Feldbusse sind das Rückgrat für die Kommunikation in der Automatisierungstechnik und in Fahrzeugen. Sie verbinden Sensoren, Aktoren und Steuerungen miteinander und ermöglichen eine effiziente und zuverlässige Datenübertragung zwischen den Teilnehmern. Feldbusse werden eingesetzt, um die Kommunikation in komplexen Systemen zu vereinfachen und die Verkabelung zu reduzieren. Die verschiedenen Feldbusse können anhand mehrerer Kriterien unterschieden werden, darunter Topologie, Übertragungsmedium, Anwendungsbereiche sowie ihre Verbreitung.
Mit der passenden Topologie optimal angepasst auf die Umgebung
Die Topologie eines Feldbusses beschreibt die Struktur des Netzwerks, in dem die Geräte miteinander verbunden sind. Es gibt verschiedene Topologien, die je nach Feldbus variieren. Die Bus-Topologie, bei der alle Geräte an eine gemeinsame Leitung angeschlossen sind, ist weit verbreitet und wird beispielsweise von Modbus-RTU, CANopen und DeviceNet verwendet, wobei die beiden letzteren auf CAN basieren. Eine Stern-Topologie, bei der jedes Gerät direkt mit einem zentralen Knoten verbunden ist, findet sich optional bei PROFIBUS und EtherCAT. Die Baum-Topologie, eine Kombination aus Bus- und Stern-Topologie, ermöglicht eine flexible Struktur und wird ebenfalls von PROFIBUS und EtherCAT unterstützt. Einige Varianten von EtherCAT nutzen auch eine Ring-Topologie, bei der die Geräte in einer geschlossenen Schleife verbunden sind.
Das passende Übertragungsmedium
Die Übertragungsmedien, die für die Datenübertragung verwendet werden, sind ein weiteres Unterscheidungsmerkmal der Feldbusse. Kupferkabel sind weit verbreitet und kostengünstig und werden zum Beispiel von PROFIBUS und CAN verwendet. Glasfaser bietet hohe Übertragungsgeschwindigkeiten und ist störungsresistent, wird aber seltener verwendet, wie zum Beispiel optional bei PROFIBUS. Drahtlose Übertragungsmedien bieten Flexibilität und einfache Installation, sind jedoch anfällig für Störungen und werden in einigen Varianten von PROFIBUS eingesetzt. Unter Einsatz von Repeatern und Bridges können verschiedenste Feldbusse auch in Teilbereichen drahtlos oder optisch übertragen werden, um so Teilstrecken zu überbrücken.
Ethernet, bekannt für seine hohe Geschwindigkeit und weite Verbreitung, wird von Modbus-TCP (über Ethernet), EtherCAT, Powerlink und vielen weiteren „Industrial Ethernet“ basierten Netzwerken verwendet. Herkömmliche Switches und Topologiekomponenten können bei Industrial Ethernet basierten Systemen jedoch nicht eingesetzt werden, da diese Systeme oft hohe Anforderungen an die deterministische Kommunikation mit geringen Latenzzeiten haben.
Einsatzbereiche und Verbreitung
PROFIBUS ist besonders in der Fertigungs- und Prozessautomatisierung verbreitet. Seine Flexibilität in der Topologie und hohe Zuverlässigkeit machen es besonders in Europa beliebt. Modbus findet Anwendung in der industriellen Automatisierung und Gebäudeautomation. Seine einfache Implementierung und globale Verbreitung, besonders in Nordamerika, machen ihn zu einem beliebten Standard.
CANopen, basierend auf dem CAN-Protokoll, wird vor allem im Maschinenbau und in der Fahrzeugtechnik eingesetzt. Seine Robustheit und Echtzeitfähigkeit sind besondere Stärken, während die begrenzte Netzwerkgröße eine Schwäche darstellt. DeviceNet, ebenfalls auf dem CAN-Protokoll basierend, wird hauptsächlich in der Fertigungsautomatisierung verwendet und im nordamerikanischen Raum eingesetzt.
EtherCAT bietet eine flexible Topologie und verwendet Ethernet als Übertragungsmedium. Diese Flexibilität und die hohe Geschwindigkeit machen EtherCAT weltweit beliebt, besonders in Europa und Asien.
Wichtige Entscheidungskriterien für die Wahl des passenden Feldbusses sind unter anderem der Anwendungsbereich und die erforderliche Datenrate, die Echtzeitfähigkeit und Robustheit sowie natürlich die Kosten für die Komponenten und die Implementierung.
Zusammenfassung
Feldbusse sind entscheidend für die effiziente Kommunikation in industriellen Automatisierungssystemen und im Fahrzeug. Die Wahl des richtigen Feldbusses hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab, wie Topologie, Übertragungsmedium und regionaler Verbreitung. Unternehmen sollten die Eigenschaften der verschiedenen Feldbusse sorgfältig abwägen, um die beste Lösung für ihre Kommunikationsaufgaben zu finden.