Fieldbus

Fieldbus ist der Name einer Familie der Industrie Computernetzwerke[1] Wird für die in Echtzeit verteilte Kontrolle verwendet. Fieldbus -Profile werden durch die standardisiertInternationale Elektrotechnische Kommission (IEC) als IEC 61784/61158.

Ein Komplex automatisiert Industriesystem ist typischerweise in hierarchischen Ebenen als a strukturiert verteiltes Kontrollsystem (DCS). In dieser Hierarchie sind die oberen Ebenen für Produktionsmanagements mit der direkten Steuerung von von verbunden Programmierbare Logikkontroller (PLC) über eine Nicht-Nichtzeitkritisch Kommunikationssystem (z. Ethernet). Der Feldbus[2] verbindet die SPS der direkten Steuerung mit den Komponenten in der Anlage der Feldebene wie z. Sensoren, Aktuatoren, Elektromotoren, Konsolenbeleuchtung, Schalter, Ventile und Schütze und ersetzt die direkten Verbindungen durch Aktuelle Schleifen oder digital I/o Signale. Die Anforderung für einen Feldbus ist daher zeitkritisch und kosten sensibel. Seit dem neuen Jahrtausend eine Reihe von Feldbusen basieren auf Echtzeit-Ethernet wurde gegründet. Diese können langfristig traditionelle Feldbusse ersetzen.

Beschreibung

Fieldbus ist ein industrielles Netzwerksystem für die in Echtzeit verteilte Kontrolle. Es ist eine Möglichkeit, Instrumente in einem Produktionswerk zu verbinden. Fieldbus arbeitet in einer Netzwerkstruktur, die normalerweise zulässt Daisy-Chain, Stern, Ring, Zweig und Baum Netzwerktopologien. Zuvor wurden Computer miteinander verbunden RS-232 (Serienverbindungen) mit denen nur zwei Geräte kommunizieren konnten. Dies wäre das Äquivalent der derzeit verwendeten 4–20 Ma -Kommunikationsschema Dies erfordert, dass jedes Gerät seinen eigenen Kommunikationspunkt auf der Ebene der Controller hat, während der Feldbus das Äquivalent des Stroms ist LAN-Typ-Verbindungen, die nur einen Kommunikationspunkt auf Controller -Ebene erfordern und mehrere (Hunderte) von erlauben Analog und Digital Punkte, die gleichzeitig angeschlossen werden sollen. Dies reduziert sowohl die erforderliche Länge des Kabels als auch die Anzahl der erforderlichen Kabel. Darüber hinaus erfordern Geräte, die über Fieldbus kommunizieren MikroprozessorMehrere Punkte werden normalerweise vomselben Gerät bereitgestellt. Einige Fieldbus -Geräte unterstützen jetzt Kontrollschemata wie z. PID -Kontrolle Auf der Geräteseite, anstatt den Controller zur Verarbeitung zu zwingen.

Geschichte

Die wichtigste Motivation, einen Feldbus in a zu verwenden verteiltes Kontrollsystem ist, die Kosten für die Installation zu senken und Wartung der Installation, ohne das Hoch zu verlieren Verfügbarkeit und Verlässlichkeit des Automatisierungssystems. Ziel ist es, ein Zwei -Draht -Kabel und eine einfache Konfiguration für Feld zu verwenden Geräte von verschiedenen Herstellern. Abhängig von der Anwendung variiert die Anzahl der Sensoren und Aktuatoren von Hunderten in einer Maschine bis zu mehreren Tausenden, die über eine große Anlage verteilt sind. Die Geschichte des Fieldbus zeigt, wie man sich diesen Zielen nähert.

Vorläufer des Feldbus

Allzweck -Schnittstellenbus (GPIB)

Die Vorläufer-Feldbusstechnologie ist wohl HP-IB, wie in beschrieben in IEEE 488[3] 1975. "Es wurde als Allzweck -Schnittstellenbus (GPIB) bekannt und wurde zu einem De -facto -Standard für automatisierte und industrielle Instrumentenkontrolle."

Die GPIB hat ihre Hauptanwendung bei automatisierten Messungen mit Instrumenten verschiedener Hersteller. Aber es ist ein Parallelbus mit einem Kabel und einem Stecker mit 24 Drähten und ist auf eine maximale Kabellänge von 20 Metern begrenzt.

Bitbus

Die älteste häufig verwendete Feldbusstechnologie ist Bitbus. Bitbus wurde von erstellt von Intel Corporation den Einsatz zu verbessern Multibus Systeme in industriellen Systemen durch Trennung langsamer i/o Funktionen von einem schnelleren Speicherzugriff. 1983 erstellte Intel den 8044 Bitbus Microcontroller, indem er der Firmware von Feldbus zu seiner vorhandenen Firmware hinzugefügt hat 8051 Mikrocontroller. Bitbus verwendet EIA-485 Bei der Physische Schicht, mit zwei verdrehten Paaren - einer für Daten und die andere für Takt und Signale. Gebrauch von SDLC Bei der Datenübertragungsebene Ermöglicht 250 Knoten auf einem Segment mit einer Gesamtentfernung von 13,2 km. Bitbus hat einen Masterknoten und mehrere Sklaven, wobei Sklaven nur auf Anfragen des Meisters reagieren. Bitbus definiert kein Routing an der Netzwerkschicht. Der 8044 ermöglicht nur ein relativ kleines Datenpaket (13 Bytes), bettet jedoch einen effizienten Satz von RAC -Aufgaben (Remote -Zugriff und -steuerung) und die Möglichkeit, benutzerdefinierte RAC -Aufgaben zu entwickeln. Im Jahr 1990 die IEEE Eingesetzt Bitbus als Seriensteuerbus des Mikrocontroller-Systems (IEEE-1118).[4][5]

