Kapitel 7: Prozessbusse, Busse in der...

1-1 Bernd SchürmannGrundlagen

AG Entwurfsmethodik Eingebetteter SystemeVorlesung: Bussysteme

Kapitel 7: Prozessbusse, Busse in der Automatisierung

hier: Kommunikation/Automatisierung in

• Steuerung: - Fabrik, Kraftwerk, ...- Gebäude- Fahrzeug, Flugzeug, ...- . . . .

• Fertigung: CIM (Computer Integrated Manufacturing)- Computer steuert den gesamten Entwurfs- und Fertigungsprozess- Prozesssteuerung kann als Teil von CIM angesehen werden



prinzipielle Struktur digitaler Automatisierungssysteme

• verteiltes System mit Leitstation(en), (vielen) Prozessstationen und Kommunikationssystem

• Kommunikationssystem kann - als Bus, - als hierarchisches Netzwerk mit Punkt-zu-Punkt-Verbindungen oder - als Kombination dieser beiden

realisiert sein

ProzessrechnerProzessrechner

Führungsrechner

techn.

HeizungVentil Thermoelement Durchflussmesser

Motor

Pumpe

Prozess

Signalumsetzer,Stromversorgung

Prozessebene

„Nahbus“ (Feldbus)

„Fernbus“ (LAN)

„Punkt-zu-Punkt“

Führungsebene

Stellglied



Betriebs-ebene

(Produktions)-Leitebene

Prozessleitebene/Führungs-(System)-Ebene

(Basis)-Steuerungsebene

„dezentrale Peripherie“

Sensor/Aktor-Ebene

ZykluszeitDatenmenge

min

s

0,1 s

MByte

kByte

Byte

Bitms

Bürobus(LAN, WAN)

S/A-Bus

Fabrikbus(MAP-Broad-

band)

FeldbusProzess-/

Zellenbus(MAP-Carrier-band, TCP/IP)

Management-

Zell-

Feld-

ebene

ebene

ebene

MAP (Manufacturing Automation Protocol)



Anforderungen/Wünsche an das Kommunikationssystem:

• Übertragungsmedium muss für industrielle Umgebung geeignet sein- unempfindlich gegenüber Störungen und Beschädigungen

(z.B. großer Temperaturbereich, Freiluft, Industrieluft, Meeresluft, mechanische Schwingungen, hohe Induktivitäten durch Motoren)

- Fehlertoleranz (z.B. redundante Auslegung)

• leichte und schnelle Wartbarkeit, Fehlerdiagnosemöglichkeit

• Buszugriffsverfahren muss meist Echtzeitverhalten garantieren → deterministisch

• Möglichkeit zur ereignisorientierten Kommunikation → Interruptmöglichkeiten

• auf Einsatzbereich zugeschnittene Übertragungsgeschwindigkeit und Wirtschaftlichkeit ⇒ nicht mehr als 10% ... 20% der Kosten eines Automatisierungsgerätes

für die Busankopplung



7.1 Sensor/Aktor-Busse

→ Busse der prozessnahesten Ebene

• Anforderungen an die Sensor/Aktor-Ebene:- Echtzeitverhalten: Systemreaktionszeit i.Allg. einige wenige Millisekunden- Einsatz unter Feldbedingungen (z.B. LWL wegen erhöhter EMV)- flächendeckende Topologie- Wirtschaftlichkeit

→ durch Feldbusse bzw. noch höheren Ebenen nicht/kaum realisierbarz.B. - 10 ms Zykluszeit,

- direkter Anschluss billiger Sensoren/Aktoren (ca. 50,- DM / Stück)

• mögliche Verbindungsstrukturen:

- Sensoren/Aktoren sind direkt mit Leitebene (SPS-Steuerung, Mikroprozessor) Punkt-zu-Punkt verbunden

- eine Gruppe von Sensoren/Aktoren ist sternförmig über eine Ein-/Ausgabeeinheit zusammengefasst und dann über einen Bus (i. Allg. Feldbus) mit der Leitebene verknüpft

- Sensoren und Aktoren haben alle selbst einen eigenen Busanschluss und kommunizieren über den Bus direkt mit der Steuerung - ohne Zwischenebene



Feldbus

SPS

CPUCPU PP BIBI

PPPPSensoren / Aktoren

Parallel-verdrahtung(sternförmig)

. . .

