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2025-05-05T19:14:43Z

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Ein '''Feldbus''' ist ein [[Bus (Datenverarbeitung)|Bussystem]], das in einer Anlage [[Feldgerät]]e wie Messfühler ([[Sensor]]en) und [[Stellglied]]er ([[Aktor]]en) zur Kommunikation mit einem [[Automatisierung]]sgerät verbindet. Wenn mehrere Kommunikationsteilnehmer ihre Nachrichten über dieselbe Leitung senden, dann muss festgelegt sein, wer (Kennung) was (Messwert, Befehl) wann (Initiative) sagt. Hierfür gibt es normierte [[Kommunikationsprotokoll|Protokolle]].

Die erste Generation der Feldbustechnik wurde in den 1980er Jahren entwickelt, um die bis dahin übliche [[Parallelverdrahtung]] binärer Signale sowie die analoge Signalübertragung durch digitale Übertragungstechnik zu ersetzen. Heute sind viele unterschiedliche Feldbussysteme mit unterschiedlichen Eigenschaften am Markt etabliert. Seit 1999 werden Feldbusse in der Norm [[International Electrotechnical Commission|IEC]] 61158 (''{{lang|en|Digital [[Datenübertragung|data communication]] for measurement and control – Fieldbus for use in industrial control systems}}'') weltweit standardisiert. Die zweite Generation der Feldbustechnik basiert auf [[Echtzeit-Ethernet]].

== Beschreibung ==
Für die [[Regelungstechnik|Regelung]] oder [[Steuerungstechnik|Steuerung]] eines [[System]]s sind mehrere bis viele [[Sensor]]en und [[Aktor]]en nötig.

Falls die Automatisierung elektrisch erfolgt, stellt sich die Frage, wie die Sensoren und Aktoren mit dem Automatisierungsgerät verbunden werden sollen. Zwei Grundvarianten sind möglich:

# Vom Automatisierungsgerät aus wird je ein Leitungspaar zu jedem Sensor und Aktor gezogen (parallele Verdrahtung, Stern-Topologie).
# Vom Automatisierungsgerät aus wird nur ein einziges Leitungspaar gezogen: Das Leitungspaar wird an jeden Sensor und Aktor herangeführt (serielle Verdrahtung, Bus-Topologie).

Mit steigendem Automatisierungsgrad einer Anlage oder Maschine wächst der Verkabelungsaufwand bei paralleler Verdrahtung aufgrund der größeren Anzahl der Ein-/Ausgabepunkte. Das ist mit großem Aufwand bei [[Projektierung]], Installation, Inbetriebnahme und Wartung verbunden.

Die Anforderungen an die Kabel sind oft hoch, z. B. müssen spezielle Leitungen für die Übertragung von [[Analogsignal|Analogwerten]] eingesetzt werden.

So wird die parallele Feldverdrahtung zu einem gravierenden Kosten- und Zeitfaktor in der [[Automatisierungstechnik]].
Im Vergleich dazu ist die serielle Vernetzung der Komponenten im Feldbereich mittels sogenannter '''Feldbussysteme''' wesentlich kostengünstiger.

Der Feldbus ersetzt die parallelen Leitungsbündel durch ein einziges Buskabel und verbindet alle Ebenen, von der Feld- bis zur Leitebene. Unabhängig von der Art des Automatisierungsgeräts, z. B. [[speicherprogrammierbare Steuerung]]en (SPS) unterschiedlicher Hersteller oder PC-basierte Steuerungen, vernetzt das Übertragungsmedium des Feldbusses die Komponenten im Feld.

Anstelle mehrerer [[Eingabe und Ausgabe|I/O]]-Karten wird eine Bus-[[Schnittstelle|Interface]]-Karte eingesetzt. Hierdurch wird der Platzbedarf im [[Schaltschrank]] verringert.

