Zusammenfassung: Feldbus, ein offenes, volldigitales, bidirektionales Mehrstations-Kommunikationssystem, hat in den letzten Jahren eine rasante Entwicklung und Anwendung erfahren. Dieser Artikel beschreibt die Entwicklung von Feldbus und die Anwendung der Multi-Feldbus-Technologie. Schlüsselwörter: Feldbus, Automatisierungs- und Steuerungssystem. 1. Überblick: Angesichts der rasanten Entwicklung computergestützter Steuerungssysteme und der weitverbreiteten Nutzung von Feldbus in verschiedenen Bereichen der Automatisierungstechnik wird Feldbus zwangsläufig zu einer der wichtigsten Entwicklungsrichtungen in der elektrischen Automatisierungstechnik. Die Feldbustechnologie ist seit jeher ein hart umkämpfter Markt für große internationale Unternehmen; ausländische Unternehmen expandieren bereits stark auf den chinesischen Markt, wodurch die Entwicklung chinesischer Feldbusprodukte unerlässlich wird. Feldbus hat einen tiefgreifenden Einfluss auf die Automatisierungstechnik. Heute kann Feldbus als Basistechnologie zur Verbesserung des Gesamtniveaus von Automatisierungssystemen mit erheblichen Auswirkungen auf die Volkswirtschaft betrachtet werden. Daher ist es unerlässlich, die Anwendung und Entwicklung von Feldbus im Bereich der Automatisierung zu fördern. Feldbus ist ein sich in den letzten Jahren rasant entwickelndes Kommunikationsnetzwerk im Bereich der Automatisierung. Es zeichnet sich durch einfache und offene Protokolle, hohe Fehlertoleranz, Echtzeitfähigkeit, gute Sicherheit, geringe Kosten und Eignung für häufige Umschaltungen aus. Weltweit existieren derzeit Hunderte verschiedener Feldbusse, ein einheitlicher internationaler Standard existiert jedoch noch nicht. Bekannte Feldbusse sind beispielsweise Foundation Fieldbus (FF), HART Fieldbus, CAN Fieldbus, LONWORKS Fieldbus, PROFIBUS Fieldbus, MODBUS, PHEONIX INTERBUS und AS-INTERFACE. Ein Automatisierungsleitsystem verbindet zahlreiche Steuergeräte, Sensoren und Aktoren über Kommunikationsschnittstellen mit einem Host-Rechner. Dieser Rechner übernimmt die intelligente Verwaltung und ermöglicht so die zentrale Datenverarbeitung, Überwachung, Analyse und Planung – ein neuartiges Produktionssteuerungssystem. Zu den wichtigsten Feldbussen in nationalen und internationalen Automatisierungsleitsystemen zählen derzeit PROFIBUS, MODBUS, LONWORKS, FF, HART und CAN. Diese Systeme nutzen in der Regel eine einzige Feldbustechnologie. Das bedeutet, dass das gesamte Automatisierungssteuerungssystem nur einen Feldbus verwendet, was zu einer relativ einfachen Systemstruktur führt. Feldbus ist längst nicht mehr nur ein neues Technologiefeld oder Thema; die Auseinandersetzung damit hat unsere Perspektiven verändert. Unsere Sichtweise auf Feldbus ist wichtiger als die Untersuchung seiner technischen Details. 1.1 Feldbus: Eine enorme Geschäftschance. Einem renommierten Bericht zufolge wird der Einsatz von Feldbus die Kosten von Steuerungssystemen um 67 % senken. Dieser signifikante wirtschaftliche Vorteil führt direkt zu einem riesigen Markt und lässt traditionelle Märkte schrumpfen, wodurch technologische Fortschritte angestoßen werden. Dies ist entscheidend für unsere Branche, da wir uns an einem kritischen Punkt des Marktwandels befinden. 