Parallel-verdrahtung(sternförmig)

Sensoren / Aktoren

. . .. . .

seriellerZubringerbus

seriellerBus

BI: Bus-InterfacePP: Prozessperipherie mit Parallelverdrahtung

SPS mit herkömmlicher Peripherie

SPS mit dezentral verteilter Peripherie



industrielle Beispiele: - Aktor-Sensor-Interface (ASI)- INTERBUS-S: herstellerspezifisch (Phoenix Contact)

7.1.1 Das Aktor-Sensor-Interface ASI

→ Ziel: direkte Kopplung der Sensoren/Aktoren mit der Steuerung über einen Bus

• Anforderungen (vgl. oben):- einfache Installation- einfache Inbetriebnahme und Wartung

→ möglichst ohne Schulung- günstiger Preis (da viele Busanschlüsse)

⇒ Daten und Energie für alle Sensoren und die meisten Aktoren über ein Zweileiterkabel

⇒ anspruchsloses, robustes Übertragungsverfahren ohne Einschränkung bzgl. Netztopologie

⇒ kleiner, kompakter, billiger Busanschluss(Forderungen werden von den meisten Bussystemen nicht erfüllt)

⇒ Entwicklung von ASI durch 11 Hersteller von Sensoren und Aktoren



• Master-Slave-Konzept mit einem Master:

- SPS- PC- Feldbus-Gateway

(z.B. zum Profibus)

ASI-Slaves

Sensor mitintegriertem

Bus-Interface Sensor mitexternemBus-Interface

Aktor mitintegriertem

Bus-Interface Aktor mitexternem Bus-Interfaceund eigenem Netzteil(→ konventionell)

ASI-Master

ASI ASI ASI ASI

Netz-teil

Steuerung

Netz-gerät

ASI-Master

Induktivtastermit eigenem

Koppelmodul

konventionelle Sensorenohne eigene Businterfaces

Businterface

Netz-gerät



Übertragungsmedium und Koppelmodul

• Übertragungsmedium: zwei alternative ungeschirmte Zweidrahtleitungen (→ max. 2 A bei 24 V):- 1,5 mm2 Stegleitung/Flachband-Starkstromleitung (→ preisgünstig)- 1,5 mm2 ASI-spezifische Flachbandleitung (→ Vorteile bei der Installation)

- Gesamtleitungslänge: 100 m (⇒ durch Repeater verlängerbar)- max. 100 mA Stromentnahme pro Slave- max. 1 Master und 31 Slaves pro Bus

aber: mehrere ASI-Stränge parallel schaltbar (⇒ max. 124 Sensoren/Aktoren)

• beliebige Netztopologien (Stern, Baum, Linie) durch Koppelmodule realisierbar

• Koppelmodul:- Kontaktierung in Form einer Durchdringungstechnik - Installation durch Einklipsen des ASI-Kabels ohne Schneiden und Abisolieren- jedes Koppelmodul kann 2 Kabel aufnehmen und diese elektrisch verbinden - zwei Arten von Anwendermodulen im Deckel:

- aktives Anwendermodul: enthält die Elektronik der eigentlichen Slave-Anschaltung → bis zu 4 konventionelle S/A anschließbar

- passives Anwendermodul: ohne eigene Elektronik → zur weiteren Verzweigung der ASI-Leitung



Struktur eines ASI-Slave

→ keine komplizierte Software notwendig

Stromver-sorgung

Sender

Empfänger

Ablauf-steuerung

EEPROM

DatenE/A

ParameterAusgabe

ASI+ASI-

Uout

0 VresetD0D1D2D3Data Strobe

P0P1P2P3ParameterStrobe

ASI-InterfaceSensor/Aktor-

Interface

enthält Register mitSlave-Adresse

wird bei Herstellung konfiguriert



Modulationsverfahren

• Anforderungen: - gleichstromfrei, da Datensignal der Energieversorgung überlagert ist- Master und Slaves müssen das Signal auf einfache Weise erzeugen können- schmalbandig, da die Dämpfung der Kabel schnell mit der Frequenz ansteigt

→ Verwendung der Alternating Pulse Modulation (APM):1. Manchester-Kodierung der Rohdaten (→ Phasenwechsel bei jeder Änderung des Sendesignals)