Heute wird Bitbus von der Beig - Bitbus European Users Group gepflegt.[6]

Computernetzwerke zur Automatisierung

Büronetzwerke eignen sich nicht wirklich für Automatisierungsanwendungen, da ihnen die oberen Getriebeverzögerung fehlt. Arcnet, was bereits 1975 für Bürokonnektivität verwendet wurde, nutzt a Token -Mechanismus und daher spätere Verwendung in der Industrie gefunden,

Fertigungsautomatisierungsprotokoll (Karte)

Das Manufacturing Automation Protocol (MAP) war eine Implementierung von OSI-konformen Protokollen in der Automatisierungstechnologie, die von initiiert wurde General Motors 1984 wurde MAP zu einem LAN -Standardisierungsvorschlag, der von vielen Herstellern unterstützt wurde und hauptsächlich in der Fabrikautomatisierung verwendet wurde. MAP hat den 10 -Mbit/S -IEEE 802.4 -Token -Bus als Getriebemedium verwendet.

Aufgrund seines Umfangs und seiner Komplexität konnte MAP den großen Durchbruch nicht erzielen. Um die Komplexität zu verringern und eine schnellere Verarbeitung mit reduzierten Ressourcen zu erreichen[7] enthält nur Ebenen 1,2 und 7 der Offene Systemverbindung (OSI) Basic Referenzmodell. Diese Abkürzung wurde von den späteren Feldbus -Definitionen übernommen.

Die wichtigste Leistung der Karte ist die Fertigungsnachrichtenspezifikation (MMS), die Anwendungsschicht der Karte.

Fertigungsnachrichtenspezifikation (MMS)

Das Fertigungsnachrichtenspezifikation (MMS) ist ein internationaler Standard -ISO 9506[8] Umgang mit einem Anwendungsprotokoll und Diensten zur Übertragung von Daten und Aufsichtskontrollinformationen zwischen vernetzten Geräten oder Computeranwendungen, die 1986 als erste Version veröffentlicht wurden.

Es war ein Modell für viele weitere Entwicklungen in anderen industriellen Kommunikationsstandardisierungen wie FMS für Profibus oder SDO für Öffnen können. Es wird immer noch als mögliche Anwendungsschicht verwendet, z. Für die Automatisierung von Stromversorgungsunternehmen in der IEC 61850 Standards.

Fieldbusse für die Herstellung Automatisierung

Auf dem Gebiet der Herstellung Automatisierung Die Anforderungen für einen Feldbus sind die kurzen Reaktionszeiten mit nur wenigen Bits oder Bytes, die über nicht mehr als einige Hundert Meter übertragen werden sollen.

Modbus

1979 Modicon (jetzt Schneider Electric) definierte einen Serienbus, um ihre Verbindung zu verbinden Programmierbare Logikkontroller (Plcs) genannt Modbus. In seiner ersten Version verwendete Modbus ein zwei Drahtkabel mit UVP 485 Uart Signale. Das Protokoll selbst ist mit a sehr einfach Master/Sklave Das Protokoll und die Anzahl der Datentypen sind auf diejenigen beschränkt, die von SPS zu dieser Zeit verstanden werden. Trotzdem ist Modbus (mit seiner Modbus-TCP-Version) immer noch eines der am häufigsten verwendeten Industrienetzwerke, hauptsächlich im Gebäudeautomationsfeld.

Profibus

Ein Forschungsprojekt mit finanzieller Unterstützung der deutschen Regierung, die 1987 den Fieldbus definiert wurde Profibus basierend auf Feldbus -Nachrichtenspezifikation (FMS).[9] In praktischen Anwendungen zeigte es, dass es zu kompliziert war, um im Feld zu handhaben. 1994 Siemens schlug eine modifizierte Anwendungsschicht mit dem Namen vor Dezentrale Peripherie (DP), der in der Produktionsindustrie eine gute Akzeptanz erreichte. 2016 Der Profibus ist eines der am meisten installierten Feldbuses der Welt[10] und erreicht 2018 60 Millionen installierte Knoten.[11]

Interbus

1987 Phoenix Contact entwickelte einen seriellen Bus, um räumlich verteilte Eingänge und Ausgänge an einen zentralisierten Controller zu verbinden.[12] Der Controller sendet einen Rahmen über einen physischen Ring, der alle Eingangs- und Ausgabedaten enthält. Das Kabel verfügt über 5 Drähte: neben dem Erdungssignal zwei Drähte für den ausgehenden Rahmen und zwei Drähte für den Rücklauf. Mit diesem Kabel ist es möglich, die gesamte Installation in a zu haben Baumtopologie.[13]

Das Interbus war in der Fertigungsbranche mit mehr als 22,9 Millionen Geräten, die vor Ort installiert wurden, sehr erfolgreich. Das Interbus trat der Profinet -Technologie für Ethernet -basierte Feldbus profinet bei, und das Interbus wird nun von der Profibus Nutzerorganisation E.V.[14]

KANN

In den 1980er Jahren, um Kommunikationsprobleme zwischen verschiedenen Kontrollsystemen in Autos zu lösen, das deutsche Unternehmen Robert Bosch GmbH zuerst entwickelte Controller Area Network (KANN). Das Konzept von CAN war, dass jedes Gerät durch einen einzelnen Satz von Drähten verbunden werden kann und jedes angeschlossene Gerät Daten mit jedem anderen Gerät frei austauschen kann. Kann bald in den Fabrikautomatisierungsmarkt (mit vielen anderen) einwandern.

