Industrielle Bussysteme – Funktionsweise und Anforderungen

Bus steht für „Binary Unit System“. Dahinter steckt eine Technologie, welche die Übertragung von Daten zwischen verschiedenen Komponenten eines Netzwerks ermöglicht. Bussysteme werden heutzutage beispielsweise häufig in Energiesparhäusern mit hohem Smarthome-Grad verwendet. Doch auch in der Industrie sind sie nicht selten. Unser Artikel erklärt unter anderem die Funktionsweise solcher Systeme und geht auf die internationale Feldbusnormreihe ein.

Autor: Thomas W. Frick, 15.01.2019

Wie funktionieren Bussysteme?

Rein technisch gesehen sind Bussysteme Elektroinstallationen, die viele Leitungen bündeln. Vergleichbar mit dem menschlichen Blutkreislauf, der Nährstoffe zu den einzelnen Organen transportiert, bringt das System Energie und Daten zu den einzelnen Komponenten des Netzwerks. Die Verlegung der Leitungen erfolgt je nach Anspruch und individuellen Gegebenheiten in Baum-, Stern- und Linienstrukturen. Über die Busleitung ist es den Komponenten möglich, Informationen auszutauschen, die sich beispielsweise auf deren Steuerung beziehen. Von der klassischen Elektroinstallation zum Verknüpfen von Komponenten unterscheiden sich Bussysteme darin, dass sämtliche Ein- und Ausgabegeräte im Einzelnen nicht über Kabel, sondern durch eine Programmierung miteinander verbunden sind. Daraus ergeben sich Kostensenkungen in Bezug auf Material und Arbeitsaufwand. Energie und Daten werden zeitgleich über zwei verschiedene Leitungen verteilt, wobei es die separate „Datenleitung“ ist, die das Bussystem auszeichnet.

Was müssen Bussysteme im industriellen Kontext können?

Bussysteme, die sich für den industriellen Einsatz eignen, zeichnen sich durch bestimmte Merkmale aus. Sie müssen hohe Übertragungsgeschwindigkeiten und niedrige Verarbeitungszeiten ermöglichen. Nur so kann die Kommunikation über die Bussysteme quasi in Echtzeit geschehen. Die einzelnen Komponenten müssen dabei präzise zeitlich synchronisiert werden. Eine hervorragende Systemverfügbarkeit kombiniert mit kurzen Umschaltzeiten spricht ebenfalls für ein gutes, hochfunktionales Bussystem. Die Datenübermittlung, die im System laufend stattfindet, muss zudem absolut sicher über die Bühne gehen. Damit das System möglichst alles leisten kann, wofür es unternehmensintern benötigt wird, muss es viele einzelne Komponenten erfassen und zusammenbringen können, wobei die Topologie an die jeweiligen Gegebenheiten vor Ort angepasst werden muss. Zusätzlich unterstützt ein solches System gängige Internetprotokolle, wie TCP oder IP, und kann mittels einfach erhältlicher, marktdominierender Elemente, zum Beispiel Kabeln, Stecker und Co., aufgebaut werden.

IEC 61158 – die Feldbusnormreihe

Die internationale Feldbusnormreihe IEC 61158 wurde 1999 erstmals veröffentlicht und bezieht sich auf verschiedene Protokollfamilien, die mit dem Kürzel CPF für „Communication Profile Family“ bezeichnet werden. Die Normreihe berücksichtigt insgesamt 18 solcher CPFs, von FOUNDATION Fieldbus bis RAPIEnet. Die Normreihe selbst setzt sich aus sieben Teilen zusammen, die jeweils tausende Seiten enthalten und im Hinblick auf die CPFs untergliedert sind.

Anbieter von Bussystemen

Weltweit gibt es mittlerweile eine Vielzahl von Anbietern für Bussysteme. Die einzelnen Produkte unterscheiden sich teilweise, funktionieren aber allesamt nach demselben Prinzip. Durchgesetzt hat sich bislang hauptsächlich das KNX System, das auf der ganzen Welt als Standardlösung für Bussysteme gilt und sich sehr flexibel einsetzen und erweitern lässt. In Kürze werden wir das KNX System detaillierter, in einem Artikel beschreiben.