2. Erzeugung eines entsprechenden Sendestroms3. Sendestrom induziert über eine nur einmal im System vorhandene Induktivität einen

Signalspannungspegel, der größer als die Versorgungsspannung des Senders sein kann (→ neg. Spannung bei Stromanstieg, pos. Spannung bei Stromabfall)

⇒ niedrige Grenzfrequenz, wenn Spannungspulse etwa als sin2-Pulse geformt sind⇒ auf spezifizierten Leitungen Bitzeiten von 6 µs (⇒ 167 kBit/s) realisierbar

0 0 1

I

U0

UB

Sendebitfolge

Manchester-Code

Sendestrom

Bussignal(Sendespannung)

0



Übertragungsverfahren

• Buszugriffsverfahren: Master-Slave mit zyklischem Polling ⇒ echtzeitfähig• Master sendet Telegramm mit Adresse eines Slave (14 Bit à 6 µs)• Slave antwortet innerhalb einer vorgesehenen Zeit (7 Bit à 6 µs)• Master-Pause: i. Allg. 3, max. 10 Bitzeiten (danach geht Master davon aus,

dass keine Antwort mehr kommt und sendet nächste Anfrage• Slave-Pause: 1 Bitzeit (6 µs)

→ nur 5 Bit-Informationsfelder in Telegrammen, um Telegramme kurz zu halten

⇒ 14 + 3 + 7 +1 = 25 Bit je Zyklus ⇒ 150 µs je Zyklus⇒ 5 ms Gesamtzykluszeit bei 31 Slaves (ausreichend für SPS-Steuerungen)

0 SBA4 A3 A2 A1 A0 I4 I3 I2 I1 I0 PB 1 0 I3 I2 I1 I0 PB 1

ST EB ST EB

Master-Aufruf Master-Pause Slave-Antwort

Slave-Pause

A4...A0: Slave-Adresse (5 Bit)I4...I0: InformationsbitsPB: Paritätsbit

ST: StartbitSB: SteuerbitEB: Endebit



Datensicherheit→ Prüfung nach anderen Kriterien als bei bisher betrachteten Bussystemen

• wegen der Kürze der Telegramme wäre der Prüfsummen-Overhead zu groß• bei ASI wird auf OSI-Schicht 1 der Signalverlauf getestet:

sechzehnmalige Abtastung während einer Bitzeit

• folgender Regelsatz wird von Slave-Modul getestet:- Start-/Stoppbits: erster Impuls muss negativ, letzter Impuls muss positiv sein- aufeinanderfolgende Impulse müssen unterschiedliche Polarität haben- zwischen zwei Impulsen in einem Telegramm darf nur ein Impuls fehlen- kein Impuls in Pausen- gerade Parität

⇒ hohe Sicherheit: - alle Ein- und Zweifach-Impulsfehler erkannt- 99,9999% aller Drei- und Vierfach-Impulsfehler erkannt- Paritätsprüfung wird erst ab Dreifach-Impulsfehler wirksam

• theoretische Abschätzung:bei Bitfehlerrate von 100 Fehlern/s wird nur alle 10 Jahre ein fehlerhaftes Telegramm nicht erkannt

• fehlerhafte Telegramme werden wiederholt, erhöhen aufgrund ihrer Kürze aber kaum die Gesamtzykluszeit



7.1.2 INTERBUS-S

• herstellerspezifisch (Phoenix Contact)

• Master-Slave-System mit Master als Ankopplung an höheres Bussystem

• Zykluszeit eindeutig berechenbar, da nur “dumme” Sensoren/Aktoren ohneeigenen Kontroller eingesetzt werden; jeder Sensor/Aktor weist feste Anzahl an Messwerten bzw. Steuerwerten auf

• Zykluszeit ist abhängig von Anzahl von Stationen ⇒ i. Allg. wenige Millisekunden

• Ringtopologie: an ein vom Master ausgehenden Hauptring können über Busklemmen (→ spezielle Koppelkomponenten) Subringe angekoppelt werden

• Subringe können lokalen Charakter (→ Peripheriebus zur Bildung lokaler I/O- Cluster) haben oder zur Ankopplung dezentraler Einheiten über große Entfernungen (→ Installationsfernbus) dienen

• Datenhin- und -rückleitungen gehen durch alle Geräte, so dass sich eine Linien- bzw. Baumstruktur ergibt



