Lernfeld 9 · Prüfung Teil 2

Feldbusse und Industrial Ethernet

Feldbusse und Industrial Ethernet verständlich erklärt: PROFIBUS, PROFINET, IO-Link, Übertragungszeit und typische Fehler für die Prüfung.

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Darum geht es

Feldbusse verbinden die Steuerung mit dezentraler Peripherie, Antrieben und Sensoren. Statt jedes Signal einzeln zu verdrahten, laufen alle Daten über eine gemeinsame Leitung. Klassische Feldbusse wie PROFIBUS DP arbeiten seriell über RS-485 und brauchen an beiden Enden eines Segments einen Abschlusswiderstand.

Industrial Ethernet wie PROFINET IO nutzt Standard-Ethernet mit Switches. Der IO-Controller (meist die SPS) tauscht zyklisch Daten mit den IO-Devices aus, ein IO-Supervisor dient zum Einrichten und Diagnostizieren. Für normale E/A reicht der Echtzeitkanal RT, für taktsynchrone Bewegungsführung mit sehr kurzen Zyklen und kleinem Jitter gibt es IRT. Jedes Gerät wird über seinen Gerätenamen gefunden, die IP-Adresse vergibt dann der Controller.

IO-Link ist kein Bus, sondern eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen einem IO-Link-Master und einem Sensor oder Aktor über ungeschirmte Standardleitung. Sicherheitsgerichtete Daten können über Profile wie PROFIsafe auf demselben Kabel laufen, weil die Sicherheit in den Endgeräten liegt und nicht im Übertragungsweg.

Rechenaufgaben drehen sich meist um die Übertragungsdauer. Zähle zuerst alle Bits, die tatsächlich auf der Leitung liegen, also auch Start-, Paritäts- und Stoppbits oder den Rahmen eines Ethernet-Telegramms, und teile dann durch die Übertragungsrate.

Das solltest du dir merken

PROFIBUS DP nutzt RS-485, jedes Segment braucht an beiden Enden einen aktiven Abschluss.
PROFINET IO findet Geräte über den Gerätenamen, nicht über die IP-Adresse allein.
IRT brauchst du nur für taktsynchrone Anwendungen, normale E/A laufen über RT.
IO-Link verbindet genau einen Sensor oder Aktor mit einem Port des Masters.
Übertragungsdauer ist Anzahl der Bits auf der Leitung geteilt durch die Bitrate.

Formeln

Übertragungsdauer: $t = \frac{n _{Bit}}{r}$; $t$ Übertragungsdauer in s, $n_{Bit}$ übertragene Bits einschließlich Rahmen, $r$ Übertragungsrate in bit/s
Bits bei UART-Zeichen: $n_{Bit} = n_{Zeichen} \cdot 11$; Jedes Zeichen besteht beim PROFIBUS aus Startbit, 8 Datenbits, Paritätsbit und Stoppbit, also 11 Bit

Typische Fehler in der Prüfung

Mit 8 Bit je Zeichen gerechnet und den UART-Rahmen vergessen, die Zeit wird dann zu kurz.
kbit/s oder Mbit/s nicht in bit/s umgerechnet, das Ergebnis ist um den Faktor 1000 falsch.
IO-Link als Bus mit mehreren Teilnehmern an einem Port beschrieben.
Fehlenden oder doppelten Abschlusswiderstand bei PROFIBUS als Fehlerursache übersehen.

Tipps aus der Werkstatt

Merk dir die Familien: PROFIBUS, CAN und AS-Interface sind klassische Feldbusse mit eigener Physik; PROFINET, EtherNet/IP und EtherCAT bauen auf Ethernet auf. Wenn in der Aufgabe „Standard-Ethernet“ oder „RJ45“ steht, scheiden die klassischen Busse sofort aus.
IO-Link ist kein Bus, sondern eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung vom Master zu je einem Sensor oder Aktor über normale dreiadrige Leitung. Der Master selbst hängt dann am Feldbus. Diese Unterscheidung wird gern abgefragt.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

16 Aufgaben zu „Feldbusse und Industrial Ethernet“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

Jetzt üben

Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Automatisierungstechnik 18.12.2020, Lernfeld 9; IEC 61158 und IEC 61784 (Feldbusse). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.