomotive-Technik22den nicht-deterministischenIP-Netzen undden deterministischenFeldbussen beimÜbergang in dasindustrielle Ethernet.Feldbusse unterscheidensich hinsichtlich ihrerTopologie, ihrerÜbertragungsmedien undhaben je nachAusführungunterschiedlicheÜbertragungsprotokolle. Man unterscheidet dabei zwischen den nachrichtenorientiertenVerfahren und dem Summenrahmenverfahren. Eines der bekannteren inder Automation auf Feldbussen eingesetzten Protokolle ist das MAP-Protokoll.Feldbusse unterliegendiversen nationalen undinternationalenStandards undadaptieren dieSchichtenstruktur desOSI-Referenzmodells.Einen gemeinsamenStandard für Feldbussegibt es nicht, es handeltsich in aller Regel umproprietäre Systeme, diedurch Interessengruppenweiterentwickelt undWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEgefördert werden.Von der Topologie können sie aufgebaut sein wie Netzwerke, nämlich inRingtopologie, Baumtopologie, Bustopologie oder Sterntopologie.Feldbusse sind für ihr Einsatzgebiet optimiert, so dass es diverse Versionen für denAnlagenbau und die Automation gibt, ebenso wie für den Maschinenbau, dieAutomotive-Technik, die Prozess- und die Gebäudeautomation.Bekannte Feldbusse sind der Interbus, Profibus, Bitbus, I2C-Bus, Modbus, LIN-Bus,MOST-Bus, TTP/A-Bus, TTP-C-Bus, Bacnet, Batibus und der CAN-Bus.Neben den genannten haben sich Feldbusse auf Ethernet-Basis etabliert: EtherNet/IP,EtherCAT, Ethernet-Powerlink, DeviceNet, ControlNet und Sercos-Interface.FeldebeneFlexRay23Feldbusse sind für verschiedene Anwendungen entwickelt, die sich in denProzessebenen widerspiegeln. Man unterscheidet dabei die Feld-, Prozess- undLeitebene, die unterschiedliche Anforderungen an die Informationsübertragungstellen.Die Feldebene ist die unterste Ebene dieser Ebenenhierarchie. Auf dieser Ebene wirddie Steuerung der Prozesse direkt durch die Sensoren und Aktoren ausgeführt. DieDaten der Sensoren werden ausgelesen und unmittelbar für die Steuerung derAktoren verarbeitet. Neben den reinen Sensordaten werden auf der Feldebene auchAnalyse- und Alarmdaten übermittelt. Der Datenaustausch erfolgt in der Regel nichtdirekt zwischen den Feldgeräten, sondern ebenenübergreifend mit den Steuergerätender Aktoren.Typische Feldbusse für die Feldebene sind das AS-Interface, der Profibus, CAN-Bus,LIN-Bus, TTP/A-Bus, LON-Bus und der europäische Installationsbus (EIB).FlexRay ist ein zeitgesteuerter Feldbus, der in der Automotive-Technik dieAnforderungen an sicherheitskritische Systeme wie Lenkung und Bremssystem erfüllt.Der FlexRay-Bus ist ein herstellerübergreifender, offener Standard, der sich durcheine hohe Datenrate, durch Fehlertoleranz, garantierte Latenzzeiten und dieVorhersagbarkeit des Übertragungszyklus auszeichnet.Weitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEAufbau einesFlexRay-KnotensFlexRay-Konzept mit zweigetrennten Kanälen24Diese Vorhersagbarkeit kann nur mitzeitgesteuerten Zugangsverfahren erreichtwerden. Aus diesem Grund arbeitet FlexRaymit dem deterministischenZugangsverfahren TDMA, bei dem deneinzelnen Stationen Zeitschlitze für dieÜbertragung zur Verfügung gestellt werden,und einem stochastischenZugangsverfahren mit dynamischerZuordnung der Zeitschlitze zur besserenAusnutzung der Bandbreite. Beide Verfahrenarbeiten nacheinander und auf zweivollkommen getrennten Kanälen. Zuersterfolgt die statische Zuordnung derZeitschlitze, anschließend die dynamische, die nur dann aktiv wird, wenn innerhalbeines Minislots ein Zugriff erfolgt. Die Übertragung kann synchron oder asynchronsein.Da FlexRay inSicherheitssystemeneingesetzt wird, können überdie beiden unabhängigenKanäle redundante Datenübertragen werden, aberebenso unterschiedlicheDaten. So kannbeispielsweise ein Zeitschlitzin beiden Kanälen mit dengleichen Daten, der folgendemit unterschiedlichen Datenbelegt werden.Weitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEDie Datenrate des FlexRay-Bus beträgt 10 Mbit/s, kann aber auf 5 Mbit/s und 2,5 Mbit/s reduziert werden.Ein FlexRay-Knoten besteht aus dem Prozessor und Controller, dem Bus-Guardian(BG) und Bus-Driver (BD). Der Bus-Guardian übernimmt die Sendesteuerung undbietet dem Controller den Zeitslot in dem die Daten eingeblendet werden. Der Bus-Driver entspricht funktional dem Transceiver und sorgt für den Medienzugang.FlexRay wird vom FlexRay-Konsortium, dem die Unternehmen BMW, DaimlerChrysler,Ford, General Motors, Volkswagen, Bosch u.a. angehören, weiterentwickelt undgefördert.http://www.flexray.comIDAinterface for distributedautomationIndustrielles Ethernetindustrial Ethernet25IDA ist eine Interessengruppe mit dem Ziel, eine Schnittstelle für die verteilteAutomation auf der Grundlage von Ethernet und TCP/IP zu entwickeln. Die IDA-Groupkooperiert mit ODVA und entwickelt offene Standards mit denen auf einem Netzwerkverschiedene Ethernet-Varianten betrieben werden können.Zu den Mitgliedern dieser Interessengruppe gehören u.a. die Jetter AG, Lenze,Phoenix Contact, Real Time Innovations, Sick und Turck.http://www.ida-group.orgBeim industriellen Ethernet werden die Feldbus-Protokolle durch Tunneling oderEncapsulation über Ethernet übertragen. Die Vorteile liegen in der Durchgängigkeitder Kommunikationssysteme vom Feldbus über die Unternehmensnetze und dasInternet in die IP-Welt, in der einfachen Portierbarkeit und der direkten Übernahme derAnwendungsschicht des Feldbus.Nachteilig wirken sich der Fortfall der Echtzeitfähigkeit