Schnell / Wiedemann Bussysteme in der Automatisierungs- und Prozesstechnik

Grundlagen, Systeme und Trends der industriellen Kommunikation
6Auflage 2006
ISBN: 978-3-8348-9108-2
Verlag: Vieweg & Teubner
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 423 Seiten, eBook

Reihe: Vieweg Praxiswissen

Das Fachbuch behandelt die wichtigsten in der Automatisierung eingesetzten Bussysteme. Im Vordergrund stehen die Feldbussysteme, seien es master/slave- oder multimaster-Systeme. Eine ausführliche Einführung in die technischen Grundlagen gibt Auskunft über Netzwerktopologien, Kommunikationsmodelle, Buszugriffsverfahren, Datensicherung, Telegrammformate, Standards bei Leitungen, Übertragungsarten und Netzverbindungen. Den Netzwerkhierarchien unter CIM und der internationalen Feldbusnormung sind eigene Kapitel gewidmet. Im zweiten Teil werden die verschiedenen Bussysteme ausführlich beschrieben. Die 6. Auflage ist um das Thema Peripheriebusse am PC (USB und Firewire) ergänzt.

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.

Zielgruppe

Research

Autoren/Hrsg.

Schnell, Gerhard

Wiedemann, Bernhard

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;5
1.1;Vorwort zur 3. Auflage;5
1.2;Vorwort zur 4. Auflage;6
1.3;Vorwort zur 5. Auflage;6
1.4;Vorwort zur 6. Auflage;6
2;Inhaltsverzeichnis;7
3;1 Technische Grundlagen;13
3.1;1.1 Netzwerktopologien;13
3.2;1.2 Kommunikationsmodelle;20
3.3;1.3 Buszugriffsverfahren;31
3.4;1.4 Datensicherung;42
3.5;1.5 Telegrammformate;55
3.6;1.6 Binäre Informationsdarstellung;64
3.7;1.7 Übertragungsstandards;69
3.8;1.8 Leitungen und Übertragungsarten;81
3.9;1.9 Verbindung von Netzen;91
3.10;1.10 Feldbusankopplung an Host-Systeme;98
3.11;1.11 Buszykluszeiten;109
4;2 Netzwerkhierarchien in der Fabrik- und Prozessautomatisierung;113
4.1;2.1 Übersicht und Spezifik der Kommunikation in der Automatisierung;113
4.2;2.2 Managementebene;121
4.3;2.3 Prozessleitebene;123
4.4;2.4 Feldebene (Feldgerät – SPS);132
4.5;2.5 Sensor-Aktor-Ebene;144
5;3 Feldbusnormung;152
5.1;3.1 Internationale Normungsarbeit;152
5.2;3.2 Europäische Normungsarbeit;156
5.3;Literaturverzeichnis;159
6;4 Beispiele ausgeführter Bussysteme;161
6.1;4.1 Sensor/Aktor-Busse;161
6.2;4.2 Feldbusse;187
6.3;4.3 Industrial Ethernet;318
6.4;4.4 Peripheriebusse am PC;349
7;5 Weitverkehrsnetze;355
7.1;5.1 ISDN;355
7.2;5.2 DATEX-L;359
7.3;5.3 DATEX-P;360
7.4;5.4 TEMEX;364
8;6 Installationsbeispiele aus der Bus-Praxis;367
8.1;6.1 Verbindung von Feldgeräten über PROFIBUS und OPC mit Anwendersoftware;367
8.2;6.2 Prozesssteuerung über das Internet-Netzwerk;374
8.3;6.3 Konfiguration ASI/Interbus-Gateway an Interbus;381
8.4;6.4 Die Verbindung einer SPS mit dem PROFIBUS DP;390
9;7 Datenblätter;397
9.1;7.1 AS-I (Aktuator/Sensor-Interface);397
9.2;7.2 EIB (European Installation Bus);398
9.3;7.3 Bitbus;399
9.4;7.4 PROFIBUS;400
9.5;7.5 Interbus;403
9.6;7.6 Schneider Automation Bussysteme;404
9.7;7.7 SIMATIC NET;406
9.8;7.8 LON (Local Operating Network);407
9.9;7.9 Flux Information Processus (FIP);408
9.10;7.10 P-Net;409
9.11;7.11 CAN (Controller Area Network);410
9.12;7.12 Foundation Field Bus;411
9.13;7.13 ARCNET;412
9.14;7.14 Gigabit Ethernet;413
9.15;7.15 ATM (Asynchronous Transfer Mode);414
9.16;Eigensichere Feldbusse;415
9.17;7.17 Rockwell Automation Bussysteme;417
10;Index;420

Technische Grundlagen.- Netzwerkhierarchien in der Fabrik- und Prozessautomatisierung.- Feldbusnormung.- Beispiele ausgeführter Bussysteme.- Weitverkehrsnetze.- Installationsbeispiele aus der Bus-Praxis.- Datenblätter.

Leseproben

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.

Über Autor(innen)

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.