MIL-STD-1553

Mil Standard

Der MIL-STD-1553 ist ein in den USA entwickelter, militärischer Feldbus Standard. Früher kam er hauptsächlich in der US-Luftwaffe zum Einsatz, heute wird er allerdings in sämtlichen militärischen Bereichen verwendet. Außerdem wird er auch noch in der Raumfahrt und in der zivilen Luftfahrt eingesetzt.

Geschichtlicher Hintergrund

Für die Luftfahrt und den Flugzeugbau eigneten sich in den 1970er Jahren die sonst weit verbreiteten Systeme der Punkt-zu-Punkt-Verbindung, nicht, da der Verkabelungsaufwand und die Masse des Systems für den Flugverkehr zu groß und zu unhandlich war. Aus diesem Grund wurde 1968 ein Komitee gegründet, was es sich zur Aufgabe machte, für dieses Problem eine Lösung zu finden. Dieses Komitee nannte sich SAE (Society of Automotive Engineers), das aus Experten aus dem industriellen Sektor, wie auch aus dem militärischen Sektor bestand.

SAE-A2K – Der erste Schritt in Richtung MIL-STD-1553

Der erste grobe Entwurf für ein Bussystem war unter der Abkürzung SAE-A2K (Multiplexing for Aircraft Committee) bekannt. Sowohl wurden dabei industrielle als auch militärische Anforderungen an den Bus gestellt und verwirklicht. Dieser Entwurf bildete die Basis für eine Vielzahl von Bussystemen in diesem Bereich u.a. MIL-STD-1553. In dem Kampfflugzeug F-16 wurde das erste Mal der MIL-STD-1553 eingebaut. Zwischen 1973 und 1975 wurde der MIL-STD-1553 noch verbessert und für die Air Force und die Navy genormt. In diese Verbesserungsvorgänge flossen vor allem Anforderungen der Industrie mit ein. Im April 1975 wurde dann schließlich die Norm MIL-STD-1553A veröffentlicht.

Erste Schwächen der neuen Innovation werden sichtbar

Durch die mehrfache Anwendung des neuen Feldbussystems, wurden offensichtliche Fehler und Schwächen schnell festgestellt: Gleichartige Geräte unterschiedlicher Hersteller konnten nicht zusammen verwendet werden. Für jedes System mussten nun individuell die Hard- sowie die Software angepasst werden. Eine neues Team der SAE wurde gebildete und arbeitete nun an einem Lösungsvorschlag.

Geburtsstunde des MIL-STD-1553B

Das Problem konnte mit einer sehr genauen Definition der Schnittstelle gelöst werden. Das offizielle Ergebnis nannte sich MIL-STD-1553B und wurde im September 1978 der Öffentlichkeit präsentiert. In den kommenden Jahren erfolgten weitere Erweiterungen der Norm u.a. wurden auch die Bedürfnisse ausländischer Staaten mit einbezogen, da das Interesse dieser an dem MIL-STD-1553 sehr groß war.

Einsatzgebiete des MIL-STD-1553B

Wie oben erwähnt besteht das größte Einsatzgebiet des MIL-STD-1553 im Militär. Da für diesen Bereich eine schnelle, fehlerfreie und stabile Datenübertragung gefordert wird, fand das Bussystem bald auch eine größere Bedeutung in anderen Gebieten. Die NASA setzt auf die hohe Stabilität des Bus‘ und setzt diesen in Satelliten aber auch Raumstationen ein. In zivilen Bereichen wie z.B. den U-Bahnen wird der Bus gleichermaßen verwendet.

Die verschiedenen Buskomponenten

Der MIL-STD-1553 funktioniert via Meldungsübertragung. Über drei Komponenten, den sogenannten Funktionsmodi, kann auf den Bus zugegriffen werden:

  • Bus Controller
    Der Bus Controller bildet das wichtigste Teil im System, da er für den Datenaustausch zuständig ist. Es werden Kommandos an die Remote Terminals geschickt, die wiederrum die geforderten Daten zurückübertragen. Der Bus unterstützt mehrere Bus Controller im System, allerdings darf immer nur der Master Bus Controller aktiv sein. Bei Ausfall übernimmt ein inaktiver Bus Controller die Aufgabe der Kommunikation.

  • Bus Monitor
    Die Aufgabe des Bus Monitors besteht in der Aufzeichnung der Busaktivitäten, ohne Teil der Kommunikationsvorgänge zu sein. Man kann einstellen, welche Daten aufgezeichnet werden sollen, was bei Fehlersuchen ein wichtiges Instrument ist.

  • Remote Terminal
    Die restlichen Komponenten arbeiten im Remote Terminal Modus. Diese bilden die größte Gruppe und können entweder als Interface oder Brücke arbeiten. Also wird entweder die Verbindung zu einem Teilsystem oder die Verbindung zwischen zwei MIL-STD-1553 Bussen hergestellt

Technologieprinzip des MIL-STD-1553

1. Physical Layer
Der Bus an sich besteht aus einem Leistungspaar mit einem Widerstand von 75 Ω. Über den Transmitter am Busabgang, den sogenannten Stub, sind Sender und Empfänger angeschlossen. Aber erst nach einem weiteren Transmitter und zwei Widerständen, die isolierend wirken, spricht man von einer effektiven Einkopplung. Dadurch wird garantiert, dass es seltener zu einem Kurzschluss kommt, und dass kein Strom durch das Flugzeug geleitet wird. Die Bitrate liegt bei der Übertragung bei 1 MB/s, die Spannung des Transmitters zwischen 18 und 27 Volt. Jedes Gerät ist mit jedem Bus gekoppelt, jedoch werden die Signale nicht auf allen Busse übertragen, sondern nur auf einem. Bei einem Bus-Ausfall wird einfach auf den nächsten Bus gewechselt.

2. Bus Protocol
Eine übertragene Nachricht besteht aus 16-bit-Wörtern, die in drei verschiedenen Formen vorkommen können:

  • Command Word
  • Data Worc.
  • Status WordInformationsübertragung

3. Bei dem MIL-STD-1553 gibt es drei bverschiedene Mcöglichkeiten der Informationsübertragung:

  • Bus Controller zu Remote Terminal
  • Remote Terminal zu Bus Controller
  • Remote Terminal zbu Remote Terminal

Die gesamte Kommunikation steuert der Master Bus Controller und diese wird mit einem Command Word des Bus Controllers an einen Remote Terminal gestartet. Vor jedem Datentransfer fragt der Master Bus Controller den Status des Remote Terminals ab, welches die Daten empfangen soll, damit eine sichere Datenübertragung gewährleistet ist. Ein Remote Terminal kann immer erst senden oder empfangen, wenn der Master das Kommando dafür gibt. Nach jeder Datenübertragung wird ebenfalls der Remote Terminal abgefragt, um den Erfolg des Datentransfers zu prüfen.