Foundation Fieldbus

Feldbus für die Prozessautomation

Die Abkürzung FB steht an dieser Stelle für den Begriff „Fieldbus“, sodass es sich bei dem Foundation FB um einen Feldbus handelt. Dieser lässt sich flexibel einsetzen und ist vor allem im Bereich der Prozessautomation stark vertreten. Feldbusse werden seit der Entwicklung ihrer Technik dafür benötigt, die Kosten einer Installation eines Netzwerkes zu verringern und durch die Einfachheit der Planung und der Verbesserung und Sicherung von Betrieben, neben den Kosten auch noch Zeit einzusparen. 

Foundation Fieldbus – Historischer Hintergrund

Bereits im Jahre 1992 wurde seitens der Forma ISP das Projekt in die Welt gerufen, einen einheitlichen Feldbus zu entwickeln, um einen internationalen Standard zu schaffen. Zum gleichen Zeitpunkt gründeten Mitglieder des französischen „Flux Information Processus“ eine internationale Organisation namens WorldFIP. Zunächst stellte dieser Bund ein Gegengewicht zur ISP dar, doch bereits zwei Jahre nach der Gründung kam es aus Gründen der Technik und Wirtschaftspolitik zu einer gemeinsamen Formation, der Fieldbus Foundation. Ziel dieser Stiftung ist es noch immer einen Feldbusstandard zu finden, bei welchem ein IEC-Einheitsfeldbus entsteht, der sich besonders auch im Ex-Bereich verwenden lässt. Der Foundation FB soll aufgrund dessen sowohl die FIP-Spezifikation, als auch die ISP-Spezifikation enthalten. 

Foundation Fieldbus – das Schichtenmodell

Dieser Feldbus folgt einem Modell, welches sich aus mehreren Schichten zusammensetzt. Die Hauptelemente werden hierbei durch:

  • die physikalische Schicht,
  • den Kommunikationsstack und
  • die Applikation gestellt.

Die Applikation ist innerhalb des Schichtenmodells des Foundation Fieldbus die unterste Ebene und wird aus dem Funktionsblockmodell und der Gerätebeschreibung aufgebaut. Die nächsthöhere Schicht ist der Kommunikationsstack, auf welchen sich die Applikation direkt setzt. An dieser Stelle ist es dem Nutzer möglich, je nachdem welche Blöcke innerhalb eines Gerätes implementiert sind, auf einen unterschiedlich großen Leistungsumfang zuzugreifen. Zudem werden die Dienste und die Funktionen, welche die Applikation und die Anwendungsschicht mit sich bringen, seitens des Systemmanagements für die Erledigung dessen Aufgaben genutzt. Aufgrund dieses Kommunikationsverhaltens ist es möglich, dass eine korrekt ablaufende Zusammenarbeit zwischen den einzelnen Komponenten des Busses, und hierzu zählt auch die zeitliche Synchronisation aller Messungs-und Steuerungsaufgaben der jeweiligen Feldgeräte, gewährleistet werden kann. Die Wirkungsweise des Kommunikationsstacks basiert auf einer verteilten Kommunikation. Diese gewährleistet verschiedene Punkte:

  • Jedes regelnde Feldgerät ist in der Lage Daten mit anderen Geräten auszutauschen. Hierzu zählt das Lesen von Messwerten und das Ableiten von Stellwerten
  • Alle Feldgeräte werden rechtzeitig bedient. Die Definition als rechtzeitiger Prozess sieht vor, dass es während der Abarbeitung der Regelkreise zu keinen negativen Auswirkungen kommt
  • Es können niemals zwei oder mehrere Geräte gleichzeitig auf ein und denselben Bus zugreifen

Ermöglicht wird all dies durch die Nutzung einer zentral gelegenen Kommunikationssteuerung.

Die physikalische Schicht bildet in dieser Darstellung die höchste Ebene, die eine Relevanz innerhalb des Foundation Fieldbus einnimmt. Neben diesen klassischen Schichten zeigt sich beim Foundation Fieldbus auch dessen Anlehnung als das Schichtenmodell der ISO/OSI-Norm. Hierbei werden die Schichten drei bis sechs nicht realisiert, auch wenn es sich in den meisten Feldbussystemen dennoch gibt. Allerdings werden die Aufgaben, die innerhalb dieser ungenutzten Schichten dennoch anfallen, durch den Kommunikationsstack abgedeckt. Die siebte Schicht, also die höchste Ebene innerhalb eines solchen Schichtenmodells, besteht aus den zwei Bestandteilen des „Fieldbus Access Sublayer“ und der „Fieldbus Message Specifikation“. 

Foundation Fieldbus – die Kommunikationssteuerung

Nach der Spezifikation, die durch die „Fieldbus Foundation“ entwickelt wurde, erfolgt die Steuerung der Kommunikationsvorgänge innerhalb des Feldbusses durch zwei Arten der Übertragung:

  • Getaktete Datenübertragung:
    Hierbei werden vorwiegend die Aufgaben geregelt, welche als zeitkritisch gewertet werden. Um also die Erledigung der anfallenden Aufgaben rechtzeitig und ohne Probleme bezüglich des Zugriffes durchzuführen, wird ein fester Bearbeitungszeitplan aufgestellt. Erstellt wird dieser Zeitplan während der Konfiguration des Bussystems gemäß der FF-Spezifikation und durch einen Systemverantwortlichen. Alle Geräte laufen während der getakteten Datenübertragung zeitsynchron, wodurch der Zeitpunkt und die Abfolge im Voraus festgelegt sind. Dies wird auch als deterministisches System tituliert.
  • Ungetaktete Datenübertragung:
    Hier erfolgt besonders die Parametrierung und die Diagnose innerhalb der Kommunikationssteuerung. Denn je nach Bedarf müssen diese Informationen und Daten übertragen werden können. Allerdings ist die Übermittlung der Geräteparameter und der Diagnoseinformationen zeitunkritisch, also azyklisch, sodass sich die ungetaktete Datenübertragung beim Foundation Fieldbus ausschließlich in den Zeitlücken der Getakteten finden.

Foundation Fieldbus – noch anstehende Aufgaben

Bezüglich der Topologie und der Definition der hierzugehörigen Teilnetze ist noch kein festgelegter Standard geschaffen. denn in vielen Punkten lässt sich die Ausführung des FF-Systems noch nicht mit der Spezifikation des IEC-Feldbusmodells gleichsetzen. So löst der IEC-Feldbus die Aufgaben der Kommunikation mithilfe des eigensicheren H1-Bus und dem darüber liegenden H2-Bus. Hier findet sich also ein Bussystem mit zwei Komponenten. Der Feldbus des FF-Systems arbeitet im Punkt des H1-Busses zwar bereits wie das IEC-Modell, doch die Klassifizierung des H2-Busses ist noch nicht abgeschlossen. Lediglich festgelegt ist der Einsatz des Fast-bzw. High-Speed-Ethernets bei der Problemlösung bezüglich des Foundation Fieldbus.