Fernbus 400 m

400 m

Peripheriebus8 Teilnehmer, 10 m

Installationsfernbus50 m

Fernbus13 km

Busklemmen:- Repeater- schaltet alternative Wege

→ zur Systemkonfiguration→ zur Fehlerlokalisierung

Master



Übertragung (OSI-Schicht 1)

• Medium: - Twisted-Pair, 5 Adern (4 Datenleitungen und Masseleitung zwischen zwei Geräten) oder- LWL

• RS-485-Schnittstelle

• in jeder Busklemme kann das Medium gewechselt werden (Kupfer ↔ LWL)

• Übertragungsgeschwindigkeit: standardmäßig 500 kBit/s auch 125 kBit/sin Zukunft auch 2 MBit/s

• max. 13 km Gesamtausdehnung, max 400 m zwischen zwei Stationen

• max. 256 Teilnehmer



Übertragungsprotokoll (OSI-Schicht 2)

• Zugriffsverfahren: TDMA (Time Devision Multiple Access):jeder Teilnehmer erhält einen festen Zeitschlitz

• Summenrahmentelegramm: ein Telegramm für alle Stationen

⇒ Protokoll-Overhead wird mit steigender Zahl von Teilnehmern geringer⇒ Telegramm wird an alle Teilnehmer gesendet - jede Station entnimmt die für

sie bestimmten Teildaten aus dem Telegramm und fügt Daten für den Master ein (⇒ verteilte Schieberegisterstruktur)

CRC-Check CTRData n Data 1Data 2Data 3 Para 3Loopbackword

Station 3: Daten- und Parameterblock

Loopback-Wort: 16 Bit - Beginn eines neuen Telegramms des Masters

Data/Para: 16 Bit Nutzdaten2 Bit Start/Stop: ⇒ asynchrone Punkt-Punkt-Übertragung3 Kontrollbit (u.a. Data/Para-Unterscheidung)

CRC: 16 Bit-Prüfpolynom nach CCITT

CTR: 16 Bit mit denen die Stationen dem Master die fehlerfreie Datenübertragung bestätigen



Master

S1 S2 A3 S4

CTR CTR

CTR CTR

CTR

CRC0

CRC1

CRC2

CRC3

CRC4

LBW

S1 S2 A3 S4 LBW LBW

LBW

LBW

S1

S1 S1

S1

S2

S2

S2

A3

A3 S4

S2 A3

A3

S4

S4

S4

AnfangEnde Daten an Slaves

Daten zum Master



7.2 Feldbusse

• Busse oberhalb der Sensor/Aktor-Ebene• i. Allg. Multimaster-Busse• Ebenen lassen sich aber nicht immer genau abgrenzen

(oft werden Sensor/Aktor-Busse zu den Feldbussen gerechnet)

• Anforderungen an Feldbusse

- Entfernungen: einige Meter .... einige Kilometer

- flächendeckend, aber Unterstützung relativ autonomer Teilbereiche

- Flexibilität: zusätzliche Busteilnehmer sollten problemlos eingebracht werden können

- harte Zeitanforderungen:- maximale Reaktionszeit des Systems, Echtzeitfähigkeit- je nach Anwendung Reaktionszeiten im Millisekunden- .... Sekundenbereich

- aus wirtschaftlichen Gründen: serielle Bussysteme

- Zuverlässigkeit: Bussysteme sind störanfälliger als sternförmige Verkabelung ⇒ entspr. Maßnahmen notwendig, um Ausfallwahrscheinlichkeit zu reduzieren

(z.B. entspr. Kodierung, Fehlererkennung, störunempfindliches Übertragungsmedium)



7.2.1 PROFIBUS (Process Field Bus)

• herstellerübergreifend: von 14 Herstellern und 5 wissenschaftlichen Instituten entwickelt• hoher Verbreitungsgrad in Europa, in Deutschland nationale Feldbusnorm (DIN E 19245)• drei Varianten (s.u.)

