Die digitale Kommunikation zwischen Feldgeräten und Leitstandgeräten wird zusammenfassend als Feldbus bezeichnet. Aufgrund der Unterschiede zwischen den Feldgeräten und der variierenden Bandbreiten für die digitale Signalübertragung wird sie in der Praxis in verschiedene Typen unterteilt: Sensorbus, Gerätebus und Feldbus (zusammenfassend als Feldbus bezeichnet). In der Übergangsphase existierte auch eine quasi-digitale Kommunikation mittels des HART-Protokolls. Die Komplexität internationaler und branchenspezifischer Standards sowie die rasante Entwicklung digitaler Kommunikationstechnologien, die zu flacheren Systemarchitekturen geführt hat, haben dazu beigetragen, dass sich die Feldbustechnologie aktuell in einem dynamischen Zustand befindet. Daher ist es für Entscheidungsträger in der Prozess- und Fertigungsindustrie notwendig, diese Thematik zu klären und die breite Einführung der Feldbustechnologie zu fördern. Um 1970, während der Entwicklung elektrischer Kompaktgeräte, entstand ein international einheitliches Signal von 4–20 mV DC (entsprechend einem Spannungssignal von 1–5 V DC), und die entsprechende Zweidrahttechnik setzte sich durch. Die Zweidrahttechnik bezeichnet die Verbindung eines Feldtransmitters mit dem entsprechenden Anschluss im Kontrollraum über zwei Drähte, wodurch die Stromversorgung (24 V DC) und die Stromsignalübertragung sichergestellt werden. Alternativ kann auch die Vierdrahttechnik eingesetzt werden (bei der der Feldtransmitter an zwei Strom- und zwei Signalleitungen angeschlossen ist). 1986 führte die Rosemount Corporation in den USA das HART-Kommunikationsprotokoll (Highway Addressable Remote Transducer) ein, das die ursprüngliche Zweidrahttechnik um digitale Signalübertragung erweiterte. Dabei wird ein digitales Kommunikationssignal mit einer FSK-Wellenform (Frequency Shifting Keying) nach Bell202 einem analogen 4-20-mA-DC-Signal überlagert. In der Folge entwickelten zahlreiche Gerätehersteller Produkte auf Basis dieses Protokolls. Streng genommen handelt es sich nicht um einen Feldbus, aber da es mit analogen Signalen kompatibel ist und die Nachrüstung älterer Produkte ermöglicht, hat es sich über ein Jahrzehnt bewährt und weiterentwickelt. So definiert es beispielsweise eine Gerätebeschreibungssprache, an die verschiedene Prozessleitsysteme (DCS) und speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) angeschlossen werden können. Neben dem passenden HART-Multi-Hiplexer-Multiplexer existiert auch HARTI/O, das die Nutzung bestehender Verkabelungssysteme bei der Nachrüstung älterer Anlagen ermöglicht und Funktionen wie Anlagen- und Gerätemanagement sowie eine Steigerung der Produktionseffizienz unterstützt. Internationale und branchenspezifische Standards gehen auf die 1980er-Jahre zurück, als die IFC gegründet wurde, und auf die frühen 1990er-Jahre, als ISP und ISPF bereits eine Vorallianz eingegangen waren. 1994 trat Frankreich bei und gründete die Fieldbus Foundation (FF). Kurz nach der Veröffentlichung des HART-Kommunikationsprotokolls begann die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) 1988 offiziell mit der Normungsarbeit für Feldbusse, initiiert von der Arbeitsgruppe IEC/TC65/SC65C/WG6. Im Januar 2000 wurde die Norm IEC 61158 für Feldbusse in industriellen Steuerungssystemen zur digitalen Datenkommunikation in Mess- und Steuerungstechnik offiziell verabschiedet. Sie umfasst zehn Typen. Zur Vereinfachung der Anwendung der Norm wurde die IEC 61784 als Erläuterung und Ergänzung entwickelt. IEC 61784 legt den Industriestandard für Feldbusse fest, die in der kontinuierlichen und intermittierenden