Geräte Netz wurde von der American Company entwickelt Alleine bradley (jetzt im Besitz von Rockwell -Automatisierung) und die Odva (Open DeviceNet Hersteller Association) als offener Feldbus -Standard basierend auf dem CAN -Protokoll. Devicenet ist im europäischen Standard EN 50325 standardisiert. Die Spezifikation und Wartung des Devizenet -Standards liegt in der Verantwortung von ODVA. Wie ControlNet und Ethernet/IP gehört DeviceNet zur Familie der CIP-basierten Netzwerke. CIP (CIP (Gemeinsames industrielles Protokoll) bildet die gemeinsame Anwendungsschicht dieser drei industriellen Netzwerke. DeviceNet, ControlNet und Ethernet/IP sind daher gut koordiniert und bieten dem Benutzer ein abgestufter Kommunikationssystem für die Verwaltungsebene (Ethernet/IP), die Zellpegel (ControlNET) und die Feldebene (Devizenet). Devicenet ist ein objektorientiertes Bussystem und arbeitet gemäß der Erzeuger-/Verbrauchermethode. DeviceNet -Geräte können Client (Master) oder Server (Slave) oder beides sein. Kunden und Server können Produzent, Verbraucher oder beides sein.

Öffnen können wurde von der CIA entwickelt (Kann in der Automatisierung), der Benutzer- und Herstellervereinigung für Canopen und seit Ende 2002 als europäischer Standard EN 50325-4 standardisiert. , Übertragungsraten und die Anwendungsschicht.

Fieldbus für die Prozessautomatisierung

Im Prozessautomatisierung Traditionell sind die meisten Feldsender über a verbunden Aktuelle Runde mit 4-20 mA zum Steuergerät. Dies ermöglicht nicht nur, den gemessenen Wert mit dem Stromniveau zu übertragen, sondern liefert auch die erforderliche elektrische Leistung für das Feldgerät mit nur einem zwei Drahtkabel mit einer Länge von mehr als tausend Metern. Diese Systeme sind auch in gefährlichen Bereichen installiert. Entsprechend Namur Ein Feldbus in diesen Anwendungen muss diese Anforderungen erfüllen.[15] Ein spezieller Standard für die Instrumentierung von IEC/EN 60079-27 ist die Beschreibung der Anforderungen für das Feldbus intrinsisch sicheres Konzept (FISCO) für Installationen in Zone 0, 1 oder 2.

Worldfip

Das FIP Standard basiert auf einer französischen Initiative im Jahr 1982, um eine Anforderungsanalyse für einen zukünftigen Feldbusstandard zu erstellen. Die Studie führte im Juni 1986 zur Europäischen Eureka -Initiative für einen Feldbusstandard, der 13 Partner umfasste. Die Entwicklungsgruppe (Réseaux Locaux Industiels) hat den ersten Vorschlag erstellt, der in Frankreich standardisiert wurde. Der Name des FIP -Feldbusses wurde ursprünglich als Abkürzung des französischen "Flux -D' -Information gegen LE Processus" angegeben, als er sich später auf FIP mit dem englischen Namen "Factory Instrumentation Protocol" beziehe.

FIP hat den Boden an Profibus verloren, der im folgenden Jahrzehnt den Markt in Europa durchsetzte - die WorldFip -Homepage hat seit 2002 keine Pressemitteilung erlebt. Der nächstgelegene Cousin der FIP -Familie kann heute in der gefunden werden Drahtzugbus für Zugtrainer. Eine spezifische Untergruppe von WorldFIP - bekannt das FIPIO -Protokoll - kann jedoch in Maschinenkomponenten weit verbreitet sein.

Foundation Fieldbus (FF)

Foundation Fieldbus wurde über einen Zeitraum von vielen Jahren von der entwickelt Internationale Gesellschaft für Automatisierung (ISA) als SP50. Foundation Fieldbus hat heute eine wachsende installierte Basis in vielen starken Prozessanwendungen wie Raffinierung, Petrochemikalien, Stromerzeugung sowie Lebensmittel und Getränke, Pharmazeutika und nukleare Anwendungen.[16]

Aufgrund des 1. Januar 2015 ist die Fieldbus Foundation Teil der neuen FieldComm Group geworden.[17]

Profibus-pa

Profibus PA (Prozessautomatisierung) wird für die Kommunikation zwischen Mess- und Prozessinstrumenten, Aktuern und Prozesssteuerungssystemen verwendet oder Plc/DCS in der Prozesstechnik. Profibus PA ist eine Profibus-Version mit physischer Schicht, die für die Prozessautomatisierung geeignet ist, bei der mehrere Segmente (PA-Segmente) mit Feldinstrumenten über sogenannte Koppler mit Profibus DP verbunden werden können. Das Zwei-Draht-Buskabel dieser Segmente übernimmt nicht nur die Kommunikation, sondern auch die Stromversorgung der Teilnehmer (Mbp Übertragungstechnologie). Eine weitere spezielle Merkmale von Profibus PA ist das weit verbreitete Geräteprofil "PA -Geräte" (PA -Profil).[18] in denen die wichtigsten Funktionen der Feldgeräte für Hersteller standardisiert sind.

