{"id":52162,"date":"2019-11-02T00:00:00","date_gmt":"2019-11-01T21:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/blog_prohoster\/obzor-sovremennyh-protokolov-v-sistemah-promavtomatiki"},"modified":"2020-02-18T13:59:50","modified_gmt":"2020-02-18T10:59:50","slug":"obzor-sovremennyh-protokolov-v-sistemah-promavtomatiki","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/de\/blog\/novosti-interneta\/obzor-sovremennyh-protokolov-v-sistemah-promavtomatiki","title":{"rendered":"\u00dcberblick \u00fcber moderne Protokolle in der Prozessautomatisierung","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"\u00dcberblick
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In der vorherigen Ver\u00f6ffentlichung<\/a><\/noindex> haben wir erkl\u00e4rt, wie Busse und Protokolle in der Industrieautomatisierung funktionieren. Dieses Mal konzentrieren wir uns auf moderne Arbeitsl\u00f6sungen: Wir schauen uns an, welche Protokolle weltweit in Systemen verwendet werden. Dabei betrachten wir die Technologien der deutschen Unternehmen Beckhoff und Siemens, der \u00f6sterreichischen B&R, der amerikanischen Rockwell Automation und der russischen Fastwel. Au\u00dferdem untersuchen wir universelle L\u00f6sungen, die nicht an einen bestimmten Hersteller gebunden sind, wie EtherCAT und CAN.\u00a0<\/p>\n

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Am Ende des Artikels finden Sie eine Vergleichstabelle mit den Eigenschaften der Protokolle EtherCAT, POWERLINK, PROFINET, EtherNet\/IP und ModbusTCP.<\/p>\n

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Wir haben die Protokolle PRP, HSR, OPC UA und andere nicht in die \u00dcbersicht aufgenommen, da es bereits ausgezeichnete Artikel unserer Ingenieurskollegen auf Habr gibt, die Systeme der Industrieautomation entwickeln. Zum Beispiel, \u201eProtokolle f\u00fcr \u201enahtlose\u201c Redundanz PRP und HSR\u201c<\/a><\/noindex> und \u201eGateways f\u00fcr industrielle Austauschprotokolle auf Linux. Baue selbst\u201c<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

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Lassen Sie uns zun\u00e4chst die Terminologie festlegen: Industrial Ethernet = industrielle Netzwerk, Fieldbus = Feldbus. In der russischen industriellen Automatisierung kommt es oft zu Verwirrungen bez\u00fcglich der Begriffe, die sich auf Feldbus und industrielle Niedrignetzwerke beziehen. H\u00e4ufig werden diese Begriffe zu einem unscharfen Konzept \"Niedriglevel\" zusammengefasst, das sowohl als Feldbus als auch als Niedrigbus bezeichnet wird, obwohl es sich dabei auch um keinen Bus handeln muss. <\/p>\n

Warum ist das so?<\/b>Solche Verwirrungen h\u00e4ngen wahrscheinlich damit zusammen, dass in vielen modernen Controllern die Verbindung von Eingangs- und Ausgangsmodulen h\u00e4ufig \u00fcber einen Backplane oder eine physische Busverbindung realisiert wird. Das hei\u00dft, es werden bestimmte Buskontakte und -stecker verwendet, um mehrere Module zu einem einzigen Knoten zusammenzuf\u00fchren. Diese Knoten k\u00f6nnen jedoch ihrerseits sowohl durch industrielle Netzwerke als auch durch Feldbusse miteinander verbunden werden. In der westlichen Terminologie gibt es eine klare Unterscheidung: ein Netzwerk ist ein Netzwerk, ein Bus ist ein Bus. Der erste wird als Industrial Ethernet bezeichnet, der zweite als Fieldbus. In dem Artikel wird vorgeschlagen, f\u00fcr diese Begriffe die Terminologie \"industrielles Netzwerk\" und \"Feldbus\" entsprechend zu verwenden.<\/p>\n