1.2 Feldbus: Eine technologische Revolution. Feldbus bewirkt einen Mentalitätswandel. Früher konzentrierten wir uns bei der Entwicklung neuer Produkte oft nur auf die Leistungskennzahlen des Produkts und vernachlässigten dessen Wechselwirkungen mit anderen verwandten Produkten. Für eine relativ konservative Branche wie die Elektrotechnik erschwerte dies die Akzeptanz neuer Produkte. Feldbusprodukte hingegen verändern dies grundlegend. Es handelt sich um einen nutzergetriebenen Markt, in dem Anwender neuen Produkten gegenüber aufgeschlossener sind als Hersteller. Die Entwicklung neuer Feldbusprodukte unterscheidet sich jedoch von der traditioneller Produkte: Sie betrachtet das Problem aus der Perspektive der Systemarchitektur und konzentriert sich auf die Verbesserung der Gesamtleistung des Systems anstatt auf lokale Optimierung. Diese Koordination unter der Steuerungssoftware ermöglicht es dem Steuerungssystem, neue Theorien zur Maximierung seiner Effektivität zu nutzen – etwas, das mit traditionellen Produkten schwer zu erreichen ist. Die „negative Sprung“-Eigenschaft von Feldbussen (d. h., mit steigendem technischen Niveau sinkt die Schwierigkeit, die neue Technologie zu beherrschen und anzuwenden) erleichtert ihre Verbreitung. 2. Entwicklung von Feldbussen 2.1 Entwicklungsprozess im Bereich der Automatisierungstechnik 2.1.1 Vor über 150 Jahren basierte die erste Generation von Prozessleitsystemen auf dem pneumatischen Signalstandard von 5–13 psi (Pneumatisches Steuerungssystem, PCS). Sie zeichnete sich durch einen einfachen lokalen Betriebsmodus aus, und die Regelungstheorie wurde erstmals entwickelt; das Konzept eines Kontrollraums existierte noch nicht. 2.1.2 Die zweite Generation von Prozessleitsystemen (analog oder ACS, Analog Control System) basierte auf analogen Stromsignalen von 0–10 mA oder 4–20 mA. Dieser bedeutende Fortschritt prägte die gesamte Automatisierungstechnik 25 Jahre lang. Er markierte den Beginn des Zeitalters der elektrischen Automatisierungstechnik. Die Regelungstechnik erfuhr tiefgreifende Entwicklungen; die Etablierung der drei Hauptbereiche der Kybernetik legte den Grundstein für die moderne Regelungstechnik; die Einrichtung von Kontrollräumen und die Trennung der Regelungsfunktionen sind bis heute üblich. 2.1.3 Prozessleitsystem der dritten Generation (CCS). Der Einsatz von Digitalrechnern begann in den 1970er-Jahren und brachte bedeutende technologische Vorteile. Sie wurden zunächst in der Mess-, Analog- und Logiksteuerung eingesetzt, was zur Entwicklung des Prozessleitsystems der dritten Generation (CCS) führte. Dieses System der dritten Generation revolutionierte die Automatisierungstechnik, indem es die Stärken von Computern voll ausschöpfte. Infolgedessen herrschte die weitverbreitete Annahme vor, dass Computer alles können, was zur Entwicklung zentralisierter Steuerungssysteme, oft auch als „zentrale Steuerung“ bezeichnet, führte. Es ist anzumerken, dass das Signalübertragungssystem größtenteils noch analoge 4-20-mA-Signale nutzte. Man erkannte jedoch bald, dass mit der Zentralisierung der Steuerung und den damit verbundenen Zuverlässigkeitsproblemen auch das Risiko eines Kontrollverlusts zunahm; ein geringfügiger Fehler konnte das gesamte System lahmlegen. Daher wurde es rasch zu einem verteilten Steuerungssystem (DCS) weiterentwickelt. 2.1.4 Prozessleitsystem der vierten Generation (DCS, verteiltes Steuerungssystem): Mit der rasanten Entwicklung der Halbleiterfertigungstechnologie, der weitverbreiteten Nutzung von Mikroprozessoren und der signifikanten Steigerung der Zuverlässigkeit der Computertechnologie ist das Prozessleitsystem der vierten Generation (DCS oder verteiltes digitales Steuerungssystem) heute weit verbreitet. Sein Hauptmerkmal ist, dass das gesamte Steuerungssystem nicht mehr aus einem einzigen Computer besteht, sondern aus mehreren Computern sowie intelligenten Instrumenten und Komponenten. Daher ist die verteilte Steuerung zum wichtigsten Merkmal geworden. Eine weitere wichtige Entwicklung ist, dass die Signalübertragung zwischen den Komponenten nicht mehr ausschließlich auf analogen 4-20-mA-Signalen basiert, sondern diese zunehmend durch digitale Signale ersetzt. 