DIN-Messbus- Was ist das

Ein Feldbussystem für die Fertigungstechnik

Den DIN-Messbus zählt man zu den Feldbussystemen. Die intelligenten Automatisierungs- und Messgeräte des Feldbusses werden zentral gesteuert.

1989 wurde der DIN-Messbus durch die Zusammenarbeit zwischen der physikalisch-technischen Bundesanstalt sowie den Bereichen der Fertigungstechnik und Automobilindustrie entwickelt. Für die Sicherung und Bitübertragung wurde er in der DIN 66348-2 genormt. Sechs Jahre später wurde die Norm um einen Bereich für Protokolle, Anwendungsdienste und Telegramme erweitert. Der erste Teil legte allgemeine Eigenschaften zur seriellen Messdatenübermittlung fest, die den DIN-Messbus nicht direkt betreffen.

Dieser wurde wegen einer prozessorientierten und preiswerteren Buslösung zur Prüf- und Messtechnik in Industriebetrieben entwickelt. Das System wird zudem aber auch in der Fertigungstechnik, wie z.B. in der computergesteuerten Qualitätssicherung, zur Maschinen- und Betriebsdatenerfassung, in Verbindung von speicherprogrammierbaren Steuerungen sowie bei der statistischen Prozesslenkung, eingesetzt.

Durch getrennte Sende- und Empfangsleitung und Verdrahtung des DIN-Messbusses kann er in Geräte und Anlagen mit dem gesetzlichen Messwesen eingesetzt werden. Neben Tankanlagen kann das Bus-System außerdem in der Wägetechnik und in Durchflussmessanlagen genutzt werden.

Das DIN-Messbussystem ist ein 4-Draht-Bus. Die EIA-RS 485 Schnittstelle, auf der das Bussystem basiert, ist eine serielle Schnittstelle. Das heißt, dass die Bits über eine Leitung hintereinander statt gleichzeitig auf mehreren Leitungen, wie bei parallelen Schnittstellen, gesendet werden. Durch die RS 485 werden lediglich die elektrischen Eigenschaften festgelegt. So werden unter anderem keine Steckerbelegungen definiert. Bei der RS 485-Schnittstelle des DIN-Messbusses handelt es sich um einen 15-poligen D-Sub-Stecker.
Eine Sende- und Empfangsleitung ist durch die 4-Draht-Ausführung getrennt vorhanden. Somit ergibt sich die Vollduplex-Fähigkeit, d.h. der gleichzeitige Transfer zwischen Slave und Masterin in beide Richtungen. So besitzt jeder Teilnehmer einen eigenen Empfänger und Sender. Dies ist vor allem durch die hohe Busverfügbarkeit, geringe Prozessorbelastung der Leitstation, hohe Fehlertoleranz und den einfachen Aufbau von Leistungsverstärkern und Ankoppelschaltungen, z. B. für Infrarot oder Lichtwellenleiter, von Vorteil.

Alle Dateneingänge der Slaves werden mit dem Datenausgang des Masters verdrahtet. Genauso wird der Master an alle Datenausgänge der Slaves gelegt. Es ist notwenig, die RS 485 Schnittstelle des DIN-Messbusses vom Rest der Schaltung galvanisch abzukoppeln, um Veränderungen durch Potenzialunterschiede zu unterbinden. Elektrische oder magnetische Felder können Störungen verursachen, die wiederum durch eine Schirmung verhindert werden können.

DIN-Messbus – Buszugriffsverfahren

Das Buszugriffsverfahren vom DIN-Messbus kann nur deterministisch auf Basis eines Master/Slave-Systems funktionierten. So steuert die Leitstation als einziger Teilnehmer die Kommunikation in dem gesamten System.
Zunächst muss dafür aber jeder Teilnehmer eine eindeutige Adresse im Netzwerk besitzen. Die Verfügbarkeit der Busse kann durch die Tatsache erhöht werden, dass das komplette System nicht durch einen defektern Teilnehmer blockiert wird. Stattdessen ist nur die Empfangleitung des Masters eingeschränkt. In diesem Fall kann der Master aber weiterhin über die Sendeleitung die anderen Teilnehmer durch ein Rundruftelegramm informieren. Daraufhin können Notdienste, z. B. die Abschaltung des aktuellen Teilnehmers oder Wartungsdienste, angefordert oder aktiviert werden. Bricht eine Datenübertragung ab, so wird sie nach wiederholtem Aufbau der Verbindung an der letzten Position fortgeführt. Im Notfall kann der Master die Übertragung durch das Steuerzeichen EOT, End Of Transmission, beenden. Teilnehmer, die neu sind oder fehlen, erkennt das Bussystem ohne Fehler. Eine erneute System-Initialisierung wird somit überflüssig.

DIN-Messbus – Netzeigenschaften

Das System ist physikalisch auf 31 Slaves ausgelegt und außerdem auf einer regulierbaren Datenübertragung von bis zu 1 Mbit/s ausgelegt. Durch eine Kaskadierung, also die Verknüpfung mehrerer Module, können die Teilnehmer bis auf 961 summiert werden. Für die volle Auslastung der Übertragungsgeschwindigkeit sollte die Hauptverbindungsleitung 500 m lang sein und die Zuleitungen zu den Teilnehmern um 5 m nicht überschreiten. Durch Repeater sind Erweiterungen der Übertragungsstrecken möglich.

DIN-Messbus – Protokoll

Die Kommunikation in einem DIN-Messbus Protokoll verläuft grundlegend in drei Phasen. Diese bestehen in der Aufforderung, der Übermittlung und dem Abschluss.

Das DIN-Messbus Protokoll schafft die Möglichkeit für eine hohe Datensicherheit, was durch eine Zeitüberwachung über das Eintreffen der Telegramme, die Überprüfung der gesendeten Daten mittels eines Blockprüfzeichens und durch die Bestätigung der Nachrichtenübertragung geschafft wird.

Besonders ist hierbei die enorm kurze Statusanfrage, ob Daten zur Übertragung zum Master vorliegen, oder für die Anfrage auf Empfangsbereitschaft. So ist es möglich, in Echtzeit auf Ereignisse reagieren zu können. Die Datenabfrage, die zur Übertragung vom Master zum Slave vorliegen, wird „polling“ genannt. Ein Teilnehmer kann ohne exakte Anfrage vom Master keine Daten freigeben.

Bei den Übertragungsmöglichkeiten unterscheidet man zwischen vier Varianten. Dabei stehen sich die Parametrierung, also die Übertragung vom Master zum Slave, und die Datenübertragung, von Slave zu Master, gegenüber. Weiterhin gibt es den Querverkehr unter Kontrolle des Masters sowie den Rundruf des Masters, auch Broadcast genannt. Durch diesen Rundruf ist es möglich, dass der Master alle Teilnehmer gleichzeitig informiert.

Die Übertragung wird durch ASCII-Zeichen bzw. einen 7-Bit-Code möglich. Dabei hat man sich an die gewöhnliche Darstellung der Schnittstellen an den Messgeräten orientiert.