Feldbusse, Kommunikationsprotokolle, Bedienoberflächen, Hardware ASIC’s

Zusammenfassung

Nachdem wir uns eingehend mit den fünf verschiedenen Ebenen der Automatisierungspyramide beschäftigt haben, werden im Kapitel 5 die Kommunikationsstrukturen und Vernetzungstopologien innerhalb der Automatisierungspyramide erläutert. Es wird die Feldbusverteilung für das Jahr 2020 aufgezeigt und deren zukünftiger Trend erläutert. Gegenübergestellt werden die Einsparungen bei einer Feldbusinstrumentierung gegenüber der traditionellen 'Verkabelung' (4...20 mA). Gleichermaßen werden eingehend die Vor- und Nachteile einer Feldbusvernetzung diskutiert und gegenübergestellt. Es erfolgt die eingehende Erklärung des OSI-Modells (Open Systems Interconnection Model), welches die Grundlage fast aller drahtgebundenen und drahtlosen Bussysteme und Feldbusse ist. Weiterin werden die 19 standardisierten Feldbusfamilien vorgestellt und unter dem Aspekt der Echtzeitfähigkeit diskutiert.  Insbesondere werden die heute am häufigsten sowie wichtigsten Feldbusse und Bussysteme, die für die vertikale und horizontale Kommunikation in der Automatisierung eingesetzt werden, besprochen. Diese sind: Ethernet, Ethernet TCP/IP, EtherNet/IP, EtherCAT, PROFINET, CC-Link, PROFIBUS, HART, WirelessHART, WLAN/WiFi, Bluetooth, Modbus, CAN Bus, IO-Link und OPC UA. Jeder dieser Feldbusse und Bussysteme wird eingehend bezüglich seiner Geschichte, Technik und Leistungsfähigkeit, Hardwarerealisierung (ASIC's), seines Bezugs zum OSI-Modell und seines Protokolls bzw. Frames erklärt. Insbesondere wird für OPC UA (Open Platform Communication Unified Architecture) auch ein Beispiel in der Solarindustrie für modernes Cloudcomputing gezeigt und diskutiert. Des Weiteren wird ein historischer Überblick für die Harmonisierungsbestrebungen und die Entstehung der einzelnen Feldbusgremien von der Ethernet Arbeitsgruppe IEEE 802, PNO. PI, HCF, FDT JIIG usw. bis hin zur OPC UA Foundation und der ODVA vorgestellt. Detailliert wird das Wirken der Gremien  bezüglich der Konsolidierung von Feldbussen und Bussystemen erklärt. Ein weiterer Schwerpunkt ist das FDT/DTM-Konzept, das als Standardisierungstool in der SCADA/HMI-Ebene (Kontrollraum) in der Prozess- und Fabrikautomation zunehmend eingesetzt wird und mittlerweile im modernen Assetmanagement nicht mehr wegzudenken ist. Besonders an der Einführung und Standardisierung dieses Konzepts sind die Strömungen und Konsolidierungsbestrebungen der unterschiedlicher Gremien  gut nachzuvollziehen.