2.1.5 Prozessleitsystem der fünften Generation (FCS, Feldbus-Leitsystem): FCS entwickelte sich aus DCS, analog zur Entwicklung von DCS aus CCS, und stellt einen qualitativen Sprung dar. Aus „verteilter Steuerung“ wurde „Feldsteuerung“; die Datenübertragung erfolgt über einen Bus. Der eigentliche Unterschied zwischen FCS und DCS liegt jedoch im größeren Entwicklungsspielraum von FCS. 2.2 Der Aufstieg des Feldbusses: In den 1980er-Jahren führte die kontinuierliche Weiterentwicklung von Mikroprozessoren und verwandten Technologien dazu, dass die Datenübertragung zum Flaschenhals für die Entwicklung von DCS wurde. Das Feldbus-Konzept wurde 1982 erstmals in Europa vorgestellt, und zwei Jahre später, 1984, begannen verschiedene Länder mit der Forschung und Formulierung von Feldbus-Standards. 1986 schlug Rosemount das HART-Kommunikationsprotokoll (Highway Addressable Remote Transducer) vor, das im Wesentlichen FSK-Digitalsignale (Frequency Shift Keying) auf 4–20-mA-Gleichstromsignale überlagerte und damit hervorragende Ergebnisse erzielte. Gleichzeitig erzielten auch einfachere Feldbusse wie Interbus Erfolge. Dadurch verlagerte sich der Fokus der DSC-Entwicklung auf Feldbusse und leitete die Ära der fünften Generation von Prozessleitsystemen (FCS, Feldbus-Steuerungssysteme) ein. FCS entwickelte sich aus DCS und durchlief einen Prozess quantitativer Veränderungen, der zu qualitativen Veränderungen führte. Oberflächlich betrachtet liegt der Unterschied zwischen FCS und DCS lediglich im Übergang von „verteilter Steuerung“ zu „Feldsteuerung“; die Datenübertragung änderte sich von „Punkt-zu-Punkt“ zu „Bus“. Tatsächlich war dies jedoch nicht der Fall. Zu dieser Zeit war die Systemtheorie bereits weit verbreitet, und man begann, das gesamte Prozessleitsystem als ein großskaliges System zu betrachten. Die Zunahme der Systemgröße führte zu einer rasanten Entwicklung der Netzwerkkommunikationstechnologie; so erkannte die Wissenschaft, dass die Bustechnologie, die eine entscheidende Rolle in der Entwicklung von Computersystemen gespielt hatte, die Entwicklung von Steuerungssystemen erheblich voranbringen konnte. Das gesamte Steuerungssystem glich einem riesigen „Computer“, der über einen Bus operierte, wodurch die gemeinsame Nutzung von Ressourcen zum zentralen Entwicklungsfeld für FCS (Feldbussysteme) wurde. So entstand der Feldbus, und der Wettbewerb auf dem Markt verschärfte sich wie nie zuvor. 2.3 Technische Grundlagen des Feldbusses: Der Feldbus ersetzt analoge durch digitale Signale. Basierend auf den 3C-Technologien – Computer, Steuerung und Kommunikation – werden große Mengen an Feldmess- und Steuerungsinformationen lokal erfasst, verarbeitet und genutzt. Viele Steuerungsfunktionen wurden vom Kontrollraum auf die Feldgeräte verlagert, was zur Entwicklung einer Vielzahl digitaler und intelligenter Hightech-Produkte führte. Automatisierte Mess- und Steuerungssysteme präsentieren sich den Anwendern in einem völlig neuen Licht. Im Allgemeinen gilt ein Feldbus als volldigitales, bidirektionales Mehrstations-Kommunikationssystem – ein Industriebus, der in Computersystemen zur industriellen Steuerung eingesetzt wird. Gemäß der Norm IEC 61158 der Internationalen Elektrotechnischen Kommission ist ein Feldbus als digitaler, serieller Mehrpunkt-Kommunikationsdatenbus zwischen Feldgeräten in Fertigungs- und Prozessbereichen und automatischen Steuergeräten in Kontrollräumen definiert. Aus Sicht eines Feldbus-Steuerungssystems (FCS) entspricht dessen Kommunikationsnetzwerkstruktur der siebenschichtigen Struktur des ISO-Kommunikationsmodells (in der Regel vereinfacht auf drei Schichten: Bitübertragungsschicht, Sicherungsschicht und Anwendungsschicht). 