Eine Übersicht zum Feldbussystem PROFIBUS

Hinter der Abkürzung PROFIBUS versteckt sich der „Process Field Bus“ und eine gleichnamige Organisation. Genauer gesagt handelt es sich hierbei jedoch um einen Feldbus, der universell anwendbar ist und somit ein breitgefächertes Einsatzspektrum hat, welches sich von der Fertigungstechnik über die Prozessautomation bis zur Gebäudeautomation erstreckt. Entstanden ist diese Technologie durch die Entwicklungsarbeit von Siemens und der bereits erwähnten Nutzerorganisation PROFIBUS. Diese existiert seit dem Jahre 1989 und besteht aus verschiedenen Herstellern und Anwender aus Deutschland.

Drei Jahre später etablierte sich auch eine schweizerische Abspaltung der Organisation und im Laufe der Zeit sind mehrere regionale Gruppen hinzugekommen, sodass sich die Teilnehmerzahl mittlerweile 27 Mitglieder bei PROFIBUS e.V. finden.

Das Feldbussystem ist in der Normenreihe IEC 61158 definiert und gilt hierdurch als ein internationaler Standard, der sich durch eine Geräte-und herstellerunabhängige Kommunikation auszeichnet, da keine besonderen Schnittstellen erforderlich sind, um ein Netzwerk zu erweitern und dir dort befindlichen Teilnehmer zur Datenübertragung anzuregen.

Punkte für die Entscheidung über die Verwendung von PROFIBUS

Wenn es darum geht, ein System zu wählen, das mittels eines Feldbusses eine möglichst effiziente digitale Datenübertragung ermöglicht, ist PROFIBUS eine der ersten Anlaufstellen. So werden hier die technischen Merkmale festgelegt, die für ein seriell arbeitendes Feldbussystem erforderlich sind und bei welchem die verteilten digital auftretenden Automatisierungsgeräte von der Feldebene an bis zur Zellenebene eine Verbindung untereinander haben können. Bei PROFIBUS wird ein Multi-Master-System verwendet, was also bedeutet, dass zwischen mehreren Mastern als Steuerungseinheit gewählt werden kann. Dies hat zum einen den Vorteil, dass hierdurch ein gemeinsamer Betrieb von unterschiedlichen Systemen möglich wird. So ist es unerheblich, ob es sich um das Netzwerk innerhalb der Automatisierungstechnik oder eines aus dem Engineering-oder Visualisierungsbereich handelt. Diese können alle über ein und denselben Bus an die dezentralen Peripheriegeräte gekoppelt werden. Zum anderen hat ein Multi-Master-System den Vorteil, dass es flexibler ist und toleranter gegenüber Fehlerquellen. Wenn bei einem Mono-Master-System die Steuereinheit wegfällt, ist keine Kommunikation mehr möglich, da die Slaves nicht gereizt werden können.

Die Varianten des Feldbussystems

Wenn von PROFIBUS die Rede ist, dann ist damit nicht nur die ursprüngliche Version gemeint, sondern auch die Erweiterungen, sodass sich mittlerweile drei Varianten unterscheiden lassen:

  • PROFIBUS-DP: 
    Dies ist die meistgenutzte Version der Technologie, wobei das Kürzel „DP“ für die Dezentrale Peripherie steht. Hier werden Sensoren und Aktoren angesteuert, indem eine zentrale Steuerung zum Einsatz kommt. Zudem stehen zahlreiche standardisierte Diagnosemöglichkeiten zur Verfügung. Neben den herkömmlichen Funktionen kommen durch die Verbindung von verteilter Intelligent, also solchen Netzwerken, bei denen mehrere Steuerungen untereinander verbunden sind, weitere Optionen zum Einsatz. Bei PROFIBUS-DP können Daten mit einer Übertragungsrate von maximal 12 Mbit/s verschickt werden, was über eine verdrillte Zweidrahtleitung geschieht, aber auch mit oder gänzlich über einen Lichtwellenleiter geschehen kann.
  • PROFIBUS-PA: 
    Dies steht für die Prozessautomation, die für den Kommunikationsaufbau zwischen Messgeräten, Aktoren sowie den Prozessleitsystemen benötigt wird. Die Besonderheit dieser Version liegt darin, dass über die Zweidrahtleitung nicht nur eine Kommunikation hergestellt werden kann, sondern auch Teilnehmer mit Strom versorgt werden. Zudem ist die PA-Variante für den explosionsgefährdeten Bereich geeignet und dient als eine digitale Alternative zur herkömmlichen analog verlaufenden Kommunikation. Komm es zu einem Störfall ist das Entstehen von Funkten durch den begrenzten Stromfluss verhindert. Jedoch haben die Charakteristika von PROFIBUS-DP auch den Nachteil, dass keine sonderlich schnellen Datenübertragungsraten realisierbar sind.
  • PROFIBUS-FMS:
    Hinter dieser Bezeichnung versteckt sich die „Fieldbus Message Specification“, die im Speziellen für die Verwendung bei komplexen Anlagen und Maschine konzipiert wurde. Allerdings findet sich diese Protokollart heute nicht mehr in der Internationalen Feldbusnorm, da sie dem Nachfolger DP Platz machen musste.

Die möglichen Gerätetypen bei PROFIBUS

Auch bei den vorkommenden Gerätetypen lässt sich bei diesem effizienten Feldbussystem eine Unterscheidung treffen. So gibt es

  • Master Geräte und
  • Slave-Geräte.

Die Master-Geräte sind, wie der Name bereits impliziert, für den Datenverkehr zuständig, da sie alle notwendigen Festlegungen für die Kommunikation auf dem Bus bestimmen. So ist es Teil des Ermessensspielraums, dass der Master auch ohne eine externe Aufforderung eigenmächtig Nachrichten versenden kann, solange er das sogenannte Token, also das Buszugriffsrecht besitzt. Da die Master die Initiatoren der Übertragung von Daten sind, werden sie auch als die aktiven Teilnehmer im Netzwerk angesehen.

Die Slave-Geräte hingegen stellen die Peripheriegeräte dar, die sich von den Ventilen über die Antriebe bis zu den Umformern der Messwerte erstrecken. Sie erhalten niemals das Token, sodass sie lediglich dazu befugt sind, eingehende Nachrichten zu quittieren und diese auf Anfragen des Masters wieder zurückzusenden. Somit sind die Slaves die passiven Teilnehmer einer Netzwerktopologie, sodass sie allerdings auch nur einen geringen Anteil des Busprotokolls in Anspruch nehmen und somit eine aufwandsarme Implementierung ermöglichen.