Fertigung von industriellen Steuerungssystemen eingesetzt werden. Er umfasst sieben Protokollfamilien: FF, ControlNet, Profibus, P-Net, SwiftNet, WorldFIP und Interbus. Darüber hinaus entwickelte der IEC/TC17/SC17B-Unterausschuss für Niederspannungs-Elektrogeräte vier Feldbusstandards in Anlehnung an IEC 62026: AS-I, DeviceNet, SDS und Seriplex. Der IEC/TC22-Unterausschuss für Leistungselektronik führte den CAN-Bus als internationalen Standard auf, der von der ISO (Internationale Organisation für Normung) übernommen wurde: CAN ISO 11898 (1 Mbit/s) und CAN ISO 11519 (125 kbit/s). Diese werden im Allgemeinen als 7+4+1=12 internationale Feldbusstandards bezeichnet. Häufig werden jedoch weniger gebräuchliche Busse oder solche mit ähnlichen Prinzipien nicht berücksichtigt, sodass fälschlicherweise von nur acht Feldbusstandards ausgegangen wird. Unter den Feldbussystemen, die sich nicht als internationale Standards etabliert haben, zählen Lonworks (ein ANSI-Standard, der in fünf Branchen, darunter auch in intelligenten Gebäuden, Anwendung finden), Modbus (mit langer Anwendungsgeschichte und aktueller Weiterentwicklung von Technologien wie der Ethernet-Integration) und CC-Link (von der japanischen Mitsubishi Corporation) mit ebenfalls breitem Anwendungsspektrum zu den Systemen mit exzellenter Leistung. Parallel zur Entwicklung von Feldbusstandards durch die IEC arbeiteten auch verschiedene Länder und multinationale Konzerne aktiv an der Entwicklung eigener Feldbussysteme. Aufgrund der spezifischen Gegebenheiten einzelner Länder und Branchen konnte die ursprünglich von der IEC konzipierte Feldbusgrundlage, obwohl sie über 100 Länder repräsentierte, nicht alle Anforderungen erfüllen. Insbesondere die Anforderungen der Prozessindustrie erforderten einen umfassenderen Ansatz. Daher wurde der H1-Teil des Low-Speed-Standards FF zusammen mit ähnlichen Standards wie Profibus-PA und Profibus-DP als Standard aufgenommen. Ein weiterer Grund ist die rasante Entwicklung der digitalen Kommunikationstechnologie. Obwohl das FCS-Konzept bereits etabliert war, musste es über einen längeren Zeitraum hinweg problemlos mit DCS, SPS und anderen Systemen koexistieren. Im Vergleich zu den Anfängen der Standardisierung in den 1980er Jahren war die Kompatibilität zwischen dem Hochgeschwindigkeits-FF-Standard und der Ethernet-Technologie (Internet) ein zunehmender Trend. Daher entstanden Standards wie FF HSE und Profinet, die diesen Trend widerspiegeln. Die Vielzahl an Standards spiegelt die Realität der digitalen Kommunikationstechnologie wider und ist nicht vom menschlichen Willen bestimmt. Da es bereits mehrere Standards gibt, werden in Zukunft wahrscheinlich weitere hinzukommen. Wenn in meinem Land ein neuer Feldbus eingeführt wird, kann dieser sich um die Etablierung eines internationalen Standards bemühen. Idealerweise sollte im Vorfeld ein einheitlicher, offener und interoperabler Feldbusstandard etabliert werden. Nach dessen Etablierung würden die meisten Hersteller ihre bestehenden Feldbusse aufgeben, was optimal wäre und den Endnutzern am meisten zugutekäme. Wir müssen jedoch der Realität ins Auge sehen. Während wir die aktuelle Situation anerkennen und bestehende Standards aktiv anwenden, müssen sowohl Anwender als auch Hersteller weiterhin die Ideale von Offenheit und Interoperabilität verfolgen. Ich bin überzeugt, dass dieser Tag kommen wird. Der Vergleich von Feldbussen stellt Hersteller, Systemintegratoren und Endnutzer vor die Herausforderung, den richtigen auszuwählen. Durch den Vergleich und die Berücksichtigung individueller Merkmale lassen sich ein