2.4 Verschiedene Feldbusse und Standards 2.4.1 Die IEC legte 1984 einen Entwurf für einen internationalen Feldbusstandard vor. Der Standard für die Bitübertragungsschicht, IEC 1158-2, wurde jedoch erst 1993 verabschiedet. 2.4.2 SP50 IEC/ISA Die internationale Busspezifikation SP50 wurde gemeinsam von Honeywell und anderen Unternehmen entwickelt. 1984 begann die Standards and Practice Group 50 (ISA/SP50) der Instrument Society of America (ISA) mit der Entwicklung von Feldbusstandards. 1992 genehmigte die IEC den Standard für die Bitübertragungsschicht von SP50. 2.4.3 Profibus, ein Prozessfeldbus, wurde 1987 von einem Sonderausschuss entwickelt, der sich aus fünf Forschungsinstituten von 13 Unternehmen, darunter Siemens, zusammensetzte und vom Bundesministerium für Wissenschaft und Technologie eingesetzt wurde. Die Entwicklung wurde im April 1991 abgeschlossen und in DIN 19245 veröffentlicht, wodurch sie offiziell als deutscher Feldbusstandard etabliert wurde. Sie ist heute eine der drei Komponenten des europäischen Standards pr ENS50170 und wird in der Industrie als „deutsche Schule“ bezeichnet. 2.4.4 ISP und ISPF: Die ISP-Organisation (Interoperable System Project) wurde 1992 von Unternehmen wie Siemens, Foxboro, Rosemount, Fisher, Yokogawa und ABB gegründet. Es handelt sich um einen auf Profibus basierenden Feldbus. Die ISPF (ISP Foundation) wurde 1993 gegründet. 2.4.5 World FIP (Factory Instrumentation Protocol): Das 1993 von Unternehmen wie Honeywell und Bailey gegründete FIP (Factory Instrumentation Protocol) hat 120 Mitgliedsunternehmen und basiert auf den französischen Normen 46-602/603/604/606. Dieser Standard wurde zusammen mit dem deutschen Profibus in Europa als europäischer Standard pr EN50170 gewählt und verabschiedet und ist somit eine der drei Komponenten. In der Branche ist er als „französische Fraktion“ bekannt. 2.4.6 FF (Fieldbus Foundation) Die FF wurde im Juni 1994 durch eine Vereinbarung zwischen ISPF und World FIP gegründet und hat ihren Hauptsitz in Austin, Texas, USA. Sie zählt 120 Mitglieder. Die FF ist eine nichtkommerzielle, unabhängige internationale Standardisierungsorganisation und -vereinigung ohne Patentlizenzbestimmungen und steht allen zur freien Nutzung offen (der europäische Teil von World FIP trat im März 1995 bei). Der Low-Speed-Bus H1 befindet sich bereits in der praktischen Anwendungsphase. Das Haupthindernis für die Entwicklung der FF stellen die kommerziellen Interessen von Profibus dar. 2.5 Einige einflussreiche Feldbusse 2.5.1 CAN wurde von Robert Basch (Deutschland) und mehreren Herstellern integrierter Schaltungen entwickelt. Ursprünglich speziell für die Automobilindustrie konzipiert, wurde CAN später auf verschiedene Anwendungsbereiche ausgeweitet. Es wurde vom ISO/TC22-Komitee als ISO 11898 (Kommunikationsrate unter 1 Mbit/s) und ISO 11519 (Kommunikationsrate ≤ 125 kbit/s) anerkannt. CAN ist der einzige Feldbus mit internationaler Standardisierung. Einige Mikroprozessorhersteller integrieren mittlerweile CAN-Schnittstellen in ihre Mikroprozessoren, was sich zu einem Trend entwickelt hat. Andere Feldbusprotokoll-Chips werden in der Regel als dedizierte Chips angeboten, was CAN einen deutlichen Kostenvorteil verschafft. Darüber hinaus zeichnet sich die CAN-Technologie durch ihre hohe Störfestigkeit aus. 2.5.2 LON (Local Operation Network) wurde im März 1991 von Echelon in den USA eingeführt und ist ein intelligentes Netzwerk. Seine Kerntechnologie basiert auf Knoten, die aus Neuron-Chips (mit jeweils drei CPUs) bestehen und ein siebenschichtiges OSI-Netzwerkmodell verwenden. Es bietet ein breites Anwendungsspektrum, die Entwicklungskosten liegen jedoch bei ca. 100.000–300.000 RMB, was es relativ teuer macht. Statistiken zeigen, dass 40 % der Produkte in der industriellen Steuerung und 30 % in der Gebäudeautomation eingesetzt werden. 