durch das nichtdeterministischeEthernet aus, der große Overhead bei Benutzung des TCP-Protokolls und die prinzipielle Beibehaltung eines proprietären Systems.Die Entwicklungen hin zum Echtzeit-Ethernet werden sowohl in Europa unterstützt, zunennen sind EtherCAT und Ethernet-Powerlink, aber ebenso in den USA wo einigeVereinigungen wie die ODVA, der ControlNet International (CI) und der IndustrialWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEUnternehmens-Netzstrukturmit industriellem NetzInterbusInterbus26Ethernet Association (IEA) dieseLösungen favorisieren.Sehr weit fortgeschritten sinddie Arbeiten an EtherNet/IP, dasdirekt auf den unterenSchichten von Ethernet aufsetztund alle bekannten Ethernet-Komponenten einbezieht. Dasfür die industriellenAnwendungen entscheidendeProtokoll ist das CIP-Protokoll,das den zyklischen undzeitkritischen Datenverkehr derAutomatisierungstechnikunterstützt.CIP-Netzwerke sinduntereinander interoperabel, so dass beispielsweise ein DeviceNet mit einemEtherNet/IP arbeiten können.Ein Problem für industrielles Ethernet sind die Stecker. Da Ethernet für nichtindustrielleAnwendungen entwickelt wurde und der RJ-45-Stecker die dominanteRolle spielt, stellt sich die Frage inwieweit sich dieser Stecker für den rauenIndustriebetrieb und den Einsatz in der Automotive-Technik eignet. Für diesen Einsatzkommt aber auch der M-Stecker als Alternative in Betracht.Der Interbus ist ein standardisierter Feldbus, der in der Automatisierungstechnikeingesetzt wird. Es ist ein offenes Buskonzept, das als internationale (IEC 61158),europäische (EN 50254) und nationale Norm (DIN 19258) standardisiert ist, sich für dieEchtzeitübertragung von Prozessdaten eignet und herstellerneutral alle SPS-Systemeunterstützt. Der Interbus bildet die ideale Fortsetzung von Ethernet in derAutomatisierung. Das beinhaltet auch die Protokollstruktur und die Integration desWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSETCP/IP-Protokolls und damit die Durchgängigkeit der Kommunikation von denSensoren und Aktoren über das Internet.Der Interbus arbeitet mit Übertragungsraten von 125 kbit/s, 500 kbit/s und 2 Mbit/s,wobei bis zu 254 Teilnehmer als so genannte Fernbusteilnehmer angeschlossenwerden können. Der Medienzugang erfolgt als Timeslot, die Übertragung mittelsnachrichtentechnischen Verfahren mit Dienstelementen oder mit demSummenrahmenverfahren.Der Interbus zeichnet sich aus durch eine kurze, konstante Zykluszeit und eine hoheÜbertragungssicherheit.Der Interbus ist in Teilsysteme gegliedert, so in den Fernbus, den Installationsfernbusund den Lokalbus. Von der Topologie her handelt es sich um eine Ringtopologie, diedurch Verteiler zu einer Baumtopologie mutiert. Der Fernbus dient dem Anschluss vonTeilnehmern, die räumlich weit auseinander liegen, der Installationsfernbus ist fürTeilnehmer die auch über den Interbus auch die Versorgungsspannung von +24 Verhalten und der Lokalbus für eng nebeneinander liegende Teilnehmer.Als Übertragungsmedium kann der Interbus STP-Kabel, Lichtwellenleiter oder Infrarot-Verbindungen verwenden. Bei STP-Kabeln kann der Abstand zwischen zweiTeilnehmern ohne Repeater bis zu 400 m betragen. Mit einer PCF-Plastikfaser miteiner Wellenlänge von 660 nm können maximal 70 m, mit einer HCS-Plastikfaser biszu 300 m und mit Lichtwellenleitern bis zu 3.000 m überbrückt werden.Die Zykluszeit ist abhängig von der Anzahl der Teilnehmer, da beimSummenrahmenverfahren die Nutzdaten aller Teilnehmer hintereinander durch denRing geschoben werden. Bei 512 Teilnehmern und einer Datenübertragungsrate von500 kbit/s beträgt die Zykluszeit 1,8 ms, bei 2.000 Teilnehmern 4,2 ms.http://www.interbusclub.comIP67IP67 Push-Pull-Interface27IP67 ist ein Standard von ISO/IEC der Ethernet den industriellen Einsatz eröffnen soll.IP67 standardisiert die mechanischen Beanspruchungen, denen Ethernet inindustriellen Umgebungen ausgesetzt ist. Dazu gehören die Kabelstecker undWanddosen mit ihren Gehäusen, die speziellen Schutzklassen entsprechen müssenWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEum auch Spannungsspitzen, die durch die Schaltung von Produktionsanlagenauftreten, beherrschen zu können.J1708-BusJ1850-BusJ1939-BusLDFLIN description fileDer J1708-Bus ist ein von der Society of Automotive Engineers (SAE) standardisierterFeldbus für Schwerlasttransporter. Physikalisch entspricht er im Wesentlichen demRS-485, mit dem Unterschied der Kollisionserkennung (CD) und dem Multiple Access.Die J1708-Knoten benutzen ein Prioritätensystem mit dem der kollisionsfreie Zugangauf den J1708-Bus geregelt wird. Jeder J1708-Station wird dabei eine eigene Prioritätzugeordnet und zwar abhängig von der Anwendung.Der J1850-Bus ist ein von der Society of Automotive Engineers (SAE) standardisierterFeldbus für Schwerlasttransporter, der vorwiegend in Nordamerika eingesetzt, aberdurch den CAN-Bus abgelöst wurde.Es handelt sich um eine preiswerte, offene Architektur in Bustopologie ohneMasterstation. Der J1850-Standard unterstützt zwei unterschiedliche Verfahren:Pulsweitenmodulation (PWM) mit einer Datenrate von 41,6 kbit/s und Variable PulseWidth (VPW) mit 10,4 kbit/s. Er definiert das Arbitration und den Datenrahmen vonJ1850, ebenso wie die Zeichensätze, die Bitübertragungsschicht und dasAntwortzeitverhalten.Der J1939-Bus ist ein von der Society of Automotive Engineers (SAE) standardisierterFeldbus für Schwerlasttransporter. J1939 