Feldbus

Ein Feldbus verbindet eine Vielzahl Messfühler (Sensoren) und Stellglieder (Aktoren) mit einem Regelungsgerät.

Für die Regelung eines Systems sind mindestens ein Regelungsgerät und meist mehrere Messfühler und Stellglieder nötig.

Falls die Regelung elektrisch erfolgt, stellt sich die Frage, wie die Messfühler und Stellglieder mit dem Regelungsgerät verbunden werden sollen. Zwei Grund-Varianten sind möglich:

• 1. Vom Regelungsgerät aus wird je ein Kabel zu jedem Messfühler und Stellglied gezogen (parallele Verdrahtung).
• 2. Vom Regelungsgerät aus wird nur ein Kabel gezogen: Das Kabel wird bei jedem Messfühler und Stellglied vorbeigeführt (serielle Verdrahtung).

Mit steigendem Automatisierungsgrad einer Anlage oder Maschine wächst der Verkabelungsaufwand bei paralleler Verdrahtung aufgrund der größeren Anzahl der Ein-/ Ausgabepunkte. Das ist mit großem Aufwand bei Projektierung, Installation, Inbetriebnahme und Wartung verbunden.

Die Anforderungen an die Kabel sind oft hoch, z.B. müssen spezielle Leitungen für die Übertragung von Analogwerten eingesetzt werden.

So wird die parallele Feldverdrahtung zu einem gravierenden Kosten- und Zeitfaktor in der Automatisierungstechnik.

Im Vergleich dazu ist die serielle Vernetzung der Komponenten im Feldbereich mittels so genannter Feldbussysteme wesentlich kostengünstiger.

Der Feldbus ersetzt die parallelen Leitungsbündel durch ein einziges Buskabel und verbindet alle Ebenen, von der Feld- bis zur Leitebene. Unabhängig von der Art des Automatisierungsgeräts, z.B. Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) unterschiedlicher Hersteller oder PC-basierte Steuerungen, vernetzt das Übertragungsmedium des Feldbusses alle Komponenten.

Diese können beliebig im Feld verteilt sein, denn alle werden dezentral vor Ort angeschlossen. Damit steht ein leistungsfähiges Kommunikationsnetz für zeitgemäße Rationalisierungskonzepte zur Verfügung.

Die Vorteile eines Feldbus im Vergleich zur parallelen Verdrahtung sind vielfältig:

• geringerer Verkabelungsaufwand spart Zeit bei Planung und Installation
• Kabel, Rangierverteiler und Ausmaße des Schaltschranks werden reduziert
• Eigendiagnose durch das System mit Klartextanzeige verkürzt Ausfall- und Wartungszeiten
• Höhere Zuverlässigkeit und bessere Verfügbarkeit durch kurze Signalwege
• gerade bei analogen Werten erhöht sich der Schutz vor Störungen
• offene Feldbusse vereinheitlichen herstellerübergreifend Datenübertragung und Geräteanschluss → der Anwender wird unabhängig vom Standard einzelner Hersteller
• Erweiterungen oder Änderungen sind einfach durchzuführen und garantieren Flexibilität und somit Zukunftssicherheit

Nachteile (in der Praxis überwiegen jedoch meist die Vorteile):

• komplexeres System - qualifiziertere Mitarbeiter notwendig
• höherer Preis von Komponenten mit Feldbusfunktionalität
• Aufwändige Messgeräte

Es gibt verschiedene Feldbus-Topologien:

• Ring-Topologie
• Stern-Topologie
• Linien-Topologie
• Baum-Topologie

Verbreitete Feldbusse

• EIB Elektro Installation Bus Haupsächlich Hausinstallation
• CAN-Bus Im Automotive-Bereich und diverse andere
• LIN-Bus Im Automotive-Bereich
• MOST-Bus Im Automotive-Multimedia-Bereich
• FlexRay-Bus Im Automotive-Bereich (x-by-wire)
• Profibus Roboter, Maschinenbau, Anlagenbau, Prozessautomation
• Interbus Maschinenbau,Anlagenbau in Sonderausführung für Sicherheitstechnik
• Sercos Roboter, Maschinenbau, Anlagenbau
• Modbus
• I2C
• LON
• AS-I

In letzter Zeit versuchen sich mehrere Feldbussysteme auf der Basis des Ethernet Protokolls zu etablieren:

• EtherCAT
• Ethernet-Powerlink
• SERCOS III
• PROFINET