Fieldbus für die Automatisierung des Gebäudes

Der Markt von Gebäudeautomation hat auch unterschiedliche Anforderungen für die Anwendung eines Fieldbus:

Das Batibus definiert 1989 und hauptsächlich in Frankreich verwendet, die Instabus erweitert auf die Europäischer Installationsbus (EIB) und die Europäisches Heimsystemprotokoll (EHS) verschmolzen 1999 mit dem Konnex) (KNX) Standard EN 50090, (ISO/IEC 14543-3). Im Jahr 2020 bieten 495 Mitgliederunternehmen 8'000 Produkte mit KNX -Schnittstellen in 190 Ländern weltweit an.[19]

Lonworks

Zurück in die 1980er Jahre, im Gegensatz zu anderen Netzwerken, Lonworks ist das Ergebnis der Arbeit von Informatikern aus Echelon Corporation. 1999 wurde das Kommunikationsprotokoll (damals als Lontalk bezeichnet) ANSI übermittelt und 2005 als Standard für Kontrollnetzwerke (ANSI/CEA-709.1-B) als EN 14908 (Europäische Gebäudeautomation Standard) anerkannt. Das Protokoll ist auch eines von mehreren Datenverbindungen/physikalischen Schichten der BACNET ASHRAE/ANSI -Standard für die Automatisierung des Gebäudes.

BACNET

Das BACNET Standard wurde zunächst entwickelt und wird nun von der American Society of Heizung, Kühl- und Klimaanlagen (Klimaanlagen) aufrechterhalten (Ingenieure der Klimaanlage (Ashrae) Ab 1987. BACNET ist ein amerikanischer nationaler Standard (Ansi) 135 seit 1995, ein europäischer Standard, ein nationaler Standard in vielen Ländern und globaler ISO -Standard 16484 seit 2003.[20] BACNET hat 2017 einen Marktanteil von 60% am Markt für den Bau Automation.[21]

Standardisierung

Obwohl die Fieldbus -Technologie seit 1988 gibt, dauerte die Entwicklung des internationalen Standards viele Jahre. 1999 traf sich der IEC SC65C/WG6 -Standardausschuss, um den Unterschied im Entwurf des IEC -Feldbus -Standards zu lösen. Das Ergebnis dieses Treffens war die anfängliche Form des IEC 61158 -Standards mit acht verschiedenen Protokollsätzen, die als "Typen" bezeichnet werden.

Diese Form von Standard wurde zuerst für die entwickelt Europäischer gemeinsamer Marktkonzentriert sich weniger auf Gemeinsamkeiten und erreicht ihren Hauptzweck - die Auswahl der Handelsbeschränkung zwischen den Nationen. Die Gemeinschaftsfragen bleiben nun der internationalen Konsortie überlassen, die jeden der Feldbus -Standardtypen unterstützen. Fast sobald es genehmigt wurde, wurde die IEC -Standardentwicklungsarbeiten eingestellt und das Komitee wurde aufgelöst. Ein neues IEC-Komitee SC65C/MT-9 wurde gebildet, um die Konflikte in Form und Substanz innerhalb der mehr als 4000 Seiten von IEC 61158 zu lösen. Die Arbeiten an den oben genannten Protokolltypen sind wesentlich vollständig. Neue Protokolle, wie für Sicherheits-Feldbuses oder Echtzeit-Ethernet-Feldbusse, werden während eines typischen 5-Jahres-Wartungszyklus in die Definition des internationalen Feldbus-Standards aufgenommen. In der Version 2008 des Standards werden die Fieldbus -Typen in Kommunikationsprofilfamilien (CPFs) neu organisiert.[22]

Struktur der Feldbus -Standards

Es gab viele konkurrierende Technologien für Fieldbus und die ursprüngliche Hoffnung für einen einzelnen einheitlichen Kommunikationsmechanismus wurde nicht verwirklicht. Dies sollte nicht unerwartet sein, da die Fieldbus -Technologie in verschiedenen Anwendungen unterschiedlich implementiert werden muss. Das Automobilfieldbus unterscheidet sich funktional von der Prozesssteuerung der Prozessanlage.

IEC 61158: Industrial Communication Networks - Fieldbus -Spezifikation

Im Juni 1999 beschloss das IEC -Aktionskomitee (CA), eine neue Struktur für die Feldbus -Standards zu beziehen, beginnend mit einer Erstausgabe, die am 1. Januar 2000 pünktlich zum neuen Jahrtausend gültig ist Alle Feldbusse finden ihren Platz.[23] Die Experten haben entschieden, dass die Struktur von IEC 61158 nach verschiedenen Schichten aufrechterhalten wird, die in Dienstleistungen und Protokolle unterteilt sind. Die einzelnen Feldbusse werden als unterschiedliche Typen in diese Struktur eingebaut.

Der Standard IEC 61158 Industrial Communication Networks - Feldbusspezifikationen wird in die folgenden Teile aufgeteilt:

  • IEC 61158-1 Teil 1: Übersicht und Anleitung für die IEC 61158- und IEC 61784-Serie
  • IEC 61158-2 PHL: Teil 2: Spezifikation der physischen Schicht und Servicedefinition
  • IEC 61158-3-X DLL: Teil 3-X: Datenverletzungsschicht-Service-Definition-Typ X Elemente
  • IEC 61158-4-X DLL: Teil 4-X: Datenverbindungsschichtprotokollspezifikation-Typ X-Elemente
  • IEC 61158-5-X AL: Teil 5-X: Anwendungsschicht-Service-Definition-Typ X Elemente
  • IEC 61158-6-X AL: Teil 6-X: Anwendungsschichtprotokollspezifikation-Typ X Elemente

Jeder Teil enthält noch mehrere tausend Seiten. Daher wurden diese Teile weiter in Unterabschnitt unterteilt. Die einzelnen Protokolle wurden einfach mit einem Typ nummeriert. Jeder Protokolltyp hat somit bei Bedarf seinen eigenen Unterabschnitt.