basiert auf dem physikalischen Layer desCAN-Bus.Das LIN Description File (LDF) beschreibt alle Signale, Datenpakete und derenzeitliche Abfolge auf einem LIN-Bus. Sind mehrere verschiedene LIN-Slaves an einenLIN-Bus angeschlossen, dann werden alle Signale und Frames in der LIN DescriptionFile beschrieben. Im Identifier-Feld des LIN-Datenrahmens kann die jeweilige Stationerkennen, ob der Frame für ihn bestimmt ist.28Weitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSELeitebeneLIN-BusLIN, local interconnectnetworkLIN-Bus als Subbus desCAN-Busses29Die Leitebene bildet im hierarchischen Ebenenmodell für die Automation die obersteEbene mit der höchsten Funktionsvielfalt. Auf dieser Ebene sind die Leitrechner, dieSPS-, IPC-, CAD- und CAM-Systeme angesiedelt. Die Leitebene dient der Steuerungder gesamten Betriebs- und Produktionsstätten. Auf dieser Ebene findet häufig eineVernetzung mit Ethernet oder industrielles Ethernet statt. In bestimmtenAnwendungen wie der Automotive-Technik werden an die Feldbussesicherheitsrelevante Anforderungen gestellt.Der LIN-Bus ist ein preiswertes, flexibles Sensor-Aktor-Netzwerk, das in derAutomotive-Technik Sensoren und Aktoren und deren Steuergeräte auf der Feldebenemiteinander vernetzt und als Subbus mit einem leistungsfähigeren Feldbus, wie demCAN-Bus, verbunden ist. Der LIN-Bus ersetzt die aufwendige Verdrahtung vonSensoren und Aktoren mit einem CAN-Steuergerät. Dadurch kann die I/O-Funktionalität des CAN-Steuergerätes auf die LIN-Slaves verteilt werden. Er erfüllt dieSpezifikationen der SAE-Klasse “A”. Das LIN-Protokoll wurde erstmals im Jahre 2000auf einem amerikanischen Kongress vorgestellt.Wie die meisten Feldbusse arbeitet der LIN-Bus im Master-Slave-Betrieb undüberträgt die Daten über ein einadrigesKabel, an das alle LIN-Komponenten - LIN-Master und LIN-Slaves - angeschlossensind. Die Kabellänge, die Kapazität desKabels und der Übertragungspegel sinddefiniert.Da alle angeschlossenen LIN-Stationengleichberechtigt sind, steuert der LIN-Master die Zugangsberechtigung dereinzelnen LIN-Slaves auf dasÜbertragungsmedium. BeimZugangsverfahren wird nacheinanderjedem einzelnen LIN-Slave ein Zeitslot fürWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEdie Übertragung zur Verfügung gestellt. Dadurch ist die Latenzzeit vorhersagbar.Der LIN-Bus arbeitet ebenso wie das CAN-Protokoll mit einem speziellen Nachrichten-Identifier. Dieses Identifier-Feld enthält die wichtigsten Informationen der Steuergeräteund tritt auch anstelle der Quell- und Zieladressen, die es im LIN-Datenrahmenebenso wenig gibt wie beispielsweise im CAN-Datenrahmen. Die Kommunikation istMulticast oder Broadcast, wobei jedes LIN-Steuergerät die Informationen über die LINDescription File (LDF) erhält. Die Datenraten des LIN-Bus sind sehr moderat undbetragen 9,6 kbit/s und 19,2 kbit/s, sowie 10,4 kbit/s; der Signalpegel auf demEindrahtbus liegt bei 12 V. Ein typischer LIN-Bus hat 16 LIN-Stationen, wobei die LIN-Master den LIN-Bus steuern und mit den LIN-Slaves kommunizieren. Die LIN-Slavessind Mikrocontroller für die Ansteuerung von Sensoren und Aktoren, wiebeispielsweise einem Fensterheber oder Wischermotor.Damit der LIN-Bus möglichst preiswert wurde, hat man die Slaves ohne umfangreicheFunktionseinrichtungen ausgestattet und werden über den Bus synchronisiert.http://www.lin-subbus.orgLIN-DatenrahmenLIN frameLIN-Datenrahmen30Der Datenrahmen des LIN-Busses ist relativ einfach aufgebaut und besteht aus demLIN-Header mit dem Synchronisationsmechanismus, Identifier-Feld, Datenfeld und derPrüfsumme.Die ersten Datenfelder des LIN-Headers dienen der Synchronisation der LIN-Slaves.Zu diesem Zweck wird als Start ofFrame ein 13 Bit langer 0-Pegelgesendet, der den Slaves denBeginn eines neuenDatenrahmens anzeigt. Diesemfolgt das Sync-Feld mit fünf 1-0-Folgen, von denen die Slaves dienegative Signalflanke für dieTaktsynchronisation benutzen.Da das LIN-Protokoll ohne Quell-Weitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEund Zieladressen arbeitet, werden die Kennungsinformationen der einzelnenSteuergeräte im Identifier-Feld übertragen. Das auch als Message-Identifierbezeichnete Datenfeld besteht aus 6 Identifier-Bits und 2 Paritätsbits und somitwesentlich kleiner als das des CAN-Bus. Dem Identifier-Feld folgt das Datenfeld, dasaus 1 Byte bis 8 Byte bestehen kann. Das Datenfeld beginnt mit dem geringstwertigenBit (LSB). Das Prüfsummenfeld schließt den LIN-Datenrahmen ab. Als Prüfsummewird die Modulo-256-Summe über alle Datenbytes gebildet.Linientopologieline topologyLON-BusLON, local operatingnetwork31Neben den aus der Netzwerktechnik bekannten Topologien Ring und Baum, gibt esbei Feldbussen noch die Linientopologie. Diese Struktur unterscheidet sich von derRingtopologie, die in Feldbussen immer einem Doppelring entspricht, als Einfachring,bei der eine Kabelverbindung gespart wird, die aber im Fehlerfall keine Redundanzhat.Die Linientopologie kann über die Implementierung von Switches aufgebaut werden.Sie wird vorwiegend in großen Fertigungseinrichtungen und zur Verbindung vonFertigungszellen eingesetzt.Das Local Operating Network (LON) ist ein von der Firma Echelon, Palo Alto,entwickelter Feldbus für die Fertigungssteuerung, der aber in der GebäudeautomationEinzug gehalten hat. Die LON-Technik arbeitet mit autarken, intelligenten Netzknoten,die im LON-Konzept als Neuron-Prozessoren bezeichnet werden und über eineweltweit