oder zwei Feldbusse auswählen, deren Vorteile für wirtschaftliche Zwecke genutzt und Informationssilos von Grund auf vermieden werden. Tabelle 1 vergleicht die wichtigsten Feldbusse. Neben zentralen Leistungsmerkmalen enthält die Tabelle auch auswahlrelevante Faktoren wie Master-Slave-, Masterless- oder Punkt-zu-Punkt-Betrieb, Nachrichtenlänge für die Übertragung von Prozessdaten und Systemkonfiguration/Betriebsstatus, Echtzeitkommunikation, Kommunikationsgenauigkeit und Kommunikationssicherheit. Die in der Tabelle aufgeführten Hochgeschwindigkeits- oder High-Level-Feldbusse, wie FFHSE, Profinet und ControlNet (Ethernet/IP), nutzen alle Industrial Ethernet. Auch andere Feldbusse streben Ethernet-Konnektivität (Internet) an. Industrial Ethernet entwickelt zudem I/O-Module, die direkt mit Ethernet verbunden werden, und verfolgt das Ziel der durchgängigen Netzwerktechnik („e-networking to the end“). Darüber hinaus erarbeiten IEC und IAONA (Industrial Automation Open Networking Consortium) Richtlinien für die Installation von industriellen vernetzten Systemen, die Industriestandards für Industrial Ethernet beinhalten. Daher müssen wir der Entwicklung von Industrial Ethernet Priorität einräumen. Abschließend lässt sich sagen, dass mein Land erheblich in die Forschung und Entwicklung von HART, FFH1 und Profibus investiert hat, was zu einigen Produkten geführt hat. Die Marketingbemühungen werden intensiviert. Im Bereich der Prozesssteuerung sollten diese Technologien im globalisierten Kontext so schnell wie möglich in der Praxis angewendet werden, um wirtschaftliche Vorteile zu generieren. Mein Land ist besonders aktiv in der Entwicklung, Forschung und Anwendung von CAN und LonWorks und erzielt in vielen Branchen bedeutende Ergebnisse; daher sind weitere Anstrengungen gerechtfertigt. ▲Der Sensormarkt entwickelt sich rasant. In den USA gibt es etwa 17.000 Sensortypen, in meinem Land über 6.000. Der globale Markt für zivile Sensoren hatte 1998 ein Volumen von 32,5 Milliarden US-Dollar mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 9 % und sollte bis 2008 voraussichtlich 50,6 Milliarden US-Dollar erreichen. Der Umsatz des Sensormarktes in meinem Land erreichte 2003 18,6 Milliarden Yuan, ein Anstieg von 32,9 % gegenüber dem Vorjahr. Für die Prozessindustrie haben sich Differenzdruckmessumformer wie der Typ EJX mit FF-Feldbustechnologie etabliert. Diese Messumformer übertragen diverse Signale und Informationen, darunter Massenstrom, Mediumdruck, Leitungsverstopfungsdiagnose, Dampfthermodiagnose und Blendenverschleiß, über ein einziges verdrilltes Adernpaar an die zentrale Leitwarte. Dies trägt wesentlich zur Anlagenwartung, zum reibungslosen Produktionsablauf und zur Anlagensicherheit bei und fördert somit die Integration in die Automatisierungstechnik. Konkrete Beispiele aus der Praxis sind das CNOOC-Shell-Projekt im Südchinesischen Meer in Huizhou, Guangdong, und das Ethylenprojekt von Shanghai SECCO. Beide Projekte nutzen die FF-Feldbustechnologie vollständig und wurden von Yokogawa bzw. Emerson-Rosemount realisiert. Das von Yokogawa in Guangdong realisierte Projekt umfasst eine Ethylenanlage mit einer Kapazität von 800.000 Tonnen pro Jahr, eine Ethylenglykolanlage mit 240.000 Tonnen pro Jahr, eine Monomer-Styrol-Anlage mit 560.000 Tonnen pro Jahr sowie eine Propylenoxid-Anlage (SMPO). Die offizielle Inbetriebnahme ist für Dezember 2005 geplant. Es handelt sich um eines der größten und technologisch fortschrittlichsten Projekte weltweit, das als Demonstrationsprojekt für die Anwendung der Feldbustechnologie in der Prozessindustrie dienen wird.