2.5.3 HART und HCF: Das 1986 von Rosemount vorgeschlagene HART-Kommunikationsprotokoll (Highway Addressable Remote Transducer) überlagert FSK-Digitalsignale (Frequency Shift Keying) mit 4–20 mA Gleichstromsignalen. Es handelt sich um ein Übergangsprotokoll für Feldbusse, das die Entwicklung von Feldbussen maßgeblich beeinflusst hat. Eine breite Anwendung in der Elektroindustrie ist jedoch unwahrscheinlich. 2.5.4 Einige Feldbusse niedrigerer Ebene mit potenzieller Relevanz für die Elektroindustrie: z. B. Bitbus, Interbus, AS-Interface, DEVICE Net, VXL usw. 3. Multi-Feldbus-Technologie: In einigen Projekten ist es derzeit üblich, Schnittstellenprodukte zu entwickeln, die auf einem bestimmten Feldbus basieren und Verbindungen zu Feldbussen anderer Hersteller ermöglichen. Da internationale Feldbusstandards noch nicht etabliert sind, existieren unzählige Feldbustypen, was die Entwicklung einer Vielzahl von Schnittstellenprodukten erfordert, um den Anforderungen unterschiedlicher Projekte gerecht zu werden. Allein die fünf bekannten Feldbusse – FF, CAN, LONWORKS, PROFIBUS-DP und MODBUS – verdeutlichen dies: Um zwei dieser unterschiedlichen Feldbusse in einem intelligenten Energieverteilungssystem zu integrieren, wären bis zu zwanzig verschiedene Schnittstellenprodukte, wie beispielsweise Protokollkonverter, notwendig. Bei Systemen mit drei oder mehr verschiedenen Feldbusprodukten wird das Problem noch komplexer. Viele Unternehmen, darunter auch große internationale Konzerne, haben enorme Anstrengungen und Ressourcen in die Lösung der Kompatibilitätsprobleme von Produkten verschiedener Hersteller investiert – bisher jedoch mit geringem Erfolg. Mit der Weiterentwicklung von Automatisierungs- und Kommunikationstechnologien steigt auch der Einsatz von Produkten mit Kommunikationsschnittstellen. Da Anwender zudem höhere Zuverlässigkeit und Flexibilität von intelligenten Steuerungssystemen fordern und die Eigenschaften verschiedener Feldbusse sowie die große Vielfalt an zugehörigen Produkten berücksichtigt werden müssen, genügt die Verwendung nur eines Feldbusses für intelligente Produkte im Design intelligenter Energieverteilungssysteme oft nicht den umfassenden Anwendungsanforderungen. Die Koexistenz mehrerer Feldbusprodukte in einem intelligenten Steuerungssystem stellt ein echtes Problem dar. Da verschiedene Produkttypen in einem Multi-Feldbussystem dedizierte Kommunikationsprotokolle verwenden und manche Hersteller sogar eigene Kommunikationskarten und Controller für ihre Produkte entwickeln, können die Produkte aufgrund der unterschiedlichen Protokolle nicht direkt mit der Hauptsteuereinheit kommunizieren. Dies erschwert die Auswahl intelligenter Geräte bei der Entwicklung intelligenter Automatisierungssteuerungssysteme erheblich. Benötigt jedes intelligente Produkt in einem intelligenten Steuerungssystem eine eigene Kommunikationskarte oder einen eigenen Controller, fragmentiert sich das System, was zu geringer Konfigurierbarkeit und Flexibilität sowie einem schlechten Preis-Leistungs-Verhältnis führt. Zudem erfordern Systemänderungen oder -erweiterungen mehr Zeit und Geld von den Anwendern. Daher ist die Anwendung der Multi-Feldbustechnologie in intelligenten Steuerungssystemen zu einem wichtigen Forschungsthema geworden. Der Feldbus im Bereich der intelligenten Automatisierungssteuerung weist bestimmte Besonderheiten auf. Gleichzeitig kann er sich nicht vollständig vom übergeordneten Feldbus lösen. Für Feldbusnetzwerke in intelligenten Steuerungssystemen, insbesondere in der Prozessautomatisierung, müssen aus folgenden Gründen verschiedene Feldbusse berücksichtigt werden: 3.1 In der Praxis existieren in der Prozessautomatisierung sowie in Hoch- und Mittelspannungsnetzen unterschiedliche Feldbusse. 