eindeutige ID-Nummer, die NeuronID, verfügen. Die Übertragung im LON-Feldbus kann über verdrillte TP-Kabel, Koaxialkabel oder Stromkabel erfolgen oderauch drahtlos über Funk. Die Topologie ist frei, es können gleichermaßen Bus-, SternundLinienstrukturen miteinander verbunden werden. Die Datenrate ist abhängig vomÜbertragungsmedium und liegt zwischen 10 kbit/s für Stromkabel bis hin zu 1,2 Mbit/s.Ein Netzsegment kann bis zu 64 Netzknoten enthalten. Für größere LON-Netzkonfigurationen können einzelne Netzsegmente über Repeater oder Routermiteinander verbunden werden.Da Feldbusse eine voraussagbare Verzögerungszeit haben müssen, wird beim LON-Weitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEFeldbus eine deterministische Variante von CSMA benutzt, allerdings nicht CSMA/CD,dem stochastischen Zugangsverfahren von Ethernet.ModbusMOST-BusMOST, media orientedsystem transport32Modbus ist ein Anwendungsprotokoll für den Austausch von Nachrichten zwischenintelligenten Modbus-Controllern, unabhängig von der Netzstruktur. Das Modbus-Protokoll ist auf der Anwendungsschicht des OSI-Referenzmodells angesiedelt undunterstützt den Master-Slave-Betrieb zwischen intelligenten Geräten.Beim Modbus-Protokoll handelt sich um ein von Gould-Modicon 1979 entwickeltesAutomatisierungs-Protokoll, das als industrieller De-facto-Standard bezeichnet werdenkann.Das Modbus-Protokoll definiert den Nachrichtentyp, den die Masterstation benutzt undder unabhängig von den Netzwerken ist, über die die Modbus-Controlleruntereinander kommunizieren. Es beschreibt wie ein Modbus-Controller über eineAnfrage Zugang zu einem anderen Controller aufnimmt, wie dieser die Anfragebeantwortet und wie Fehler erkannt und dokumentiert werden. Das Modbus-Protokollarbeitet auf Anfrage-Antwort-Basis und bietet verschiedene Dienste, die durchFunktions-Codes spezifiziert werden. Während der Kommunikation bestimmt dasModbus-Protokoll wie jeder Controller die Geräte-Adresse erfährt und Nachrichtenerkennt, die für ihn bestimmt sind. Außerdem bestimmt es die auszulösendenAktionen und welche Informationen der Modbus-Controller aus dem Nachrichtenflussentnehmen kann. Wenn eine Antwort erfoderlich ist, dann wird diese im Controlleraufgebaut und mit dem Modbus-Protokoll zu der entsprechenden Station gesendet.Da das Modbus-Protokoll auch in anderen Frames verkapselt werden kann, hat sichder Modbus auch das industrielle Ethernet erschlossen und hat im TCP/IP-Protokollstack die reservierte Portnummer 502.http://www.modbus.orgDer Most-Bus ist ein Feldbus, der in der Automotive-Technik für das Infotainmenteingesetzt wird. Der ursprünglich für die Übertragung von Audio und fürKontrollsignale von CD-Playern und Radios konzipierte Most-Bus, kann wegen seinerWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEMOST-Bus mit analogen unddigitalen Empfangs- undEingabegeräten33großen Bandbreite auchfür Video und Digital-TVeingesetzt werden.Für die Übertragungstehen dreistandardisierteDatenübertragungsratenvon 25 Mbit/s, 50 Mbit/sund 150 Mbit/s (MOST2) zur Verfügung, diemittels Skalierung resp.Budgetierung für dieverschiedenen Anwendungen aufgeteilt werden können. So könnten sichbeispielsweise mehrere Audio-, Rundfunk-, Video- und Kamerasignale dieBandbreiten teilen, wobei der Bandbreitenbedarf wesentlich von derVideokompression und der Bildschirmauflösung abhängen.Der Most-Bus benutzt für die Übertragung eine Plastikfaser und reduziert dadurch diefrüheren umfangreichen Verkabelungen für die einzelnen Dienste und derenKontrollsignale. Er kann in Ring- oder Sterntopologie mit bis zu 64 Stationen undeinem Timing-Master aufgebaut werden, die sich die Datenrate teilen. AusSicherheitsgründen kommen Doppelringe zum Einsatz, die auch im Fehlerfall eineRedundanz bieten. Die störungsfreie Datenübertragung erfolgt mit dem MOST-Übertragungsprotokoll.Der Most-Bus ist dem OSI-Referenzmodell konform aufgebaut und deckt alle siebenSchichten ab, von der physikalischen Schicht bis hin zur Anwendungsschicht. AnDiensten bietet das Most-Protokoll in der Sicherungsschicht die “Low Level SystemServices”, in den darüber liegenden Netzwerk-, Transport- undKommunikationssteuerungsschichten die “Basic Layer System Services” und in derPräsentationsschicht die Application Sockets.Um die Sicherheit der übertragenen Daten zu gewährleisten, können diese per DCTPWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEverschlüsselt werden. Bevor zwei oder mehr Geräte Daten über eine gesicherteVerbindung Daten austauschen, findet ein Authentication and Key Exchange (AKE)statt.http://www.mostnet.orgMOST-ÜbertragungsprotokollMOST transmissionprotocolODVAopen DeviceNet vendorassociation34Der MOST-Bus unterstützt das Infotainment in Kraftfahrzeugen. Damit dieunterschiedlichen Ein- und Ausgabegeräte des MOST-Busses miteinanderstörungsfrei kommunizieren können, wird die Kommunikation über das MOST-Übertragungsprotokoll gesteuert.Das MOST-Übertragungsprotokoll besteht aus Blöcken, die sich aus Frameszusammensetzen. Alle Frames enthalten Daten für die Paketierung, das Streamingund die Steuerung. Die Streaming-Daten werden vom Timing-Master auf den MOST-Takt synchronisiert und laufen ständig über den MOST-Bus. Die Übertragung vonasynchronen Daten, beispielsweise einer E-Mail, wird von den Paketierungs-Datenunterstützt. Beide, die synchrone und die asynchrone Übertragung teilen sich die zurVerfügung stehende Bandbreite, die