Um den entsprechenden Teil der einzelnen Teile des IEC 61158 -Standards zu finden, muss man den entsprechenden Protokolltyp für eine bestimmte Familie kennen.

In der 2019er Ausgabe von IEC 61158 bis zu 26 verschiedene Protokolle werden angegeben. In der Standardisierung der IEC 61158 wird die Verwendung von Markennamen vermieden und durch trockene technische Begriffe und Abkürzungen ersetzt. Beispielsweise wird Ethernet durch das technisch korrekte CSMA/CD oder eine Referenz auf den entsprechenden ISO -Standard 8802.3 ersetzt. Dies ist auch bei Fieldbus -Namen der Fall, alle werden durch Typnummern ersetzt. Der Leser wird daher im gesamten IEC 61158 Fieldbus Standard niemals eine Bezeichnung wie Profibus oder Devizenet finden. Im Bereich Einhaltung der IEC 61784 Eine vollständige Referenztabelle wird bereitgestellt.

IEC 61784: Industrial Communication Networks - Profile

Es ist klar, dass diese Sammlung von Fieldbus -Standards in IEC 61158 nicht zur Implementierung geeignet ist. Es muss mit Anweisungen zur Verwendung ergänzt werden. Diese Anweisungen zeigen, wie und welche Teile von IEC 61158 zu einem funktionierenden System zusammengestellt werden können. Diese Montageanweisung wurde anschließend als IEC 61784 -Feldbusprofile zusammengestellt.

Laut IEC 61158-1[24] Der Standard -IEC 61784 ist in den folgenden Teilen aufgeteilt:

  • IEC 61784-1 Profilsätze für die kontinuierliche und diskrete Fertigung im Vergleich zur Verwendung von Feldbus in industriellen Steuerungssystemen
  • IEC 61784-2 Zusätzliche Profile für ISO/IEC 8802 3-basierte Kommunikationsnetzwerke in Echtzeitanwendungen
  • IEC 61784-3 Funktionssicherheit Feldbuses-Allgemeine Regeln und Profildefinitionen
  • IEC 61784-3-N Funktionssicherheit Feldbuses-Zusätzliche Spezifikationen für CPF n
  • IEC 61784-5-n Installation von Feldbusen-Installationsprofile für CPF n

IEC 61784-1: Fieldbus-Profile

Die IEC 61784 Teil 1[25] Standard mit dem Namen Profilsätze für die kontinuierliche und diskrete Fertigung im Vergleich zur Verwendung von Feldbus in industriellen Steuerungssystemen Listet alle Feldbusse auf, die von den nationalen Standardisierungsbehörden vorgeschlagen werden. In der ersten Ausgabe 2003 werden 7 verschiedene Kommunikationsprofilfamilien (CPF) eingeführt:

Swiftnet, das im Flugzeugbau (Boeing) weit verbreitet ist, wurde in die erste Ausgabe des Standards aufgenommen. Dies erweist sich später als Fehler und in der Ausgabe 2 2007 wurde dieses Protokoll aus dem Standard entfernt. Gleichzeitig der CPF 8 CC-Link, der CPF 9 HART Protokoll und CPF 16 Sercos sind hinzugefügt. In der Ausgabe 4 im Jahr 2014 The Last Fieldbus CPF 19 Mechatrolink wurde in den Standard einbezogen. Die Ausgabe 5 im Jahr 2019 war nur eine Wartungsrevision ohne ein neues Profil.

Sehen Liste der Automatisierungsprotokolle für Fieldbus, die nicht in diesem Standard enthalten sind.

IEC 61784-2: Echtzeit-Ethernet

Bereits in Ausgabe 2 des Fieldbus -Profils sind erste auf Ethernet basierende auf der physischen Ebene enthaltene Profile enthalten.[26] All diese neuen Echtzeit-Ethernet (RTE) -Protokolle sind in IEC 61784 Teil 2 zusammengestellt[27] wie Zusätzliche Profile für ISO/IEC 8802 3-basierte Kommunikationsnetzwerke in Echtzeitanwendungen. Hier finden wir die Lösungen Ethernet/IP, drei Versionen von Profinet IO - die Klassen A, B und C - und die Lösungen von P -Net,[28] VNET/IP[29] TCNET,[30] Ethercat, Ethernet PowerLink, Ethernet für Anlagenautomatisierung (EPA) und auch die Modbus Mit einem neuen Echtzeit-Veröffentlichungs-Subscribe-Modbus-RTPS und dem Legacy-Profil-Modbus-TCP.

Das Sercos Lösung ist in diesem Zusammenhang interessant. Dieses Netzwerk aus dem Feld der Achsensteuerung hatte einen eigenen Standard -IEC 61491.[31] Mit der Einführung der Ethernet -basierten Lösung SERCOS IIIDieser Standard wurde auseinander genommen und der Kommunikationsteil ist in IEC 61158/61784 integriert. Das Anwendungsteil wurde zusammen mit anderen Antriebslösungen in einen speziellen Laufwerksstandard IEC 61800-7 integriert.

Die Liste der RTE für die erste Ausgabe im Jahr 2007 ist also bereits lang:

Im Jahr 2010 wurde bereits eine zweite Ausgabe veröffentlicht, um CPF 17 aufzunehmen Rapienet und CPF 18 Safetynet p. In der dritten Ausgabe im Jahr 2014 die Industrial Ethernet (IE) -Version von CC-Link wurde hinzugefügt. Die beiden Profilfamilien CPF 20 Anzeigen-Net[32] und CPF 21 FL-Net[33] werden der Ausgabe vier im Jahr 2019 hinzugefügt.