3.2 Gebäudeautomationssysteme fördern den Lonworks-Feldbus für intelligente Gebäude. 3.3 FF genießt starke nationale Unterstützung und stellt möglicherweise eine wichtige Entwicklungsrichtung dar. 3.4 Der Preisvorteil von CAN ist für Niederspannungsgeräte sehr attraktiv. 3.5 Profibus findet bereits breite Anwendung. Dies muss unbedingt berücksichtigt werden. Das Feldbusnetzwerk eines intelligenten Steuerungssystems ist ein mehrschichtiges Netzwerk; die IEC 62026 selbst umfasst verschiedene Feldbusse. Die IEC 62026 legt explizit fest, dass industrielle Kommunikationsnetzwerke höherer Ebene durch IEC/SC65C berücksichtigt werden. FCS, eine wichtige Entwicklungsrichtung für Feldbus-Steuerungssysteme, ist eine mehrschichtige Netzwerkstruktur; durch die Anbindung an Feldbusse niedrigerer Ebenen benötigen Feldbusnetzwerke intelligenter Steuerungssysteme mehrschichtige Netzwerke. Intelligente Geräte müssen flexibel mit verschiedenen Bussen, gesteuerten Objekten usw. zusammenarbeiten, um Steuerung und Informationsaustausch zu ermöglichen. Die gegenseitige Konvertierung zwischen verschiedenen Bussen ist ein Lösungsansatz für die Feldbus-Kontroverse. Derzeit ist es in einigen Konstruktionsprojekten üblich, Schnittstellenprodukte zu entwickeln, die auf einem bestimmten Feldbus basieren und die Anbindung an Feldbusse anderer Hersteller ermöglichen. Da es noch keine internationalen Feldbusstandards gibt, existieren unzählige Feldbustypen, was die Entwicklung zahlreicher Schnittstellenprodukte erfordert, um den vielfältigen technischen Anforderungen gerecht zu werden. Allein die Integration von zwei dieser Feldbusse in ein intelligentes Energieverteilungssystem – FF, CAN, LONWORKS, PROFIBUS-DP und MODBUS – erfordert bis zu zwanzig verschiedene Protokollkonverter-Schnittstellenprodukte. Werden drei oder mehr verschiedene Feldbusprodukte verwendet, behindern die technische Komplexität sowie die Anforderungen an Management, Wartung und Erweiterung die breite Anwendung von Feldbussen in intelligenten Steuerungssystemen. Große internationale Unternehmen haben erhebliche Anstrengungen und Ressourcen in die Lösung von Kompatibilitätsproblemen zwischen Produkten verschiedener Hersteller investiert – bisher mit begrenztem Erfolg. Um die bei der Entwicklung intelligenter Steuerungssysteme auftretenden praktischen Probleme zu lösen, bietet sich die Schaffung eines einheitlichen und einfachen Subnetzes an: Ein solches Subnetz kann potenziell die meisten Steuerungsprobleme in einem automatisierten Steuerungssystem beheben. Die Koordination verschiedener Feldbusschnittstellen unterschiedlicher intelligenter Geräte lässt sich durch entsprechende Protokollchips realisieren. Ein einheitliches Subnetz kann die Entwicklungskosten minimieren und die Entwicklungsgeschwindigkeit branchenweit beschleunigen. Hierfür wird eine umfassende Lösung vorgeschlagen: ein universeller Feldbusprotokoll-Controller. Dieser Controller nutzt sowohl Hardware als auch Software zur Verarbeitung von Feldbusprotokollen und löst so Kompatibilitätsprobleme zwischen verschiedenen Feldbussen in intelligenten Steuerungssystemen. Ziel ist die harmonische Integration von Produkten unterschiedlicher Feldbusse in ein einziges System, wodurch die Stärken jedes Produkts optimal genutzt und Anwendern, die hochwertige Produkte verschiedener Hersteller einsetzen möchten, mehr Flexibilität geboten wird. Der universelle Feldbusprotokoll-Controller ist ein universelles Kommunikationsmanagementgerät auf Feldebene, das verschiedene Feldgeräte zu einem Netzwerk verbindet und für die Datenübertragung zwischen Feldgeräten und Host-Computer verantwortlich ist. Dank seiner Universalität kann es mit nur der passenden CPU, Schnittstellenschaltung und Software zwischen verschiedenen Feldbusprotokollen konvertieren und so die Kommunikation mit Feldgeräten unterschiedlicher Hersteller ermöglichen. 