innerhalb eines Frames variabel zugeordnetwerden kann.Die Steuerungsdaten enthalten die Stream-Information, wie das Dateiformat, sowie diePosition der Daten im Frame. Sie können über mehrere Frames verteilt sein.ODVA ist die Vereinigung für alle DeviceNet-Anwender, sie besteht aus weltweit fast300 Mitgliedern. Die Organisation beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung undVerbreitung dieses offenen standardisierten Feldbus, der vorwiegend in den USA undAsien, aber auch in Europa eingesetzt wird. Ein wesentlicher Aspekt der ODVA-Aktivitäten ist die Entwicklung und Verbreitung des CIP-Protokolls und andererProtokolle, die auf dem CIP-Protokoll basieren.Jeder Anwender kann die DeviceNet-Technologie benutzen, sich aber auch an derWeiterentwicklung in Special Interest Groups (SIG) beteiligen.Darüber hinaus ist die ODVA in anderen Standardisierungsgremien undIndustriekonsortien aktiv. http://www.odva.orgWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEPROFIBUSprocess field bus35Der Profibus ist ein standardisierter Feldbus für die Automation und Fertigungstechnik.Er ist herstellerunabhängig, hat ein offenes Konzept, ist international standardisiert inEN 50170, EN 50254, IEC 61158 und DIN 19245 und hat eine hierarchische Strukturmit den Ebenen: Sensoren/Aktoren, Feldebene und Prozessebene.Auf der Feldebene werden die digitalen Signale der Sensoren und Aktoren über dasAS-Interface übertragen. Über dieses Sensor-Aktor-Netzwerk in Bustechnologiewerden die Versorgungsspannung von 24 V für die Endkomponenten und dieDatensignale über ein gemeinsames Übertragungsmedium übertragen.Auf der Feldebene befinden sich die verteilten peripheren Einheiten, wie die I/O-Module, Mess-Transduktoren, die Steuereinheiten für Ventile und Motore sowie dieBedienerkonsolen der Administratoren. Die Prozessdaten werden zyklisch übertragen,während Alarmsignale, Parameter und Diagnosedaten auch antizyklisch übertragenwerden können.Auf der Zellenebene befinden sich die programmierbaren Controller, die untereinanderkommunizieren. Auf dieser Funktionsebene müssen große Datenpakete mitleistungsfähigen Kommunikationsfunktionen übertragen werden. Darüber hinaussollten die Profibus-Systeme in die Kommunikations-Infrastruktur des Unternehmens,in Internet und Intranet, integriert werden und dabei die gängigen Netzwerk- undTransportprotokolle benutzen. Daher setzt Profibus auf Ethernet alsÜbertragungsverfahren in der Automatisierung.Das Profibus-Konzept arbeitet im Master-Slave-Betrieb mit dem ZugangsverfahrenToken Passing, bei dem die Slaves nur auf Anforderung der Master auf den Profibuszugreifen dürfen. Es gibt mehrere Masters, die die Zugangsberechtigunguntereinander austauschen. Wie im Token Ring hat jeder Master eineVorgängerstation und eine Folgestation und erhält das Token nach einer festvorgegebenen Laufzeit. Die Übertragungsraten liegen zwischen 9,6 kbit/s und 500kbit/s, die Teilnehmerzahl ist unbegrenzt und die Frame-Länge 246 Byte.Den Profibus, der vernetzt zum Profinet führt, gibt es in mehreren Varianten: Profibus-FMS, Profibus-DP und Profibus-PA.Die Profibus-Aktiivtäten werden von der Profibus-Nutzerorganisation (PNO), derWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEgrößten Feldbus-Organisation, begleitet.http://www.profibus.comProfibus-DPProfibus for decentralizedperipheralsProfibus-FMSProfibus fieldbus messagespecificationProfibus-PAProfibus processautomationProfinet36Der Profbus-DP dient der Kommunikation von dezentralisierten Peripheriegeräten mitden Steuerungs- und Automatisierungssystemen. Die Spezifikationen für diesenoffenen Feldbus umfassen den Abrufbetrieb des Master-Slave-Systems mit zyklischerÜbertragung, das Round-Robin-Verfahren für sich ändernde Masterstationen sowiedie verbindungslose und verbindungsorientierte Kommunikation zwischen den MasterundSlave-Stationen. Darüber hinaus sehen die Spezifikationen optional u.a. denDatenaustausch mit Broadcastsignalen für die Slave-to-Slave-Kommunikation vor, dieisochrone Übertragung der Slaves, die Synchronisation des Taktsignals undRedundanzen.Der Profibus steht in der DP-Version für die RS-485-Schnittstelle und ist standardisiertunter IEC 61158 und 61784.Mit Profibus-FMS bietet Profibus eine Variante für universelleKommunikationsaufgaben, die auf dem früheren MAP-Protokoll und denManufacturing Message Specifications (MMS) basieren. Die FMS-Variante unterstütztzyklischen und antizyklischen Datenverkehr. Allerdings verliert die bereits 1990standardisierte Variante gegen Profibus-DP an Bedeutung.Profibus-AP ist eine anwendungsorientierte Variante des Profibus. DasAnwendungsprofil basiert auf dem Profibus-DP und ist unabhängig vomphysikalischen Profil. Profibus-PA überträgt die Daten mit Fehlerkorrekturverfahrenerfüllt die Anforderungen an eine unterbrechungsfreie Produktion.Profinet ist die netzwerktechnische Umsetzung des Profibus zu einem durchgängigenKommunikationssystem. Profinet ist ein universeller von der Profibus-Nutzerorganisation (PNO) erarbeitetes Konzept für die homogene Integration desProfibus in die IT-Welt. Auf einem Profinet können konsistente Automatisierungs-Weitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEProfinet-Infrastrukturzwischen vorhandenerEthernet-Struktur undProduktionsbereich37lösungenimplementiertwerden. Dabeiunterstützt dasoffene Profinet dieIntegration andererFeldbuskonzepte,da es auf bewährteStandards setzt.Ebenso