Der EtherCAT-Standard ist ein Industrie-Netzwerk, das von Beckhoff entwickelt wurde.<\/h2>\n

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EtherCAT ist ein Protokoll und Industrie-Netzwerk, das wahrscheinlich eine der schnellsten Methoden zur Daten\u00fcbertragung in Automatisierungssystemen darstellt. Das EtherCAT-Netzwerk wird erfolgreich in verteilten Automatisierungssystemen eingesetzt, bei denen die interagierenden Knoten \u00fcber gro\u00dfe Entfernungen verteilt sind.<\/p>\n

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Das EtherCAT-Protokoll verwendet Standard-Ethernet-Frames f\u00fcr die \u00dcbertragung seiner Telegramme, wodurch die Kompatibilit\u00e4t mit jedem Standard-Ethernet-Ger\u00e4t erhalten bleibt. Tats\u00e4chlich k\u00f6nnen Empfang und Daten\u00fcbertragung auf jedem Ethernet-Controller organisiert werden, solange die entsprechende Software vorhanden ist.<\/p>\n

\"\u00dcberblick
\nBeckhoff-Controller mit einem Satz von Ein- und Ausgangsmodulen. Quelle: www.beckhoff.de<\/a><\/noindex><\/i><\/p>\n

Die Protokollspezifikation ist offen und verf\u00fcgbar, aber nur im Rahmen der Entwicklungsvereinigung \u2014 EtherCAT Technology Group.<\/p>\n

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So funktioniert EtherCAT (das Spektakel ist ebenso fesselnd wie das Spiel Zuma Inca):<\/p>\n

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\r\n \"Video\r\n
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Die hohe Austauschgeschwindigkeit in diesem Protokoll \u2014 es geht um Mikrosekunden \u2014 wird dadurch erreicht, dass die Entwickler auf den Austausch durch Telegramme verzichteten, die direkt an ein bestimmtes Ger\u00e4t gesendet werden. Stattdessen wird ein einzelnes Telegramm \u00fcber das EtherCAT-Netzwerk an alle Ger\u00e4te gleichzeitig gesendet. Jedes der untergeordneten Informationssammler und -\u00fcbertragungsger\u00e4te (auch oft als UCOM \u2014 Kommunikationsger\u00e4t mit dem Objekt bezeichnet) entnimmt daraus \u201ein Echtzeit\u201c die Daten, die f\u00fcr es bestimmt sind, und f\u00fcgt die Daten, die es f\u00fcr den Austausch bereitstellen kann, in das Telegramm ein. Danach wird das Telegramm an den n\u00e4chsten untergeordneten Knoten gesendet, wo dasselbe Verfahren erneut erfolgt. Nachdem das Telegramm alle UCOM durchlaufen hat, kehrt es zum Hauptcontroller zur\u00fcck, der auf der Grundlage der erhaltenen Daten des untergeordneten Ger\u00e4ts die Steuerlogik realisiert, wiederum \u00fcber Telegramme mit den untergeordneten Knoten interagiert, die das Steuerungssignal an die Ausr\u00fcstung ausgeben.<\/p>\n

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Das EtherCAT-Netzwerk kann jede Topologie haben, aber es wird immer ein Ring sein \u2014 aufgrund des Betriebs im Vollduplexmodus und der Verwendung von zwei Ethernet-Ports. So wird das Telegramm stets sequenziell an jedes Ger\u00e4t auf dem Bus \u00fcbertragen.<\/p>\n

\"\u00dcberblick
\nSchematische Darstellung des EtherCAT-Netzwerks mit mehreren Knoten. Quelle: realpars.com<\/a><\/noindex><\/i><\/p>\n

\u00dcbrigens enth\u00e4lt die EtherCAT-Spezifikation keine Einschr\u00e4nkungen auf physischer Ebene f\u00fcr 100Base-TX, weshalb die Implementierung des Protokolls auch auf Gigabit- und optischen Leitungen m\u00f6glich ist.<\/p>\n