4. Feldbusprotokoll-Controller: Der universelle Feldbusprotokoll-Controller ist modular aufgebaut und für den Betrieb mit mehreren CPUs ausgelegt. Die modulare Struktur ermöglicht eine hohe Skalierbarkeit des Systems und erleichtert zukünftige Systemerweiterungen. Der universelle Feldbusprotokoll-Controller besteht im Wesentlichen aus einer Basisplatine und Erweiterungskarten. Die Basisplatine umfasst ein Netzteil, Erweiterungssteckplätze, Montagehalterungen, den Systembus und Signalleitungen. Es gibt drei Arten von Steckkarten: Hauptsteuerplatine, Protokollplatine und Schnittstellenplatine. Die Hauptsteuerplatine und die Protokollplatine enthalten jeweils eine CPU. Die Hauptsteuerplatine verwaltet das gesamte System und kommuniziert mit dem Host-Computer. Der universelle Feldbusprotokoll-Controller wird über eine RS232-Schnittstelle mit dem Host-Computer verbunden. Die Hauptsteuerplatine tauscht über diese Schnittstelle Informationen mit dem Host-Computer aus. Zu ihren Hauptaufgaben gehören die Verwaltung des Systembusses, die Zuweisung von Systemressourcen an die Protokoll- und Schnittstellenplatine, der Informationsaustausch mit der Protokollplatine, die Verarbeitung von Daten der Protokollplatine und das Warten auf deren Abruf durch den Host-Computer. Die Protokollplatine ist die Schlüsselkomponente des universellen Feldbus-Protokollcontrollers; die gesamte Kommunikation mit den Feldgeräten wird von ihr abgewickelt. Die Protokollplatine kann mehrere Feldbusprotokolle unterstützen, jedoch kommuniziert in der Regel jede Protokollplatine nur mit einem einzigen Feldbusprotokoll. Die Schnittstellenplatine ist einer bestimmten Protokollplatine untergeordnet und stellt deren Kommunikationsschnittstelle bereit. Benutzer können den passenden Schnittstellentyp je nach Bedarf auswählen; zu den Schnittstellentypen gehören RS232, RS422 und RS485. Die Kommunikation zwischen dem universellen Feldbus-Protokollcontroller und dem Host-Computer sowie mit den Feldgeräten erfolgt seriell. Die Kommunikation zwischen den Steckkarten innerhalb des Controllers erfolgt über den Systembus. Die Kommunikation zwischen der Hauptsteuerplatine und jeder Protokollplatine erfolgt in einer Master-Slave-Konfiguration. Die Hauptsteuerplatine kommuniziert mit den einzelnen Protokollplatinen über den Systembus. Die Protokollkarten können jedoch nicht direkt miteinander kommunizieren. Der Kommunikationsprozess verläuft wie folgt: Die Hauptsteuerplatine sendet die Protokollkartennummer über den Systembus, um die zu kontaktierenden Protokollkarten aufzurufen. Jede Protokollkarte verfügt über eine Identifikationsschaltung für die Protokollkartennummer. Nur die Protokollkarte, deren Nummer mit der gesendeten Nummer übereinstimmt, antwortet der Hauptsteuerplatine und ermöglicht so die Kommunikation zwischen Hauptsteuerplatine und Protokollkarten. Beim Hinzufügen neuer Protokollgeräte sind keine Hardwareänderungen erforderlich. Es genügt, die Protokollkartennummer auf der neuen Protokollkarte festzulegen und die entsprechenden Systeminformationen in der Host-Computerkonfiguration hinzuzufügen. Der Informationsaustausch zwischen den Protokollkarten und Schnittstellen erfolgt über den lokalen Bus im System. 