können anProfinet verteilteFeldgeräten undzeitkritischeAnwendungen,Component BasedAutomation (CBA),die für dieIntegration der vertikal und horizontal angesiedelten Sensoren, Feldgeräte,Steuerungseinrichtungen, Anlagenmodule und programmierbaren Computer sorgt,eingebunden werden.Die Profibus-Nutzerorganisation definiert Profinet als ein herstellerübergreifendesKommunikations-, Automatisierungs- und Engineeringmodell, das für dieKommunikation das TCP/IP-Protokoll benutzt, im Automatisierungsmodell mitCommon Object Model (COM) und DCOM arbeitet und das Objekthandling imEntwicklungsbereich durch ActiveX und XML unterstützt.Vom Ansatz her ist es ein Tunneling, bei dem das Ethernet die oberenKommunikationsschichten unterstützt und nicht in die Anwendung eingreift.Das Profinet arbeitet mit Ethernet-Switching und benutzt für die Verkabelung den ausder Bürokommunikation her bekannten Verkabelungsstandard ISO/IEC 11801, derallerdings um spezifische Belange der Produktionsumgebungen erweitert wurde.Weitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEProfinet definiert mit dem Real Time (RT) und Isochronous Real Time (IRT) zweiEchtzeitklassen. In der RT-Klasse werden von der Anwendung Verzögerungen inbestimmten Grenzen toleriert, ohne dass der Prozess beeinträchtigt wird. Dasisochrone Real-Time unterstützt taktsynchrone Anwendungen, und stellt hoheAnforderungen an das Zeitverhalten. Solche Anwendungen können nicht mit demstochastisch arbeitendem Ethernet realisiert werden, sondern benötigen eindeterministisches Zugangsverfahren.ProwayProzessdatenbusprocess datawayRS-485RS-48538Proway ist der Sammelbegriff für mehrere serielle Bussysteme für die Automatisierungder industriellen Steuerung und der Prozessdatenverarbeitung (PDV). Eine deutscheEntwicklung dazu heißt daher auch PDV-Bus (DIN 19241).RS-485 (ISO 8482) ist eine Industriebus-Schnittstelle, vergleichbar RS-422. An diesesBussystem können bis zu 32 Sende- und Empfangsgeräte im Gegentaktangeschlossen werden. Um diese Zahl erreichen zu können, muss dieEingangsimpedanz der anschließbaren Geräte mindestens 12 kOhm betragen. DieImpedanz dieser 2-Draht-Schnittstelle ist 120 Ohm. Bei der 2-Draht-Version werdendie Signale ternär mit drei Pegeln übertragen, bei einer zweiten Version mit zwei TP-Kabeln erfolgt die Signalübertragung binär. RS-485 arbeitet in Halbduplex, wobeijeder angeschlossene Teilnehmer mit jedem anderen kommunizieren kann.Definiert ist die RS-485-Schnittstelle für eine Länge von 500 m, sie kann aber mitsymmetrischen Leitungstreibern bis auf 1,2 km erhöht werden. DieÜbertragungsgeschwindigkeit ist stark abhängig von der Leitungslänge dessymmetrischen Kabels, das an beiden Enden mit der Leitungsimpedanzabgeschlossen sein muss. Bei kurzen Kabellängen von 10 m werden Datenraten von10 Mbit/s erreicht, bei Kabellängen von über 1 km liegen diese bei 100 kbit/s.Bei der großen Länge der RS-485-Schnittstelle sind Potentialdifferenzen zwischenzwei weit voneinander entfernt angeschlossenen Geräten wegen desunterschiedlichen Massepotentials nicht ausgeschlossen. Solche Probleme könnendurch Optokoppler behoben werden.Weitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSESAE J1939SAE-KlasseSAE classSAE-Klassen und dieentsprechenden Feldbusse39Im Protokollstack des SAE-J1939-Protokolls sind im Gegensatz zu den Protokollstacksanderer Feldbusse die Netzwerkschicht und die Transportschicht funktionalberücksichtigt. Das bedeutet, dass SAE-J1939 Brücken- und Routingfunktionenbesitzt und die SAE-J-Knoten über eigene Adressen verfügen.Möglich wurde dies durch das Extended-Format des Identifiers im CAN-Datenrahmen,das in diesem Format 29 Bits umfasst. 8 Bit des Identifier-Felds werden als Adressbitsfür die Quell- und Zieladressen der SAE-J-Knoten benutzt. Damit kann J1939insgesamt 254 logische Knoten und 30 physikalische Steuergeräte pro Segmentunterstützen. Die Informationen werden als Signale beschrieben und inParametergruppen zusammengefasst.Das SAE-J1939-Protokoll, das in Nutz- und Schienenfahrzeugen, in Landmaschinenund Schiffen eingesetzt wird, berücksichtigt eine Segmentierung, Flusskontrolle, dieArt der Übertragung, ob bestätigt oder unbestätigt und spezifiziert auch denNachrichteninhalt.Weitere Top-Infos unter ITWissen.infoIn der Automotive-Technik hat dieSociety of Automotive Engineers(SAE) die unterschiedlichenAnforderungen an dieKommunikationssysteme in SAE-Klassen gegliedert. Sieunterscheidet dabei die SAE-Klasse “A”, die Sensor- und Aktor-Applikationen unterstützt, die SAE-Klasse “B” für dieKarosserieelektronik und die SAE-Klasse “C” für die Steuerung desAntriebs und des Fahrwerks. Dieeinzelnen SAE-Klassen zeichnensich durch unterschiedliche

