In diesem Beitrag befassen wir uns mit den verschiedenen Bustopologien, die in der Automatisierungstechnik verwendet werden. Die Bustopologie beschreibt die Art und Weise, wie Geräte in einem Netzwerk miteinander verbunden sind. In der industriellen Automatisierung kommen verschiedenste Feldbusse zum Einsatz, welche sich auch durch unterschiedliche Topologien auszeichnen.
Welche Topologien werden unterschieden und was zeichnet sie aus?
Die Linien-Topologie (Bus-Topologie)
Die Linien- oder Bus-Topologie ist eine der einfachsten Formen der Netzwerktopologien. Hier sind alle Geräte in einer linearen Sequenz miteinander verbunden. Jedes Gerät ist direkt an eine gemeinsame Leitung, den sogenannten Bus, angeschlossen. PROFIBUS ist ein gutes Beispiel für die Anwendung dieser Topologie in der industriellen Automatisierung. Es ermöglicht eine effiziente Kommunikation zwischen Steuerungen und Feldgeräten.
Vorteile:
- Einfachheit: Die Installation und Konfiguration ist unkompliziert.
- Kosteneffizienz: Weniger Kabelbedarf führt zu geringeren Kosten.
- Skalierbarkeit: Neue Geräte können leicht hinzugefügt werden, ohne das Netzwerk zu stören.
Nachteile:
- Störanfälligkeit: Ein Defekt am Buskabel kann das gesamte Netzwerk beeinträchtigen.
- Begrenzte Länge: Die Gesamtlänge des Busses ist begrenzt, was die Netzwerkausdehnung einschränken kann.
Die Ringtopologie
Alle Geräte sind in einem geschlossenen Kreis in der Ringtopologie angeordnet. Jedes Gerät hat genau zwei Nachbarn und kommuniziert entlang des Rings. Der Token-Ring zeigt, auch wenn er in modernen Netzwerken weniger verbreitet ist, wie diese Topologie funktioniert.
Vorteile:
- Datenintegrität: Die Ringstruktur reduziert die Wahrscheinlichkeit von Datenkollisionen.
- Repeater-Funktion: Jedes Gerät kann als Repeater fungieren, was die Übertragungswege verlängert und die Signalqualität verbessert.
Nachteile:
- Komplexität: Schwierigere Installation und Fehlerbehebung.
- Abhängigkeit: Der Ausfall eines einzelnen Gerätes kann den gesamten Ring außer Gefecht setzen.
Die Sterntopologie
In der Sterntopologie ist jedes Gerät mit einem zentralen Hub oder Switch verbunden. Daten, die zwischen Geräten übertragen werden, durchlaufen immer diesen zentralen Knoten. Ethernet-Netzwerke verwenden häufig eine Sterntopologie, was die Wartung und Skalierung vereinfacht.
Vorteile:
- Zuverlässigkeit: Ein Geräteausfall beeinträchtigt die anderen Geräte im Netzwerk nicht.
- Einfache Fehlerbehebung: Probleme können leicht lokalisiert und behoben werden.
Nachteile:
- Central Point of Failure: Der Ausfall des Hubs oder Switches kann das gesamte Netzwerk lahmlegen.
- Kosten: Mehr Kabel und ein zentraler Hub erhöhen die Kosten.
Die Baumtopologie
Die Baumtopologie, oft auch als hierarchische Topologie bezeichnet, ist eine Mischung aus Stern- und Bustopologien. Sie besteht aus einer zentralen Leitung (Bus), an die mehrere Sternnetze angeschlossen sind. Jedes Sternennetzwerk verhält sich wie ein unabhängiger Ast des Baumes.
Controller Area Network (CAN) ist ein gutes Beispiel für die Baumtopologie. Im Kern basiert CAN auf einer Bustopologie, bei der alle Geräte an einen zentralen Kommunikationsbus angeschlossen sind, was eine effiziente und kostengünstige Datenübertragung ermöglicht. CAN kann jedoch zu einer Baumtopologie erweitert werden, um die Reichweite und Flexibilität zu erhöhen. Dies geschieht durch den Einsatz von Bridges und Repeatern, die es ermöglichen, mehrere Bussegmente miteinander zu verbinden. Dadurch entsteht eine komplexere und leistungsfähigere Netzwerkstruktur, die den Anforderungen größerer und anspruchsvollerer Systeme gerecht wird, ohne dabei auf die grundlegenden Vorteile der Bustopologie, wie Einfachheit und Zuverlässigkeit, verzichten zu müssen.
Vorteile:
- Flexibilität: Kombiniert die Vorteile von Stern- und Bustopologien.
- Erweiterbarkeit: Ermöglicht eine strukturierte und hierarchische Netzwerkarchitektur.
Nachteile:
- Komplexität: Komplexere Planung und Umsetzung.
- Anfälligkeit: Wie bei der Bustopologie kann ein Problem am Hauptbus das gesamte Netzwerk beeinträchtigen.
Jede Topologie bietet ihre eigenen einzigartigen Vorteile und Herausforderungen, von der Einfachheit und Kosteneffizienz der Linientopologie bis hin zur Flexibilität und Erweiterbarkeit der Baumtopologie.
Die Auswahl eines bestimmten Feldbusses in der Automatisierungstechnik kann den Anwender jedoch an die zugehörigen topologischen Rahmenbedingungen binden. Jeder Feldbus hat seine eigenen Netzwerkstrukturen, die die Systemarchitektur maßgeblich beeinflussen.