=== Vorteile ===
Die Vorteile eines Feldbusses:
* geringerer Verkabelungsaufwand spart Zeit bei Planung und Installation
* Kabel, Rangierverteiler und Ausmaße des Schaltschranks werden reduziert
* Eigendiagnose durch das System möglich
* Höhere Zuverlässigkeit und bessere Verfügbarkeit durch kurze Signalwege
* Gerade bei analogen Werten erhöht sich der Schutz vor Störungen.
* Offene Feldbusse vereinheitlichen herstellerübergreifend Datenübertragung und Geräteanschluss. Komponenten verschiedener Hersteller sind zumindest hinsichtlich der Basiskommunikation leichter austauschbar.
* Erweiterungen oder Änderungen sind einfach durchzuführen und garantieren Flexibilität und somit Zukunftssicherheit.
* Die Festlegung von Messbereichen bei Messumformern ist nicht erforderlich. Die (visuelle) Anzeigeskala im Leitsystem kann jederzeit geändert werden.

=== Nachteile ===
Die Nachteile eines Feldbusses:
* komplexeres System – qualifiziertere Mitarbeiter notwendig
* höherer Preis von Komponenten mit Feldbusfunktionalität
* aufwendige [[Messgerät]]e
* etwas längere Reaktionszeit
* Die kleinste tauschbare Einheit wird teurer.
* Durch die Vielzahl verschiedener Feldbusse sind Sensor-/Aktor-Hersteller gezwungen, mehrere Feldbusse zu unterstützen, was zusätzliche Kosten verursacht. Außerdem ist die Vorhersage, welche Feldbusse in Zukunft an Bedeutung gewinnen bzw. verlieren werden, sehr schwierig. Dadurch besteht die Gefahr von Fehlinvestitionen bei der Entwicklung von Feldbusankopplungen.
* Durch das zentrale Anbindungsprinzip kann bei einer Busstörung das Leitsystem von allen Sensoren und Aktoren abgeschnitten sein. Daher sind eventuell redundante Bussysteme erforderlich.

== Verschiedene Topologien ==
Verschiedene [[Topologie (Rechnernetz)|Topologien]] von Rechnernetzwerken sind:
{| class="wikitable"
|-
![[Datei:Netzwerktopologie Baum.svg|mini|[[Topologie (Rechnernetz)#Baum-Topologie|Baumtopologie]] oder erweiterter Stern]] !! [[Datei:Netzwerktopologie Bus.svg|mini|[[Topologie (Rechnernetz)#Bus-Topologie|Bustopologie]]]] !! [[Datei:Netzwerktopologie Ring.svg|mini|[[Topologie (Rechnernetz)#Ring-Topologie|Ringtopologie]]]] !! [[Datei:Netzwerktopologie Stern.svg|mini|[[Topologie (Rechnernetz)#Stern-Topologie|Sterntopologie]]]]
|}

== Normung ==
Seit 1999 werden Feldbusse für industrielle Anwendungen in der Norm IEC 61158 ({{lang|en|''Digital data communication for measurement and control – Fieldbus for use in industrial control systems''}}) weltweit genormt. Die einzelnen Feldbusse werden in der Norm IEC 61784-1 als {{lang|en|''Communication Profile Families''}} (CPF) geführt. Die neuen [[Echtzeitanforderung|echtzeitfähigen]] [[Ethernet]]-basierten Feldbusse sind in der Norm IEC 61784-2 zusammengestellt. Jede Protokollfamilie kann weitere Feldbusse definieren. Die folgenden Protokollfamilien sind in der Norm aufgeführt:

{| class="wikitable"
|- class="hintergrundfarbe5"
! Familie !! Version !! Markenname
|-
| CPF1 || || [[Fieldbus Foundation|FOUNDATION Fieldbus (FF)]]
|-
| || CPF1/1 || FF-H1 (Low Speed)
|-
| || CPF1/2 || FF-HSE (High Speed Ethernet)
|-
| || CPF1/3 || FF-H2 (High Speed)
|-
| CPF2 || || CIP ([[DeviceNet#Common Industrial Protocol|Common Industrial Protocol]])
|-
| || CPF2/1 || [[ControlNet]]
|-
| || CPF2/2 || [[EtherNet/IP]]
|-
| || CPF2/3 || [[DeviceNet]]
|-
| CPF3 || || PROFIBUS und PROFINET
|-
| || CPF3/1 || [[Profibus|PROFIBUS DP]]
|-
| || CPF3/2 || [[Profibus|PROFIBUS PA]]
|-
| || CPF3/3 || deprecated
|-
| || CPF3/4 || [[Profinet#Konformitätsklassen|PROFINET IO Conformance Class A]]
|-
| || CPF3/5 || [[Profinet#Konformitätsklassen|PROFINET IO Conformance Class B]]
|-
| || CPF3/6 || [[Profinet#Konformitätsklassen|PROFINET IO Conformance Class C]]
|-
|
|CPF3/7
|PROFINET Conformance Class D
|-
| CPF4 || || [[P-NET]]
|-
| CPF5 || || [[WorldFIP]]
|-
| CPF6 || || [[Interbus|INTERBUS]]
|-
| CPF7 || || [[SwiftNet]]
|-
| CPF8 || || [[CC-Link]]
|-
| CPF9 || || [[Highway Addressable Remote Transducer|HART]]
|-
| CPF10 || || [[VNET/IP]]
|-
| CPF11 || || [[TCnet]]
|-
| CPF12 || || [[EtherCAT]]
|-
| CPF13 || || [[Ethernet Powerlink|Ethernet POWERLINK]]
|-
| CPF14 || || [[Ethernet for Plant Automation|EPA (Ethernet for Plant Automation)]]
|-
| CPF15 || || [[Modbus]]
|-
| || CPF15/1 || [[Modbus#Modbus/TCP|Modbus/TCP]]
|-
| || CPF15/2 || RTPS
|-
| CPF16 || || SERCOS
|-
| || CPF16/1 || [[SERCOS interface|SERCOS I]]
|-
| || CPF16/2 || [[SERCOS interface|SERCOS II]]
|-
| || CPF16/3 || [[SERCOS III]]
|-
| CPF17 || || RAPIEnet
|-
| CPF18 || || [[SafetyNET p|SafetyNet p]]
|-
| CPF19 || || [[MECHATROLINK]]
|-
|}