FELDBUSSEDatenraten und Zugangsverfahren aus und werden durch bestimmte Feldbusserepräsentiert.Die SAE-Klasse “A” repräsentiert die Sensor- und Aktor-Netzwerke, die mit relativgeringen Datenraten arbeiten. Diese liegen bei etwa 20 kbit/s. Typische Feldbusse fürdiese Anwendungen sind der LIN-Bus und der von der OMG standardisierte TTP/A-Bus.Die SAE-Klasse “B” steht für die Karosserie- und Fahrzeugelektronik mit Datenratenvon bis zu 500 kbit/s. Diese SAE-Klasse wird von dem CAN-Bus (CAN-B) dominiert.Und Forderungen der SAE-Klasse “C”, zu denen der Antrieb und das Fahrwerkgehören, der Motor, das Getriebe, die Lenkung, Bremsen usw. gehören, werden durchdie Protokolle CAN-C erfüllt.SCNMslot communicationnetwork managementSercos-Datenrahmen40In Ethernet-Powerlink wird das von Ethernet her bekannte stochastischeZugangsverfahren durch ein isochron arbeitendes Zeitschlitzverfahren ersetzt. Beidieser Technik verteilt eine zentrale Station, der Manager Node (MN), dieZugangsberechtigung an die anheschlossenen Stationen. Dieses Verfahren heißt beiEthernet-Powerlink SCNM und bildet die Grundlage für den deterministischenZugang.Vom Konzept her übernimmt in Ethernet-Powerlink eine Station die Funktion desManagers. Sie gibt den Zeittakt für alle angeschlossenen Stationen, die ControlledNodes (CN) vor. Die Controlled Nodes dürfen nur dann senden, wenn sie von derManager Node dazu aufgefordert werden.Das Sercos-Interface zielt in der 3. Version auf die unternehmensweite Kommunikationauf Ethernet-Basis. Sercos ist als Feldbus für die Automation und Kommunikationkonzipiert und demzufolge für Echtzeitanwendungen, die von Ethernet nichtunterstützt werden. Aus diesem Grund wurde der Kommunikationszyklus modifiziertund besteht aus einem Teil für die zyklische, einem anderen für die nicht-zyklischeKommunikation.Im ersten Teil des Sercos-Datenrahmens für die zyklische Kommunikation werdenWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSESercos-Datenrahmen für diezyklische KommunikationKommunikationszyklus vonSercosSercos-Interface41Synchronisations- undSteuerzeichen sowie Datenfür die Masterstationübertragen. Im Einzelnenhandelt es sich um dasMaster SynchronisationTelegram (MST), das vor denSteuerdaten zur Synchronisation des Master-Taktes gesendet wird. Die Antriebe, bzw.Slave-Stationen, synchronisieren sich auf den MST-Takt und senden während desZeitschlitzes Informationen an die Master-Station. Diese Antriebsinformationen sind inden Amplifier Telegrammen (AT) enthalten. Die konfigurierbaren AT-Telegrammeenthalten zeitkritische Daten über aktuelle Positionen, Geschwindigkeiten,Drehmoment usw. Am Ende des Kommunikationszyklus folgt das Master DataTelegram (MDT), das zu den Slave-Stationen gesendet wird und die Werte für jedeneinzelnen Antrieb enthält.Der zweite Teil des Sercos-Datenrahmens für die nicht-zyklische Kommunikation istein modifiziertes Ethernet-Telegramm, in Ethernet als Ethernet-Frame bezeichnet. DieModifikation gegenüber dem normalen Ethernet-Frame besteht darin, dass keineSender-/Empfänger-Adressen gesendet werden und das Telegramm ein kürzeresPrüfsummenfeld hat.Dieser Teil des Datenrahmens dient der unternehmensweiten Kommunikation mit denbekannten Kommunikationsprotokollenwie dem IP-Protokoll, demUDP- und TCP-Protokoll.Weitere Top-Infos unter ITWissen.infoDas Sercos-Interface ist einestandardisierte Antriebsschnittstelle.Die Entwicklungsarbeiten begannenMitte der 80er und gehen auf einIndustriekonsortium zurück, das die

FELDBUSSESpezifikationen für das echtzeitfähige Sercos-Interface erarbeitete. Begleitet wurdendie Aktivitäten, die im Jahre 1995 zum IEC-Standard 61491 führten, vom ZVEI.Das Sercos-Interface hatte in der ersten Version Datentransferraten von 2 Mbit/s und 4Mbit/s, die folgende Generation, die 1999 folgte, hatte bereits 8 Mbit/s und 16 Mbit/s.Die weiteren Aktivitäten spiegeln sich in Ethernet wider mit dem Ziel eineDurchgängigkeit der Transportprotokolle von den kommerziellenUnternehmensbereichen über Unternehmensnetze und das Internet bis in dieProduktion und Automation zu erreichen.Da Ethernet aber nicht echtzeitfähig ist und mit einem nicht-deterministischenZugangsverfahren arbeitet, nämlich mit CSMA/CD, wurde für die kollisionsfreieÜbertragung ein Zeitschlitzverfahren ausgewählt und das Ethernet-Telegramm, das istdas Ethernet-Frame, entsprechend modifiziert. Der Sercos-Datenrahmen setzt sichaus Telegrammen für die zyklische und die nicht-zyklische Kommunikationzusammen.http://www.sercos.orgSummenrahmenverfahren42Das Summenrahmenverfahren ist ein Übertragungsverfahren in Feldbussen. Beidiesem Verfahren sind die Steuerungssysteme und alle Sensoren und Aktoren in einerlogischen Ringtopologie miteinander verbunden. Der Datenfluss erfolgt in einerRichtung wie bei einem Schieberegister, was zu dem Namen Schieberegisterringgeführt hat. Die Daten werden nacheinander von Teilnehmer zu Teilnehmer durch dengesamten Ring geschoben. Der übertragene Datenblock enthält die Daten für alleTeilnehmer und hat einen relativ geringen Overhead, der aus dem Loopback, denSteuerungsdaten und dem Prüfsummenfeld besteht. Dieser Datenrahmen, der alleTeilnehmerdaten beinhaltet, wird als Summenrahmen bezeichnet. DerSummenrahmen beginnt mit dem Loopback. Wenn dieses durch den gesamten Ringgeschoben wurde und im Empfangregister ansteht, liegen alle Teilnehmerdaten beimrichtigen Teilnehmer. Ein Übergabe-Impuls synchronisiert die Übergabe derTeilnehmerdaten an die Aktoren und die Übernahme der Sensordaten in denSchieberegisterring. Mit steigender Anzahl der Teilnehmer steigt auch der Anteil derWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSENutzdaten und die Länge des Summenrahmens, was zu einer Verlängerung derZykluszeit führt.Beim Interbus liegt diese Zykluszeit bei einer Datenübertragungsrate von 500 kbit/sund 512 Teilnehmern bei 1,8 ms, bei 2.000 Teilnehmern bei 4 ms.TCUtelematics control unitTTP-ProtokollTTP, time-triggered43Eine Telematics Control Unit (TCU) ist ein Rechnersystem mit eigenen Memorys,eigenen Bussystemen, Controllern für Feldbusse und Drahtlos-Netzwerke, PCkompatiblenSchnittstellen wie der USB-Schnittstelle oder 1394, mit