Weitere Informationen zu diesen RTES finden Sie im Artikel über Industrie -Ethernet.

IEC 61784-3: Sicherheit

Zum FunktionssicherheitVerschiedene Konsortien haben verschiedene Protokolle für Sicherheitsanwendungen bis zur Sicherheitsintegritätsniveau 3 (SIL) gemäß den IEC 61508 oder Leistungsniveau "e" (PL) nach ISO 13849. Was die meisten Lösungen gemeinsam haben, ist, dass sie auf einem basieren Schwarzer Kanal und kann daher über verschiedene Feldbusse und Netzwerke übertragen werden. Abhängig vom tatsächlichen Profil liefert das Sicherheitsprotokoll Maßnahmen wie Zähler, CRCS, Echo, Zeitüberschreitung, eindeutige Absender- und Empfänger -IDs oder Cross -Check.

Die erste Ausgabe wurde 2007 von IEC 61784 Teil 3 herausgegeben[34] genannt Industrialcommunication -Netzwerke - Profile - Funktionssicherheit Feldbuses Enthält die Kommunikationsprofilfamilien (CPF):

SERCOS verwendet die CIP -Sicherheit Protokoll auch.[36] In der zweiten Ausgabe, die 2010 ausgestellt wurde, werden zusätzliche CPF zum Standard hinzugefügt:

In der dritten Ausgabe im Jahr 2016 das letzte Sicherheitsprofil CPF 17 Safetynet p wurde hinzugefügt. Eine neue Ausgabe 4 wird voraussichtlich im Jahr 2021 veröffentlicht. Der Standard hat jetzt 9 verschiedene Sicherheitsprofile. Sie sind alle in der globalen Compliance -Tabelle im nächsten Abschnitt enthalten und verwiesen.

Einhaltung der IEC 61784

Die Protokollfamilien jedes Markennamens werden als Kommunikationsprofilfamilie bezeichnet und als CPF mit einer Nummer abgekürzt. Jede Protokollfamilie kann nun Feldbusse, Ethernet-Lösungen, Installationsregeln und Protokolle für funktionelle Sicherheit definieren. Diese möglichen Profilfamilien werden in IEC 61784 festgelegt und in der folgenden Tabelle zusammengestellt.