== Verbreitete Feldbusse ==
* [[ARCNET]], deterministischer, echtzeitfähiger Feldbus, eingesetzt in den Bereichen Automotive, Industrieautomatisierung (insb. Druckmaschinen) und Medizintechnik
* [[ARINC 629]], schneller [[Avionik]]-Bus der Firma [[ARINC|Arinc]], eingesetzt in der [[Boeing 777]]
* [[AS-Interface]] (''Actuator-Sensor-Interface''), zum Anschluss von [[Sensor]]en und [[Aktuator]]en
* [[BACnet]], für Gebäudeleittechnik, aber auch teilweise bis zur Feldebene hinunter einsetzbar
* [[BITBUS]]
* [[Controller Area Network|CAN]], z. B. im Automotive-Bereich
* [[CANopen]] (CAN-basierendes, höheres Protokoll), Standard für die Aufzugstechnik, Automatisierungstechnik, Fahrzeugaufbauten, Medizintechnik, Schiffselektronik. Gepflegt von [[CAN in Automation|CAN in Automation (CiA)]]
* [[CC-Link]], im asiatischen Raum verbreiteter Bus für industrielle Applikationen
* [[ControlNet]]
* [[Digital Addressable Lighting Interface|DALI]], für Beleuchtungen in der Gebäudeautomatisierung
* [[DeviceNet]] (CAN-basierendes, höheres Protokoll)
* [[Europäischer Installationsbus|EIB]], ''Europäischer Installationsbus'', hauptsächlich für Hausinstallation, Vorgänger von [[KNX-Standard|KNX]]
* [[EtherCAT]], Ethernet-basierender Feldbus in der Automatisierungstechnik
* [[Ethernet Powerlink]], Ethernet-basierender Feldbus für den Maschinen- und Anlagenbau
* [[EtherNet/IP]] (Ethernet-basierendes, höheres Protokoll)
* [[Factory Automation Interconnection System Bus|FAIS-Bus]], ein japanischer Feldbus-Standard
* [[Foundation Fieldbus]] (FF) der [[Fieldbus Foundation]] (Prozessautomation)
* [[Flux Information Processus Bus|FIP-Bus]], französischer und italienischer Feldbus-Standard, Konkurrent zu Profibus
* [[FlexRay]]-Bus, eingesetzt im Automotive-Bereich ([[X-by-Wire]])
* [[Highway Addressable Remote Transducer|Hart Communication]], für industrielle Feldgeräte
* [[Interbus]], für Maschinenbau, Anlagenbau in Sonderausführung für Sicherheitstechnik
* [[KNX-Standard]], für Gebäudeautomatisierung, Nachfolger von EIB
* [[Local Control Network|LCN Local Control Network]], universelles Gebäudeleitsystem
* [[Local Interconnect Network|LIN-Bus]], eingesetzt im Automotive-Bereich
* [[LocoNet]], für Modelleisenbahnen
* [[Local Operating Network|LON]], hauptsächlich für Gebäudeautomation
* [[M-Bus (Feldbus)]], wird bei Verbrauchsmessgeräten verwendet, z. B. Stromzähler, Gaszähler, Wärmezähler
* [[MIL-STD-1553]], eingesetzt hauptsächlich in der militärischen Luftfahrt
* [[Modbus]], für Industrie
* [[MOST-Bus]], eingesetzt im Automotive-Multimedia-Bereich
* [[Multifunction Vehicle Bus|MVB]] (''Multifunction Vehicle Bus''), für Schienenfahrzeuge IEC 61375
* [[P-NET]]
* [[Profibus|PROFIBUS]] und [[Profinet|PROFINET]], für Roboter, Maschinenbau, Anlagenbau, Prozessautomation
* [[SafetyBUS p]], für sicherheitsrelevante Anwendungen
* [[SERCOS interface]], für Motion Control, CNC, Roboter, Maschinenbau, Anlagenbau
* [[SmallCAN]], integratives low-cost/low-power System, hauptsächlich für Gebäudeautomatisierung (aber auch allgemeine Automatisierungstechnik)
* [[Standard Motor Interface|SMI]], ''Standard Motor Interface'', zur Ansteuerung von elektronischen Antrieben, z. B. für Jalousien oder Rollläden
* [[SpaceWire|Spacewire]]
* [[T-Bus-Protokoll|T-Bus]], hauptsächlich eingesetzt in Landwirtschaft, Bewässerungstechnik und Umwelt-Monitoring
* [[Time-Triggered Protocol]] (TTP)
* [[Traktionsbus]]
* [[Versatile Automation Random Access Network|VARAN]], Ethernet-basierender Feldbus für die Automatisierung von Maschinen und Anlagen

== Sicherheitseigenschaften von Feldbussen ==
Sollen Feldbussysteme in Systemen eingesetzt werden, die einer Prüfung entsprechend Sicherheitsnormen wie etwa [[IEC 61508|IEC 61508]] oder [[EN 954-1|EN 954-1]] standhalten müssen, werden dem Bussystem einige spezielle Anforderungen auferlegt. Diese Anforderungen werden befriedigt beispielsweise durch redundanten Aufbau von Soft- und Hardware der Endgeräte und je nach Busprotokoll Maßnahmen wie laufende Zähler, [[Zyklische Redundanzprüfung|CRCs]], Quittierungen, [[Timeout (Netzwerktechnik)|Timeout]]s, Kennungen für Sender und Empfänger oder [[Redundanz (Technik)|Redundanz]] mit Kreuzvergleich. Siehe dazu auch [[Sicherheitsanforderungsstufe]], [[Sicherheitskonzept]], [[Sicherheit]]. In der weltweit gültigen internationalen Norm'' IEC 61784-3: Industrial communication networks – Profiles – Part 3: Functional safety fieldbuses'' sind in der Ausgabe 2021 unterschiedliche Protokolle für sicherheitsgerichtete Feldbusse der [[#Normung|Familien CPF 1, 2, 3, 6, 8, 12, 13, 14, 17 und 18]] festgelegt.