A/D-Wandler, I/O-Schittstellen u.v.m. TCU-Einheiten sind zentrale Komponenten in Bordnetzen. Sieverarbeiten die Daten, die sie über die angeschlossenen Feldbusse, wie den CAN-Busoder den MOST-Bus, erhalten, steuern die Aktoren und übertragen die Daten zumFahrerassistenz-System, wo sie auf den Displays angezeigt werden.An die TCU-Einheit können mehrere CAN-Busse mit unterschiedlichenÜbertragungsraten für verschiedene Anwendungen angeschlossen. So beispielsweiseein langsamer CAN-Bus an den über einen LIN-Bus die Sensoren und Aktorenangeschlosssen sind, oder ein schneller CAN-Bus für den Anstriebsstrang mit derZündung, der Motor- und Getriebesteuerung. Darüber hinaus ist das Mediennetz, dasüber den MOST-Bus das Infotainment unterstützt, angeschlossen.Für die Anzeigeinstrumente und das Armaturenbrett stehen mit dem LIN-Bus, I2C-Busoder Microwire weitere Bussysteme zur Verfügung, die von den TCU-Einheitenkontrolliert werden.Neben den drahtgebundenen Netzen können Komponenten auch drahtlos überZigBee oder Bluetooth an die Feldbusse angeschlossen werden. So beispielsweisedie Reifendrucksensoren an den langsameren CAN-Bus für die Sensoren und Aktor-Steuerungen.Die TCU-Einheiten bilden das Gateway zwischen den Feldbussen und unterstützendie verschiedenen Protokolle dieser Feldbusse.Das zeitgesteuerte TTP-Protokoll bildet das Übertragungsprotokoll der FeldbusseTTP/A und TTP/C. Das TTP-Protokoll kann zur Übertragung von zeitkritischenWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEprotocolTTP/A-BusTTP-A, time triggeredprotocol SAE class ATTP/C-BusTTP-C, time triggeredprotocol SAE class C44Signalen in der Kraftfahrzeug-, Eisenbahn- und Flugzeugtechnik sowie inSpezialfahrzeugen eingesetzt werden. Das Protokoll, das sich durch seine hoheDatensicherheit auszeichnet, hat für das garantierte Antwortzeitverhalten eindeterministische Zeitverhalten.Die Datenraten des TTP-Protokolls betragen bis zu 25 Mbit/s.Generell werden bei zeitgesteuerten Anwendungen die Prozesse nicht aufgrund vonEreignissen wie z.B Interrupts oder Time Outs ausgelöst, sondern durch einenstatischen Ablaufplan mit definierten zeitlichen Rasterplan.Der TTP/A-Bus ist ein zeitgesteuertes Sensor-Aktor-Netzwerk für die Automotive-Technik, der auf dem TTP-Protokoll basiert und die SAE-Klasse “A” erfüllt, daher auchdie Bezeichnung TTP/A. Er zeichnet sich aus durch die Vorhersagbarkeit derDatenübertragungszeiten, hat eine hohe Datenrate, ist redundant, skalierbar undkann verschiedene Übertragungsmedien und Standard-Komponenten benutzen. TTP/A, der für die Kommunikation auf der Feldebene sorgt, ist ein von der Universität Wienentwickeltes und 1995 vorgestelltes Feldbus-Protokoll.Wie andere Feldbusse auch arbeitet der TTP/A-Bus im Master-Slave-Betrieb mitgarantierten Antwortzeiten. Insgesamt kann ein TTP/A-Bus bis zu 64 Stationenumfassen; jede einzelne ist ausgestattet mit einem Interface File System (IFS).Alle Stationen sind gleichberechtigt an den TTP/A-Bus angeschlossen und lesen dieDaten vom Bus, die für sie relevant sind. Der Sendeaufruf erfolgt durch dieMasterstation.TTP/C ist ein auf dem TTP-Protokoll basierender fehlertoleranter Feldbus, der in derAutomotive-Technik für die Übertragung von sicherheitsrelevanten Informationeneingesetzt wird und die Spezifikationen der SAE-Klasse “C” erfüllt. In einem solchenfehlertoleranten Datenbus erhalten die Buskomponenten über ein deterministischesZugangsverfahren zu einem definierten Zeitpunkt den garantierten Sendezugriff. Einsolches Zugangsverfahren ist TDMA. Des Weiteren sind solche Feldbusse redundantaufgebaut und können bei Ausfall eines Kanals auf einen anderen Kanal oder einWeitere Top-Infos unter ITWissen.info

FELDBUSSEzweites Kabel umschalten. Weitere Fehlerbehandlungen werden von dem benutztenProtokoll durchgeführt.Der TTP/C-Bus wird u.a. in Kraftfahrzeugen, der Eisenbahn- und Flugzeugtechnikeingesetzt und steht im Wettbewerb mit FlexRay.XCP-ProtokollXCP, universalmeasurement andcalibration protocolDas XCP-Protokoll ist eine Weiterentwicklung des CCP-Protokolls. Beide Protokollesind von der ASAM standardisiert.Das XCP-Protokoll vereinfacht die Messdatenerfassung und Kalibrierung vonelektronischen Steuergeräten (ECU). Im Gegensatz zum CCP-Protokoll hat das XCP-Protokoll eine klare Trennung der Schichten zwischen der Protokollschicht und derunabhängigen Transportschicht und kann daher auf verschiedenen Netzwerkenbetrieben werden, so u.a. auf Ethernet, FlexRay, dem LIN-Bus, Most-Bus, FireWire,der USB- und der SCSI-Schnittstelle: “XCP on Firewire”, “XCP on FlexRay” usw. Dankder Skalierbarkeit ist das XCP-Protokoll prädestiniert für die gestiegenen Mess- undKalibrieranforderungen in Netzwerken und Feldbussen. Als “XCP on CAN-Bus” ist esdas Nachfolgeprotokoll des CAN Calibration Protocol (CCP), das nur auf den CAN-Bus beschränkt ist.XCP definiert auf der Protokollschicht die hohe Funktionalität für das Messen,Stimulieren und Kalibrieren.XCP unterstützt die Kommunikation zwischen den elektronischen Steuergeräten(ECU) und dem Messsystem im Master-Slave-Betrieb. Die Datenübertragungsrate istabhängig von dem benutzten Netzwerk und liegt im Falle des CAN-Busses bei 50kB/s.Neben dem Master-Slave-Betrieb unterstützt XCP die blockweise Übertragung undeinen Interleaved Communication Mode. Der Datentransfer selbst kann synchron sein,mit einem Zeitstempel versehen und priorisiert sein.45Weitere Top-Infos unter ITWissen.info