Kommunikationsprofile Familien (CPF) sowie Dienste und Protokolltypen
Kommunikationsprofil Familien (CPF) in IEC 61784 (sub-) Teil IEC 61158 Services & Protokolle
CPF Familie Kommunikationsprofil (CP) und Handelsname 1 2 3 5 PHL DLL Al
1 Foundation Fieldbus (FF) CP 1/1 FF - H1 X -1 -1 Typ 1 Typ 1 Typ 9
CP 1/2 FF - HSE X -1 -1 8802-3 TCP/UDP/IP Typ 5
CP 1/3 FF - H2 X -1 -1 Typ 1 Typ 1 Typ 9
FSCP 1/1 FF-SIS -1
2 Cip CP 2/1 ControlNet X -2 Typ 2 Typ 2 Typ 2
CP 2/2 Ethernet/IP X X -2 -2 8802-3 Typ 2 Typ 2
CP 3/3 Devizenet X -2 -2 Typ 2 Typ 2 Typ 2
FSCP 2/1 CIP -Sicherheit -2
3 Profibus & Profinet CP 3/1 Profibus DP X -3 -3 Typ 3 Typ 3 Typ 3
CP 3/2 Profibus PA X -3 -3 Typ 1 Typ 3 Typ 3
CP 3/3 Profinet CBA (void seit 2014) 8802-3 TCP/IP Typ 10
CP 3/4 Profinet IO Klasse A. X -3 -3 8802-3 UDP/IP Typ 10
CP 3/5 Profinet IO Klasse B X -3 -3 8802-3 UDP/IP Typ 10
CP 3/6 Profinet IO Klasse C. X -3 -3 8802-3 UDP/IP Typ 10
FSCP 3/1 Profisafe -3
4 P-Net CP 4/1 P-Net RS-485 X -4 Typ 4 Typ 4 Typ 4
CP 4/2 P-NET RS-232 (entfernt) Typ 4 Typ 4 Typ 4
CP 4/3 P-Net auf IP X -4 8802.3 Typ 4 Typ 4
5 Worldfip CP 5/1 Worldfip (Abgeordnete, MCS) X Typ 1 Typ 7 Typ 7
CP 5/2 WorldFIP (Abgeordnete, MCS, SubMMs) X Typ 1 Typ 7 Typ 7
CP 5/3 Worldfip (Abgeordnete) X Typ 1 Typ 7 Typ 7
6 Interbus CP 6/1 Interbus X -6 -6 Typ 8 Typ 8 Typ 8
CP 6/2 Interbus TCP/IP X -6 -6 Typ 8 Typ 8 Typ 8
CP 6/3 Interbus -Teilmenge X -6 -6 Typ 8 Typ 8 Typ 8
CP 6/4 Link 3/4 zu Interbus X -6 Typ 8 Typ 8 Typ 10
CP 6/5 Link 3/5 zu Interbus X -6 Typ 8 Typ 8 Typ 10
CP 6/6 Link 3/6 zu Interbus X -6 Typ 8 Typ 8 Typ 10
FSCP 6/7 Interbus Sicherheit -6
7 Swiftnet Wegen mangelnder Marktrelevanz gelöscht Typ 6
8 CC-Link CP 8/1 CC-Link/V1 X -8 -8 Typ 18 Typ 18 Typ 18
CP 8/2 CC-Link/V2 X -8 Typ 18 Typ 18 Typ 18
CP 8/3 CC -Link/LT (Bus mit Buss - niedrige Kosten) X -8 Typ 18 Typ 18 Typ 18
CP 8/4 CC-Link IE Controller X -8 8802-3 Typ 23
CP 8/5 CC-Link IE Feldnetzwerk X -8 8802-3 Typ 23
FSCP 8/1 CC-Link-Sicherheit -8
9 HART CP 9/1 Universal Command (Hart 6) X -- -- Typ 20
CP 9/2 Wireless Hart (siehe IEC 62591) -- -- Typ 20
10 VNET/IP CP 10/1 Vnet/IP X -10 8802-3 Typ 17 Typ 17
11 TCNET CP 11/1 TCNET-STAR X -11 8802-3 Typ 11 Typ 11
CP 11/2 TCNET-Loop 100 X -11 8802-3 Typ 11 Typ 11
CP 11/3 TCNET-Loop 1G X -11 8802-3 Typ 11 Typ 11
12 Ethercat CP 12/1 Einfacher IO X -12 -12 Typ 12 Typ 12 Typ 12
CP 12/2 Mailbox & Zeitsynchronisation X -12 -12 Typ 12 Typ 12 Typ 12
FSCP 12/1 Sicherheit über EtherCat -12
13 Ethernet PowerLink CP 13/1 EPL X -13 -13 8802-3 Typ 13 Typ 13
FSCP 13/1 OpenSafety -13
14 Ethernet für die Pflanzenautomatisierung (EPA) CP 14/1 EPA NRT X -14 -14 8802-3 Typ 14 Typ 14
CP 14/2 EPA RT X -14 -14 8802-3 Typ 14 Typ 14
CP 14/3 EPA FRT X 8802-3 Typ 14 Typ 14
CP 14/4 EPA MRT X -14 -14 8802-3 Typ 14 Typ 14
FSCP 14/1 EPA -Sicherheit -14
15 Modbus-Rtps CP 15/1 Modbus TCP X -15 8802-3 TCP/IP Typ 15
CP 15/2 RTPS X -15 8802-3 TCP/IP Typ 15
16 Sercos CP 16/1 SERCOS I. X -16 Typ 16 Typ 16 Typ 16
CP 16/2 Sercos II X -16 Typ 16 Typ 16 Typ 16
CP 16/3 SERCOS III X -2 -16 8802-3 Typ 16 Typ 16
SFCP 2/1 CIP -Sicherheit -2
17 Rapienet CP 17/1 X -17 8802-3 Typ 21 Typ 21
18 Safetynet p CP 18/1 RTFL (Echtzeitrahmen) X -18 -18 8802-3 Typ 22 Typ 22
CP 18/2 RTFN (Echtzeit -Frame -Netzwerk) X -18 -18 8802-3 Typ 22 Typ 22
SFCP 18/1 Safetynet P. -18
19 Mechatrolink CP 19/1 Mechatrilink-II X -19 Typ 24 Typ 24 Typ 24
CP 19/2 Mechatrilink-III X -19 Typ 24 Typ 24 Typ 24
20 ADS-NET CP 20/1 Network-1000 X -20 8802-3 Typ 25 Typ 25
CP 20/2 NX X -20 8802-3 Typ 25 Typ 25
21 FL-NET CP 21/1 FL-NET X -21 8802-3 Typ 26 Typ 26

Als Beispiel werden wir nach den Standards für Profibus-DP suchen. Dies gehört zur CPF 3 -Familie und hat das Profil CP 3/1. In Tabelle 5 finden wir, dass sein Protokollbereich in IEC 61784 Teil 1 definiert ist sind für die Protokolldefinitionen erforderlich. Die physische Schnittstelle ist in den gemeinsamen 61158-2 unter Typ 3. Die Installationsbestimmungen finden Sie in IEC 61784-5-3 in Anhang A. Sie kann mit dem FSCP3/1 als Profisafe kombiniert werden, der in der IEC definiert ist 61784-3-3 Standard.

Um zu vermeiden, dass der Hersteller alle diese Standards explizit auflisten muss, wird der Verweis auf das Profil im Standard angegeben. Im Falle unseres Beispiels für die Profibus-DP müsste die Spezifikation der relevanten Standards daher sein

Einhaltung der IEC 61784-1 ED.3: 2019 CPF 3/1

IEC 62026: Controller-Device-Schnittstellen (CDIS)

Anforderungen von Fieldbus -Netzwerken für Prozessautomatisierungsanwendungen (Durchflussmesser, Drucksender und andere Messgeräte und Steuerventile in Branchen wie Kohlenwasserstoffverarbeitung und Stromerzeugung) unterscheiden Eine große Anzahl diskreter Sensoren wird verwendet, einschließlich Bewegungssensoren, Positionssensoren usw. Discrete Fieldbus -Netzwerke werden häufig als "Geräte -Netzwerke" bezeichnet.