5. Intelligentes Stromverteilungssystem Das intelligente Stromverteilungssystem besteht aus zwei Teilen: einem Hardwaresystem zur Verteilung verschiedener intelligenter Schaltanlagen und einem Softwaresystem. Die Hardware umfasst verschiedene intelligente Schaltanlagen, einen universellen Feldbus-Protokollcontroller und einen Host-Steuerrechner. Die Software besteht aus einem Hauptsteuerungsprogramm, einer Kommunikationsschnittstelle und einer Mensch-Maschine-Schnittstelle. Basierend auf der Konfiguration der oben genannten Hardwaregeräte werden Systemkonfigurationsinformationen in den Host-Computer eingegeben und über die serielle Schnittstelle an das Controller-Motherboard übertragen. Die Hauptsteuerplatine kategorisiert und übermittelt die Systemkonfigurationsinformationen an die einzelnen Protokollkarten. Nach Empfang der Systeminformationen kommuniziert jede Protokollkarte mit ihrem zugehörigen Hardwaregerät, überträgt die erfassten Daten über die Hauptsteuerplatine an den Host-Computer und empfängt Befehle vom Host-Computer über die Hauptsteuerplatine. 5.1 Kommunikationsfunktionen 5.1.1 Fernkommunikationsfunktion: Der Feldbus-Protokollcontroller meldet die aktuellen Schutzparameter des Leistungsschalters an den Host-Computer. 5.1.2 Telemetrie: Der Feldbus-Protokollcontroller meldet Betriebs- und Fehlerparameter an den Host-Computer und ermöglicht diesem so die Telemetrie des Stromnetzes. 5.1.3 Ferneinstellung: Der Feldbuscontroller empfängt Ferneinstellungsparameter vom Host-Computer, um die Schutzkennlinienparameter der intelligenten Auslöseeinheit im Leistungsschalter zu ändern und dadurch die Sollwerte der Hauptstromkreisparameter des Stromnetzes anzupassen. 5.1.4 Fernsteuerung: Der Feldbus-Controller empfängt Steuersignale vom Host-Rechner, um die Fernsteuerungsfunktion des Stromnetz-Steuerungssystems zu realisieren. 5.2 Netzwerkstruktur: 5.2.1 Die Datenkommunikationsnetzwerkstruktur ist eine Master-Slave-Netzwerkstruktur (Feldbustyp), bei der der Host-Rechner den Master anruft. 5.2.2 Kommunikationsmethode: Broadcast-Antwortmodus, Halbduplex. 4.2.3 Hardware-Schnittstellen: RS-485-, RS-232- oder RS-422-Schnittstellengeräte (mit Überspannungsschutz oder Isolation). 5.2.4 Kommunikationsleitung: UTP-Twisted-Pair-Kabel, 8-adrig (4 Paare), Kategorie-5-Kommunikationskabel (in industriellen Umgebungen mit starken Störungen oder bei Verlegung zusammen mit Stromleitungen kann ein geschirmtes TTP-Kabel verwendet werden). 5.2.5 Host-Rechner: Die CPU sollte mindestens ein 586er sein. Befindet sich der Host-Computer in einer industriellen Umgebung mit starken Störungen, sollte ein industrielles Steuerungssystem gewählt werden. 6. Fazit: Feldbusse revolutionieren die Automatisierung und bieten enorme Vorteile. Die aktive Entwicklung und Anwendung verschiedener Feldbustechnologien, insbesondere die Stärkung der Entwicklung und Anwendung bewährter Feldbustechnologien in intelligenten Steuerungssystemen, hilft Herstellern elektrischer Anlagen, Umwege und Ressourcenverschwendung zu vermeiden und stellt einen praktikablen Entwicklungsweg dar, der den nationalen Gegebenheiten Chinas entspricht. Das intelligente Steuerungssystem nutzt Multi-Feldbus-Technologie und eine vollständig chinesische Bedienoberfläche. Es zeichnet sich durch hohe Vielseitigkeit, Flexibilität und niedrige Kosten aus und bietet somit ein sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis. Anwender können einfach und flexibel ein praktisches und zuverlässiges intelligentes Steuerungssystem aufbauen. Dank seiner hervorragenden Skalierbarkeit passt es sich den Entwicklungen in der Kommunikationstechnologie an und erfüllt die Bedürfnisse verschiedener Anwender.