I. Einleitung
Im Bereich der industriellen Automatisierung hat die Auswahl der Kommunikationstechnologie einen entscheidenden Einfluss auf die Systemleistung, Zuverlässigkeit und Kosten. Feldbus und Industrial Ethernet sind zwei häufig verwendete Kommunikationstechnologien, die in der industriellen Automatisierung eine unterschiedliche Rolle spielen. Dieses Papier bietet eine detaillierte Einführung in beide Technologien und untersucht ihre Unterschiede.
II. Feldbus-Übersicht
Definition
Feldbus ist ein serieller, digitaler Mehrpunkt-Kommunikationsdatenbus, der zwischen Feldgeräten/Instrumenten im Prozessbereich und automatisierten Steuergeräten/Systemen im Kontrollraum installiert wird. Es fungiert als Netzwerk- und Steuerungssystem, bei dem einzelne, dezentrale, digitale und intelligente Mess- und Regelgeräte als Netzwerkknoten dienen. Diese Knoten sind über einen Bus miteinander verbunden, um Informationen auszutauschen und gemeinsam automatisierte Steuerungsfunktionen auszuführen. Die Feldbustechnologie stellt eine Netzwerkkommunikationstechnologie auf industrieller Feldebene dar, die die digitale Kommunikation zwischen Steuergeräten auf Feldebene ermöglicht und die digitale Revolution in der Gerätekommunikation auf industrieller Feldebene symbolisiert.
Eigenschaften
Feldbus bietet eine Reihe herausragender Vorteile, darunter Einfachheit, Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz. Es befasst sich in erster Linie mit der digitalen Kommunikation zwischen Feldgeräten wie intelligenten Instrumenten, Steuerungen und Aktoren in industriellen Umgebungen sowie mit der Informationsübertragung zwischen diesen Feldsteuergeräten und übergeordneten Steuerungssystemen. Feldbus ist ein industrieller Datenbus, der als zugrunde liegendes Datenkommunikationsnetzwerk in der Automatisierung dient.
Haupttypen
Feldbus umfasst mehrere Typen, darunter PROFIBUS, EtherCAT, Lightbus, Interbus, CANopen, ControlNet, SERCOS-Schnittstelle, Ethernet und PROFINET. Jeder Bus verfügt über einzigartige Eigenschaften und Anwendungsbereiche, sodass Benutzer den geeigneten Bustyp basierend auf spezifischen Anforderungen auswählen können.
III. Überblick über Industrial Ethernet
Definition
Industrial Ethernet ist ein robustes Bereichs- und Einheitennetzwerk basierend auf IEEE 802.3 (Ethernet). Es wendet die Ethernet-Technologie auf die industrielle Automatisierung an und ermöglicht so eine nahtlose Integration in die neue Multimedia-Welt. Industrial Ethernet eignet sich nicht nur für Büroumgebungen, sondern ist auch in der Produktions- und Prozessautomatisierung einsetzbar.
Eigenschaften
Industrial Ethernet bietet hohe Zuverlässigkeit, hohe Bandbreite, einfache Skalierbarkeit, starke Interoperabilität, komfortable Verwaltung und breite Anwendbarkeit. Es nutzt Redundanzmechanismen und hochzuverlässige Netzwerktopologien, um die Zuverlässigkeit und Stabilität der Datenübertragung zu gewährleisten. Darüber hinaus nutzt Industrial Ethernet Hochgeschwindigkeitsübertragungstechnologie und bietet schnelle Datenübertragungs- und Verarbeitungsfunktionen, die Echtzeit-Datenübertragung und Hochgeschwindigkeitssteuerung unterstützen. Darüber hinaus nutzt Industrial Ethernet standardisierte Kommunikationsprotokolle, die es verschiedenen Geräten ermöglichen, nahtlos zu kommunizieren und zusammenzuarbeiten, wodurch die Interoperabilität und Kompatibilität verbessert wird.
Netzwerkzusammensetzung
Eine typische Industrial-Ethernet-Umgebung besteht aus Netzwerkkomponenten, Verbindungskomponenten, Kommunikationsmedien und Industrial-Ethernet-Kommunikationsprozessoren auf SPS-Steuerungen und PG/PCs. Diese Komponenten bilden zusammen die Industrial Ethernet-Infrastruktur und unterstützen die Datenübertragung und -verarbeitung.
IV. Unterschiede zwischen Feldbus und Industrial Ethernet
Kommunikationsmethode
Feldbus verwendet eine Busstruktur, die mehrere Geräte über einen einzigen Bus verbindet, um die Kommunikation und den Datenaustausch zu erleichtern. Industrial Ethernet nutzt jedoch Stern-, Ring- oder Baumtopologien und verbindet mehrere Geräte über Switches und ähnliche Geräte, um Kommunikation und Datenaustausch zu ermöglichen.
Kommunikationsgeschwindigkeit
Feldbus verwendet typischerweise serielle Kommunikation mit relativ niedrigen Geschwindigkeiten, im Allgemeinen unter 10 Mbit/s. Industrial Ethernet nutzt parallele Kommunikation mit höheren Geschwindigkeiten, typischerweise 100 Mbit/s oder mehr. Dies bietet Industrial Ethernet Vorteile bei der Verarbeitung großer Datenmengen und Hochgeschwindigkeitssteuerungsanwendungen.
Echtzeitfähigkeit
Feldbussysteme weisen in der Regel eine starke Echtzeitleistung auf und erfüllen die Echtzeitsteuerungsanforderungen der industriellen Automatisierung. Industrial Ethernet verfügt jedoch über relativ schwächere Echtzeitfähigkeiten und erfordert oft spezielle Technologien und Protokolle, um die Echtzeitleistung zu verbessern. Dennoch verbessern sich die Echtzeitfähigkeiten von Industrial Ethernet mit technologischen Fortschritten und Protokolloptimierungen kontinuierlich.
Datenvolumen
Feldbussysteme eignen sich typischerweise für Anwendungen mit kleineren Datenmengen, während Industrial Ethernet besser für Szenarien mit größeren Datenmengen geeignet ist. Da das Datenvolumen in industriellen Automatisierungssystemen weiter zunimmt und die Echtzeitanforderungen immer strenger werden, erweitert sich auch der Anwendungsbereich von Industrial Ethernet.
Topologie
Feldbussysteme verwenden typischerweise eine Bustopologie mit einer relativ einfachen Struktur. Industrial Ethernet nutzt jedoch komplexere Stern-, Ring- oder Baumtopologien. Diese Komplexität ermöglicht mehr Flexibilität und Komfort bei der Erweiterung oder Modernisierung von Industrial Ethernet-Systemen.
V. Fazit
Sowohl Feldbus als auch Industrial Ethernet sind wichtige Kommunikationstechnologien in der industriellen Automatisierung. Jedes verfügt über unterschiedliche Eigenschaften und Vorteile und ist auf unterschiedliche Anwendungsszenarien und Anforderungen zugeschnitten. Bei der Auswahl einer Kommunikationstechnologie müssen die spezifischen Anwendungsanforderungen, die Systemgröße, das Datenvolumen und die Anforderungen an die Echtzeitleistung umfassend berücksichtigt werden. Mit dem technologischen Fortschritt und der Vertiefung der Anwendungen werden Feldbus und Industrial Ethernet weiterhin eine wichtige Rolle in der industriellen Automatisierung spielen.