Bereits im Jahr 2000 entschied die International Electrotechnical Commission (IEC), dass ein Satz von Controller-Device-Schnittstellen (CDIS) wird vom technischen Ausschuss TC 121 festgelegt Niedrigspannungsschalter- und Steuerhandel Um die Gerätenetzwerke abzudecken. Dieser Satz von Standards mit der Nummer IEC 62026[37] Enthält in der tatsächlichen Ausgabe von 2019 die folgenden Teile:

Die folgenden Teile wurden 2006 zurückgezogen und werden nicht mehr beibehalten:

  • IEC 62026-5: Teil 5: Smart Distributed System (SDS)
  • IEC 62026-6: Teil 6: Seriplex (Serial Multiplexed Control Bus)

Kostenvorteil

Die erforderliche Menge an Verkabelung ist in Fieldbus viel niedriger als in 4–20 -mA -Installationen. Dies liegt daran, dass viele Geräte dieselbe Kabelmenge in mehrfacher Weise teilen, anstatt einen dedizierten Kabelsatz pro Gerät wie im Fall von 4–20 Ma-Geräten zu benötigen. Darüber hinaus können mehrere Parameter pro Gerät in einem Feldbus -Netzwerk kommuniziert werden, während nur ein Parameter auf eine 4–20 -mA -Verbindung übertragen werden kann. Fieldbus bietet auch eine gute Grundlage für die Schaffung einer prädiktiven und proaktiven Wartungsstrategie. Die von Fieldbus -Geräten verfügbaren Diagnose kann verwendet werden, um Probleme mit Geräten anzugehen, bevor sie zu kritischen Problemen werden.[38]

Networking

Trotz jeder Technologie, die den generischen Namen von Fieldbus teilt, sind die verschiedenen Feldbus nicht leicht austauschbar. Die Unterschiede zwischen ihnen sind so tiefgreifend, dass sie nicht leicht miteinander verbunden werden können.[39] Um die Unterschiede zwischen Feldbus -Standards zu verstehen, ist es notwendig zu verstehen, wie Feldbus -Netzwerke entwickelt werden. Unter Bezugnahme auf die OSI -Modell, Fieldbus -Standards werden durch die physischen Medien der Verkabelung und Schichten eins, zwei und sieben des Referenzmodells bestimmt.

Für jede Technologie beschreiben das physische Medium und die physischen Schichtstandards die Implementierung von Bit -Timing, Synchronisation, Codierung/Decodierung, Bandrate, Buslänge und physischer Verbindung des Transceivers mit den Kommunikationsdrähten ausführlich. Der Standard-Link-Layer-Standard ist verantwortlich für die vollständige Angabe, wie Nachrichten für die Übertragung von physischer Ebene, Fehlerbehandlung, Nachrichtenfilterung und Bus-Schiedsgerichtsbarkeit zusammengestellt werden und wie diese Standards in Hardware implementiert werden sollen. Die Anwendungsschichtstandard definiert im Allgemeinen, wie die Datenkommunikationsebenen mit der Anwendung verbunden sind, die kommunizieren möchte. Es beschreibt Nachrichtenspezifikationen, Netzwerkverwaltungsimplementierungen und Antwort auf die Anfrage aus der Anwendung von Diensten. Schichten drei bis sechs werden in Fieldbus -Standards nicht beschrieben.[40]

Merkmale

Unterschiedliche Feldbuses bieten unterschiedliche Funktionen von Funktionen und Leistung. Aufgrund grundlegender Unterschiede in der Datenübertragungsmethodik ist es schwierig, einen allgemeinen Vergleich der Feldbusleistung zu erzielen. In der folgenden Vergleichstabelle wird einfach festgestellt, ob der fragliche Feldbus typischerweise Datenaktualisierungszyklen von 1 Millisekunden oder schneller unterstützt.

Fieldbus Buskraft Redundanz der Verkabelung Max -Geräte Synchronisation Sub Millisekundenzyklus
Afdx Nein Ja Fast unbegrenzt Nein Ja
AS-OTERFACE Ja Nein 62 Nein Nein
Öffnen können Nein Nein 127 Ja Nein
Bestandteil Ja Nein 384 Nein Ja
ControlNet Nein Ja 99 Nein Nein
CC-Link Nein Nein 64 Nein Nein
Geräte Netz Ja Nein 64 Nein Nein
Ethercat Ja Ja 65.536 Ja Ja
Ethernet PowerLink Nein Optional 240 Ja Ja
Ethernet/IP Nein Optional Fast unbegrenzt Ja Ja
Interbus Nein Nein 511 Nein Nein
Lonworks Nein Nein 32.000 Nein Nein
Modbus Nein Nein 246 Nein Nein
Profibus Dp Nein Optional 126 Ja Nein
Profibus Pa Ja Nein 126 Nein Nein
Profinet io Nein Optional Fast unbegrenzt Nein Nein
Profinet Irt Nein Optional Fast unbegrenzt Ja Ja
SERCOS III Nein Ja 511 Ja Ja
SERCOS -Schnittstelle Nein Nein 254 Ja Ja
Foundation Fieldbus H1 Ja Nein 240 Ja Nein
Foundation HSE Nein Ja Fast unbegrenzt Ja Nein
Rapienet Nein Ja 256 In Entwicklung Bedingt
Fieldbus Buskraft Redundanz der Verkabelung Max -Geräte Synchronisation Sub Millisekundenzyklus

Markt

In Prozesskontrollsystemen wird der Markt von dominiert von Foundation Fieldbus und Profibus Pa.[41] Beide Technologien verwenden dieselbe physische Schicht (2-draht-kodierte Strommodulation bei 31,25 kHz), sind jedoch nicht austauschbar. Als allgemeine Anleitung tendieren Anwendungen, die von SPS (programmierbare Logikcontroller) kontrolliert und überwacht werden, zu Profibus und Anwendungen, die von einem DCS (Digital/Distributed Control System) kontrolliert und überwacht werden, tendieren zu Foundation -Feldbus. Die Profibus -Technologie wird durch Profibus International mit Hauptsitz in Karlsruhe zur Verfügung gestellt. Die Foundation Fieldbus -Technologie gehört der Fieldbus Foundation aus Austin, Texas.

Siehe auch

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