Eine weitere Sicherheitsfunktion von Feldbussen bezieht sich auf die [[Arbeitssicherheit]], sofern Personen durch gefährliche Bewegungen bedroht sind. Hierfür werden Not-Aus-Betätigungen, Verriegelungen von Sicherheitstüren für Maschinen und Roboter, Lichtgitter und Lichtvorhänge sowie optische Scanner u. a. eingesetzt und vernetzt. Derartige Einrichtungen sind abnahmepflichtig (z. B. [[Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung]] in St. Augustin und [[TÜV]]). Die Realisierung erfolgt unter Verzicht auf zusätzliche konventionelle Verdrahtungen zunehmend durch innovative Feldbuslösungen, die ohne oben genannte Redundanzkonzepte auskommen und auf einem normalen Sensor-Aktuator-Feldbus realisierbar sind. Näheres zu einem System mit "Safety at Work" und seiner Entstehung findet sich in den Artikeln [[AS-Interface]], [[Horst Saalbach]] und [[Werner Kriesel]].

== Literatur ==
* {{Literatur
|Autor=Udo Enste, Jochen Müller
|Titel=Datenkommunikation in der Prozessindustrie
|Verlag=Oldenbourg Industrieverlag
|Ort=München
|Datum=2007
|ISBN=978-3-8356-3116-8}}
* {{Literatur
|Autor=N. P. Mahalik
|Titel=Fieldbus Technology
|Verlag=Springer Verlag
|Ort=Berlin
|Datum=2003
|ISBN=978-3-540-40183-4}}
* {{Literatur
|Autor=Gerhard Schnell
|Hrsg=Bernhard Wiedemann
|Titel=Bussysteme in der Automatisierungs- und Prozesstechnik
|TitelErg=Grundlagen, Systeme und Trends der industriellen Kommunikation
|Auflage=7.
|Verlag=Vieweg+Teubner Verlag
|Ort=Wiesbaden
|Datum=2008
|ISBN=978-3-8348-0425-9}}
* {{Literatur
|Autor=[[Werner Kriesel]], [[Tilo Heimbold]], Dietmar Telschow
|Titel=Bustechnologien für die Automation
|TitelErg=Vernetzung, Auswahl und Anwendung von Kommunikationssystemen
|Auflage=2.
|Verlag=Hüthig
|Ort=Heidelberg
|Datum=2000
|ISBN=3-7785-2778-9}}
* {{Literatur
|Autor=Michael Lupik
|Hrsg=Gerhard Schnell
|Titel=Bussysteme in der Automatisierungs- und Prozesstechnik
|TitelErg=Grundlagen, Systeme und Trends der industriellen Kommunikation
|Auflage=5.
|Verlag=Vieweg
|Ort=Braunschweig, Wiesbaden
|Datum=2003
|ISBN=3-528-46569-7}}
* Jürgen Jasperneite: ''Echtzeit-Ethernet im Überblick '' In: ''Automatisierungstechnische Praxis (atp)'', Nr. 3, 2005, S. 29–34, {{ISSN|0178-2320}}
* {{Literatur
|Hrsg=Frithjof Klasen, Volker Oestreich, Michael Volz
|Titel=Industrielle Kommunikation mit Feldbus und Ethernet
|Verlag=VDE Verlag
|Ort=Berlin, Offenbach
|Datum=2010
|ISBN=978-3-8007-3297-5}}
* Werner Zimmermann, Ralf Schmidgall: ''Bussysteme in der Fahrzeugtechnik – Protokolle, Standards und Softwarearchitektur.'' 5. Auflage. Springer Vieweg, 2014, ISBN 978-3-658-02418-5.
* [[Werner Kriesel]], [[Frank Sokollik]], Peter Helm und Ralph Seela: ''[[KNX-Standard|KNX]] / EIB für die Gebäudesystemtechnik in Wohn- und Zweckbau.'' Hüthig Jehle Rehm Verlag, Heidelberg, 5. Auflage 2009, ISBN 978-3-7785-4054-1.

[[Kategorie:Feldbus| ]]

Feldbus - Versionsgeschichte

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