SYS TEC electronic AG: Der Feldbus: Auf dem Weg von der Feld- zur Leitebene

Wie werden Daten aus der Feldebene transportiert und übergeordneten Systemen zugänglich gemacht? Wie sieht die Zukunft der Feldbusse aus? Der folgende Fachbeitrag erklärt, welche Eigenschaften, Verwendungsmöglichkeiten und Zukunftsaussichten Feldbusse kennzeichnen.

Automatisierungspyramide Bildquelle: © SYS TEC electronic AG

In den Anfängen der industriellen Automatisierung wurde Parallelverdrahtung zur Datenübertragung eingesetzt. Mit zunehmendem Automatisierungsgrad stieg jedoch auch die Anzahl der Kommunikationsteilnehmer. Der dadurch immer größer werdende Verkabelungsaufwand wurde durch kostengünstigere und schnellere Feldbus-Systeme weitestgehend abgelöst. 

Feldbusse werden hauptsächlich, aber nicht ausschließlich, im Bereich der Automatisierung eingesetzt und sind zum festen Bestandteil komplexerer Maschinen und Anlagen geworden. Mit ihnen lassen sich Sensoren und Aktoren, auch als Feldgeräte bezeichnet, mit Steuergeräten, wie etwa einer SPS, verbinden. Beispiele für Feldgeräte sind etwa Motoren, Schalter oder Antriebe. 

Einen Feldbus charakterisieren dabei im Wesentlichen zwei Hauptbestandteile: die physische Komponente, der die Art der Verdrahtung und des Anschlusses darstellt, und die Kodierung, mit der die Datenübertragung definiert wird. Eine weitere Rolle spielt die verwendete Netzwerktopologie, jedoch handelt es sich dabei um keine primäre Eigenschaft des Feldbusses.  

Typischerweise besteht der Feldbus aus recht simpler Hardware. Es reicht meist eine einfache und gleichzeitig auch kostengünstige Kupferdrahtverbindung aus. Das dieser Ansatz besonders kosteneffizient ist, hat dazu geführt, dass sich Feldbusse so weit verbreitet haben. Bei modernen Anlagen sind neben der herkömmlichen Verkabelung mittlerweile auch andere Verbindungsmedien möglich, wie zum Beispiel Ethernet, aber auch Glasfaser, oder kabellos per WiFi. 

Besonders die Unterschiede bei der busspezifischen Kodierung sorgen allerdings für die, zum Teil ungewollte, Vielfalt. Je nach verwendetem Feldbus unterscheidet sich die Datenbehandlung und das Übertragungsverhalten. Dies umfasst unter anderem, wie Telegramme, Steuerbefehle, Sende- und Empfangsverhalten umgesetzt und übertragen werden. Ebenso unterscheidet sich auch, mit welchen Hilfsmitteln die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Datenübertragung gewährleistet wird, bzw. welche Maßnahmen ergriffen werden, um Fehlverhalten zu verhindern oder zu korrigieren. 

Beispielsweise kann mit dem Einsatz von Prüfsummen nach Abschluss einer Übertragung die Datenintegrität festgestellt werden, also ob alle Pakete angekommen sind. Über streng geregeltes Zugriffsverhalten kann verhindert werden, dass mehr als ein Feldgerät gleichzeitig auf dem Bus sendet und Datenpakete miteinander kollidieren, bzw. nicht ankommen und verloren gehen. Dazu gehören unter anderem das Master-Slave-Verfahren, takt- bzw. zeitbasierte Zugriffsverfahren, oder Kollisionserkennung. 

Prominente Feldbus-Vertreter sind Modbus, CAN/CANopen, Profibus, Profinet, EtherCat, Ethernet PowerLink oder Ethernet/IP.