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Einführung in die Grundlagen von Feldbussystemen

2026-02-21 12:42:52 · · #1
Feldbus ist ein vollständig verteiltes, volldigitales, intelligentes, bidirektionales, vernetztes Kommunikationssystem für mehrere Variablen, Punkte und Stationen, das zwischen Feldgeräten, Steuerungssystemen und Leitwarten eingesetzt wird. Es handelt sich um ein Steuerungsnetzwerk auf niedriger Ebene. Die Feldbustechnologie integriert dedizierte Mikroprozessoren in herkömmliche Mess- und Steuergeräte und stattet diese so mit digitalen Rechen- und Kommunikationsfähigkeiten aus. Mithilfe offener und standardisierter Kommunikationsprotokolle und einfach zu verbindender Twisted-Pair-Kabel als Busse verbindet sie mehrere Mess- und Steuergeräte zu einem Netzwerk. Dies ermöglicht die Datenübertragung und den Informationsaustausch zwischen verschiedenen mikrocomputerbasierten Mess- und Steuergeräten im Feld, wie z. B. Messumformern, Sensoren, intelligenten Instrumenten, Regelventilen, Basissteuerungen, Schreibern, Displays, SPSen und Fernüberwachungsrechnern. So entstehen verschiedene, an die praktischen Anforderungen angepasste automatische Steuerungssysteme. Kurz gesagt: Feldbus verwandelt verschiedene verteilte Mess- und Steuergeräte in Netzwerkknoten und verbindet diese über den Feldbus zu einem Netzwerk- und Steuerungssystem, das Informationen austauschen und gemeinsam automatische Steuerungsaufgaben ausführen kann. Die Veränderungen, die die Feldbustechnologie im Bereich der Automatisierung mit sich bringt, ähneln der Vernetzung zahlreicher verteilter Computer, wodurch sich Funktion und Rolle von Computern grundlegend verändern. Die Feldbustechnologie wurde Mitte der 1980er-Jahre international entwickelt. Dank der kontinuierlichen Verbesserung der Mikroprozessor- und Computerfunktionen und der drastischen Preissenkung haben sich Computer- und Computernetzwerksysteme rasant weiterentwickelt. Allerdings stoßen niedrigstufige Mess- und Steuerungssysteme im Produktionsprozess, die Eins-zu-Eins-Verbindungen und analoge Spannungs- und Stromsignale für Messung und Steuerung nutzen, oder in sich geschlossene verteilte Systeme auf Schwierigkeiten beim Informationsaustausch zwischen den Geräten und zwischen dem System und der Außenwelt. Dadurch werden Automatisierungssysteme zu „Informationsinseln“. Um eine unternehmensweite Informationsintegration und eine umfassende Automatisierung zu erreichen, ist ein zuverlässiges und kosteneffizientes Kommunikationssystem erforderlich, das in industriellen Umgebungen funktioniert. Dieses System bildet ein industrielles Netzwerk niedriger Ebene, das die digitale Mehrpunktkommunikation zwischen den Feldautomatisierungsgeräten ermöglicht und den Informationsaustausch zwischen diesen Geräten sowie zwischen dem Produktionsstandort und der Außenwelt realisiert. Aus diesem Bedarf heraus entstand die Feldbustechnologie. Als Kommunikationsnetzwerk zwischen Feldgeräten in der Prozess-, Fertigungs-, Gebäude- und Transportautomatisierung sowie anderen Bereichen verbindet es die Feldsteuergeräte im Produktionsprozess mit übergeordneten Steuerungsebenen und schafft so die Voraussetzungen für den vollständigen Abbau von Informationssilos in Automatisierungssystemen. Die Einführung von Feldbussen hat zu signifikanten Veränderungen in Architektur und Funktionalität aktuell hergestellter Automatisierungsinstrumente, verteilter Steuerungssysteme (DCS) und speicherprogrammierbarer Steuerungen (SPS) geführt. Hersteller von Automatisierungsanlagen stehen bei Produkt-Upgrades vor einer neuen Herausforderung. Traditionelle analoge Instrumente werden zunehmend durch intelligente digitale Instrumente mit digitalen Kommunikationsfähigkeiten ersetzt. Zahlreiche Transmitter-Controller mit integrierten Erfassungs-, Berechnungs- und Steuerungsfunktionen sind entstanden; Aktoren mit Steuermodulen und spezifischen Fehlerinformationen sind auf den Markt gekommen und haben die bestehenden Methoden der Anlagenwartung und -verwaltung grundlegend verändert. Feldbusse haben zu einer Transformation traditioneller Steuerungssystemstrukturen geführt und einen neuen Typ netzwerkintegrierter, vollständig verteilter Steuerungssysteme hervorgebracht – das Feldbus-Steuerungssystem (FCS). Dies ist eine neue Generation von Steuerungssystemen, die auf pneumatische Steuerungssysteme, elektrisch-analoge Steuerungssysteme, zentralisierte digitale Steuerungssysteme und verteilte digitale Steuerungssysteme (DCS) folgt.
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