Normierte Schnittstellen in der Datenkommunikation verteilter Automatisierungssysteme

Mit PROFIBUS-FMS hatte man 1987 begonnen, ein Feldbussystem zu entwickeln, das zwar sehr leistungsfähig im Hinblick auf die zur Verfügung stehenden Dienste ist, dafür aber auch ein komplexes und teures Businterface verlangt. Ausserdem ist die Übertragungseffizienz nicht sonderlich hoch, da sehr viel Rechenzeit für die Bearbeitung in der Schicht 7 benötigt wird. Weitere Nachteile liegen allerdings auch in der Art der Implementierung und der Abbildung auf Schicht 2. 1993 wurde mit dem PROFIBUS-DP eine neu entwickelte Version geschaffen, um die genannten Nachteile zu eliminieren. Vorteile der DP Variante gegenüber dem FMS sind, die deutlich höhere Geschwindigkeit von nun 12 MBit/s statt der bis dahin maximal möglichen 500 kBit/s, und die geringere Komplexität der Schicht 7. In der ersten, 1993 standardisierten Variante, konnten ausser den Diensten zum Versenden und Empfangen von Daten kaum weitere Dienste ausgeführt werden. Erst 1996 wurde begonnen, den PROFIBUS-DP zu erweitern, um innerhalb eines dezentralen Automatisierungssystems weitere dringend benötigte Dienste bereitzustellen. Auf die angesprochenen Dienste wird später noch genauer eingegangen (siehe Abschnitt 4.4.4) . Der PROFIBUS-PA, der dritte im Bunde, sollte anfänglich auch die Funktionalität des PROFIBUS-FMS bekommen, bevor man sich Mitte 1996 entschloss, als Basis den PROFIBUS-DP in seiner erweiterten Form zu benutzen. [...]

Mitte der 80’er Jahre wurde deutlich, dass für die Automatisierung von grossen, komplexen Anlagen und Fabriken die herkömmlichen Varianten zur Datenübertragung zu teuer wurden. Jeder einzelne Aktor/Sensor wurde von einer zentralen Leitwarte ausgehend über eine sternförmige Verkabelung eingebunden. Dadurch entstanden hohe Kosten, bedingt durch die Länge der benötigten Kabel, sowie durch einen hohen Aufwand bei der Fehlersuche, da diese durch die grosse Menge von Kabeln in einer Leitwarte sehr umfangreich wurde. Dazu kamen noch die Kosten für den Prozessrechner, der für jedes Signal aus dem Feld eine eigene Datenleitung benötigte. So war es Stand der Technik, dass jeder Sensor oder Aktor über eine individuelle Zweipunktverbindung mit dem Leitrechner verfügte, die sich in die Gruppen analoge/digitale Signale bzw. Ein- oder Ausgabe unterteilen lassen. Ende der Achtziger, als der Siegeszug der Mikroelektronik bereits in vollem Gange war, ging man dazu über, die Ein- und Ausgabe von Signalen bereits vor Ort im Feld und somit dezentral abzuwickeln. Dadurch konnten Kosten im Aufbau einer Anlage gespart werden. Für spätere Wartungen bedeutete dies eine bessere Übersichtlichkeit über die Anlage. Die dafür erforderlichen Komponenten mussten zwar intelligenter sein und sind somit teurer, als die bisher verwendeten Lösungen, jedoch wurde dies durch den Preisverfall in der Mikroelektronik weitestgehend kompensiert. Der dezentrale Lösungsansatz führte zur Entwicklung der Feldbusse. Mit Feldbussen kam noch eine weitere Eigenschaft zu den sonst dummen E/A Komponenten hinzu: Managing. Es war möglich geworden über eine einzige Leitung Daten und Managementinformationen auszutauschen. Und um keinen dieser Aspekte brauchte sich der Leitrechner zu kümmern. Für ihn stellte sich die neue Welt der Feldbusse wie bisher als Ein- und Ausgabe an Datenpunkte dar, nur das diese jetzt an den Feldbusmaster übergeben wurden. Es hatte die Bildung eines geschlossener digitalen Kreislaufs, der erst direkt vor Ort aufgehoben wurde, stattgefunden. Einige Feldbusse, denen auch heute noch eine grosse Bedeutung beigemessen wird, sind z.B. Interbus von Phoenix Contact(http://www.interbusclub.com) CAN -Bus von Robert Bosch GmbH(http://www.can-open.de) LON von Echelon Corporation(http://www.echelon.com) Profibus überwacht durch Profibus Nutzerorganisation e.V.(http://www.profibus.org) Der Profibus (Prozess Field Bus) wurde in den Jahren 1987 bis 1991 im Rahmen eines Verbundprojektes, das vom Bundesministerium für Forschung und Technologie gefördert wurde, von verschiedenen Firmen und Forschungseinrichtungen entwickelt. [...]

Mit PROFInet ist man in jüngster Zeit bestrebt, die Feldbustechnologie in die Welt des Ethernet einzugliedern. Dabei ist es das erklärte Ziel von PROFInet einen offenen Kommunikationsstandard zu schaffen, der auch Feldbustechnologien anderer Hersteller mit einschliesst. Es soll nicht alleine auf den Profibus beschränkt werden. Man beabsichtigt einen DCOM/COM Kommunikationsstandard zwischen Proxy’s verschiedener Hersteller zu schaffen. Die Daten über die herstellerspezifischen Schnittstellen wie Programmier- und Konfigurationstools sollen als eine XML- Datei vorliegen und in den sogenannten PROFInet Verschaltungseditor eingebunden werden. Der Verschaltungseditor koordiniert den Datenaustausch zwischen den Komponenten der einzelnen Hersteller. Die einzelnen Teile einer Anlage werden als gekapselte elektromechanische Komponenten behandelt. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass Teile einer Anlage autonom fertiggestellt und getestet werden können. Erst bei der Inbetriebnahme werden dann die, zu diesem Zeitpunkt schon betriebsfertigen, Komponenten zusammengefügt. Falls in einem vorhandenen System Erweiterungen durchgeführt werden müssen, ist es nicht notwendig sich in die Struktur der gesamten Anlage einzuarbeiten. Es muss lediglich ein Modul verändert werden. Damit ein Gerät in ein Profinet eingebunden werden kann, wird ein sogenannter RuntimeKernel zur Verfügung gestellt werden. Dieser Runtime-Kernel wird als C-Sourcecode frei verfügbar sein, mit der Auflage den Code nicht zu verändern. Lediglich eine Anpassungsebene von den gerätespezifischen Schnittstellen zum Runtime-Kernel muss noch stattfinden. Das Ziel, das mit PROFInet verfolgt wird, ist über eine grosse Anlage mehr Übersicht zu erhalten und die Komponenten verschiedener Hersteller einfach zusammenfügen zu können. Die Daten aus der Feldebene sollen bis in die Unternehmensleitebene verfügbar sein. Das Ethernet soll nicht als ein Medium verstanden werden, über das zeitkritische Steuerungsbefehle übertragen werden. Eine Echtzeiterweiterung ist vorläufig nicht in Planung.[PN01] [...]