Lernfeld 11 · Prüfung Teil 2

Industrial Ethernet und Feldbusse

Industrial Ethernet und Feldbusse: PROFINET, EtherCAT, Modbus TCP, IO-Link, Topologien, Priorisierung und Echtzeit.

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Darum geht es

Standard-Ethernet garantiert keine feste Übertragungszeit, weil Rahmen in Switches warten können. Industrial-Ethernet-Systeme erreichen Echtzeit auf verschiedenen Wegen: PROFINET priorisiert seine Echtzeitrahmen und reserviert bei IRT Zeitschlitze in den Switches, EtherCAT schickt einen Rahmen durch alle Slaves, die ihre Daten im Durchlauf lesen und schreiben. Modbus TCP nutzt Standard-Ethernet ohne Echtzeitklasse. IO-Link verbindet einzelne Sensoren und Aktoren Punkt zu Punkt mit einem Master.

Ein PROFINET-Controller findet seine Geräte über den projektierten Gerätenamen und vergibt dann die IP-Adresse. Beim Gerätetausch muss deshalb der Name stimmen. Kupferstrecken sind auf 100 m begrenzt, längere Wege und Verbindungen zwischen Gebäuden laufen über Lichtwellenleiter.

Die Topologie bestimmt die Verfügbarkeit: In der Linie trennt eine Unterbrechung alle folgenden Teilnehmer ab, im Ring mit Redundanzprotokoll bleibt alles erreichbar. Ohne Redundanzprotokoll erzeugt jede zweite Verbindung zwischen Switches einen Broadcast-Sturm. Industrie-Switches bieten Priorisierung, VLAN, Diagnose und redundante Einspeisung.

Das solltest du dir merken

PROFINET-Geräte werden über den Gerätenamen gefunden.
Kupfer-Ethernet höchstens 100 m je Strecke.
Ringe nur mit Redundanzprotokoll, sonst Broadcast-Sturm.
Echtzeitrahmen werden priorisiert oder in reservierten Zeitschlitzen übertragen.

Formeln

Belegungszeit eines Ethernet-Rahmens: $t = \frac{( B + 20 ) \cdot 8}{R}$; $B$ Rahmenlänge in Byte, 20 Byte für Präambel und Pause, $R$ Datenrate
Zyklische Nutzdatenrate: $R = \frac{n \cdot B \cdot 8 \cdot 2}{T _{Zyklus}}$

Typische Fehler in der Prüfung

Beim Gerätetausch nur die IP-Adresse eingestellt.
Präambel und Pause bei der Belegungszeit vergessen.
Einen Ring ohne Redundanzprotokoll gesteckt.

Tipps aus der Werkstatt

PROFINET findet seine Geräte über den Gerätenamen, nicht über die IP-Adresse. Beim Tausch also zuerst den Namen vergeben. Und Kupfer-Ethernet hat höchstens 100 m je Strecke, für mehr nimmst du Lichtwellenleiter.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

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

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Informations- und Systemtechnik, Lernfeld 11 (Vernetzte industrielle Systeme optimieren und Fehler analysieren). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.