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Offene industrielle Netzwerke und PROFIBUS\/NAT-Standards von Siemens<\/h2>\n

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Der deutsche Konzern Siemens ist seit langem bekannt f\u00fcr seine programmierbaren Logiksteuerungen (PLCs), die weltweit eingesetzt werden.<\/p>\n

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Der Datenaustausch zwischen den Knoten eines automatisierten Systems, das von Siemens-Ger\u00e4ten gesteuert wird, erfolgt sowohl \u00fcber den Feldbus, der als PROFIBUS bezeichnet wird, als auch \u00fcber das industrielle Netzwerk PROFINET.<\/p>\n

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Der PROFIBUS verwendet ein spezielles zweidrahtiges Kabel mit DB-9 Anschl\u00fcssen. Bei Siemens ist es lila, aber in der Praxis haben wir auch andere Farben gesehen :). Um mehrere Knoten zu verbinden, kann der Anschluss zwei Kabel verbinden. Zudem gibt es einen Schalter f\u00fcr den Abschlusswiderstand. Der Abschlusswiderstand sollte an den Endger\u00e4ten des Netzwerks aktiviert sein, um anzuzeigen, dass dies das erste oder letzte Ger\u00e4t ist und nach ihm nur Dunkelheit und Leere folgt (so funktioniert das ganze RS485). Wenn der Widerstand am Zwischenstecker aktiviert wird, wird der Abschnitt dahinter deaktiviert.<\/p>\n

\"\u00dcberblick
\nPROFIBUS-Kabel mit Anschlusssteckern. Quelle: VIPA ControlsAmerica<\/a><\/noindex><\/i><\/p>\n

Im PROFINET-Netzwerk wird ein \u00e4hnliches Kabel verwendet wie bei Twisted-Pair, normalerweise mit RJ-45 Steckern und gr\u00fcnem Kabel. W\u00e4hrend das PROFIBUS eine Bus-Topologie hat, kann die Topologie des PROFINET-Netzwerks alles darstellen: sei es ein Ring, ein Stern, ein Baum oder eine Kombination aus allem.<\/p>\n

\"\u00dcberblick
\nSiemens-Controller mit angeschlossenem PROFINET-Kabel. Quelle: w3.siemens.com<\/i><\/p>\n

Es gibt mehrere Protokolle f\u00fcr den Austausch \u00fcber den PROFIBUS und im PROFINET-Netzwerk.<\/p>\n

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F\u00fcr PROFIBUS:<\/p>\n

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  1. PROFIBUS DP \u2014 die Implementierung dieses Protokolls erm\u00f6glicht die Kommunikation mit entfernten Slave-Ger\u00e4ten. Im Falle von PROFINET entspricht diesem Protokoll das Protokoll PROFINET IO.<\/li>\n
  2. PROFIBUS PA \u2014 ist im Grunde dasselbe wie PROFIBUS DP, wird jedoch f\u00fcr explosionsgesch\u00fctzte Daten\u00fcbertragungen und Stromversorgung verwendet (eine Version von PROFIBUS DP mit anderen physikalischen Eigenschaften). F\u00fcr PROFINET gibt es bisher kein explosionsgesch\u00fctztes Protokoll, das dem von PROFIBUS entspricht.<\/li>\n
  3. PROFIBUS FMS \u2014 ist f\u00fcr den Datenaustausch mit Systemen anderer Hersteller vorgesehen, die PROFIBUS DP nicht verwenden k\u00f6nnen. Das Pendant zu PROFIBUS FMS im PROFINET-Netzwerk ist das Protokoll PROFINET CBA.<\/li>\n<\/ol>\n

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    F\u00fcr PROFINET:<\/p>\n

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    1. PROFINET IO;<\/li>\n
    2. PROFINET CBA.<\/li>\n<\/ol>\n

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      Das Protokoll PROFINET IO ist in mehrere Klassen unterteilt:<\/p>\n

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