• Linienstruktur (Bus) mit kurzen Stichleitungen

• Multi-Master-Bus mit Token-Passing Zugriffsverfahren

• Buszuteilung: - logischer Tokenring unter aktiven Teilnehmern (z.B. SPS-Steuerung)- Busmaster kann mit passiven Teilnehmern (Sensoren/Aktoren) kommunizieren- Kommunikationsdauer hängt von der Token-Soll-Umlaufzeit ab,

die vom Master mit gemessener, tatsächlichen Tokenumlaufzeit verglichen wird- jeder Master darf mindestens eine hochpriore Nachricht absenden und weitere

normale Nachrichten, wenn Token Soll-Umlaufzeit noch nicht überschritten ist⇒ gut vorhersagbares Echtzeitverhalten

Bus

1 2

3 4 5

6

7 8

aktive Teilnehmer(z.B. SPS, IPC)

passive Teilnehmer(Sensoren, Aktuatoren)

logischer Token-Ring

2 Prioritätsebenen




• Medium: - Shielded-Twisted-Pair (Bussegmente passiv abgeschlossen) → RS-485-Schnittstelle, NRZ-Kodierung

und/oder- LWL (für störbehaftete Umgebung)

• max. Leitungslänge abhängig von Übertragungsgeschwindigkeit/Fasertyp:

• Verlängerung durch max. 7 bidirektionale Repeater zwischen zwei Stationen• Kopplung Kupfer ↔ LWL möglich

• max. Anzahl von Teilnehmern: - zeitkritische Anwendungen: 32 (in einem Segment)- unkritische Anwendungen: 126 (insgesamt)

Kupferkabel Lichtwellenleiter

Bandbreite[kBit/s]

max. Länge je Segment[m]

Fasertypmax. Länge

[m]

9,6 / 19,2 / 93,75 1.200 Multimode-Glasfaser 2.000 - 3.000

187,5 600 Monomode-Glasfaser > 15.000

500 400 Kunststofffaser < 80

1.200 100 PCF-Faser 500



Übertragungsprotokoll (Schicht 2: FDL - Fieldbus Data Link)

• zeichenorientierte Übertragung: ein Zeichen besteht aus 11 Bit (→ UART1-Zeichen)

→ verschiedene Telegrammformate, die vier Kategorien zugeordnet werden können:

Start Daten Parity Stopp

0 DDDDDDDD P 1

1. UART = Universal Asynchronous Receiver-Transmitter - s. serielle Schnittstelle

SD1 DA SA FC FCS ED

SD2 DA SA FC FCS EDDaten

SD3 DA SA FC FCS EDDatenLE LEr SD3 Daten

Format mit fester Informationsfeldlänge (L = 3) ohne Daten (D = 0)

Format mit variabler Informationsfeldlänge (L = 4 ... 249)

Format mit fester Informationsfeldlänge (L = 11) mit Daten

8 Zeichen

0 ... 246 Zeichen

SD1 ... SD4: Startsequenz (Start Delimiter)

LE, LEr: Längenbyte (Length)

DA: Zieladresse (Destination Address)

SA: Quelladresse (Source Address)

FC: Kontrollbyte (Frame Control)

FCS: Prüfpolynom (Frame Check Sequence)

ED: Endesequenz (End Delimiter)SD4 DA SA

Tokenformat(Wiederholung)



• Zugriff der Anwendung auf Telegramme über verschiedene Dienste:

Höhere Schichten

• OSI-Schichten 3 ... 7 sind beim PROFIBUS nicht vollständig ausgeprägt⇒ direkt auf der FDL-Schicht (Schicht 2) sitzt die Anwendungsschicht

• Anwendungsschicht (Schicht 7) ist in zwei Teilschichten unterteilt:- untere Teilschicht: LLI - Lower Layer Interface

→ Schnittstelle zwischen Anwendungsschicht und Schicht 2→ Realisierung der Schnittstelle zur FMS-Schicht über 5 Dienste

- obere Teilschicht: FMS - Fieldbus Message Specification→ Vielfalt von Diensten für den Anwender

SDNSend Data with No acknowledge

meist für Broadcast-Nachrichten(⇒ Adresse 127)

SDASend Data with Acknowledge

Elementardienst

SRDSend and Request Data

Elementardienst zur Datenabfrage

CSRDCyclic Send and Request Data

Empfänger hat in Zukunft zyklisch immer Daten zur Verfügung zu stellen⇒ Daten werden nicht erst bei Anfrage

erzeugt (wie bei SRD)



Zeitverhalten

• Reaktionszeit eines Masters ist abhängig von Anzahl der Slaves im System

• fallen ein oder mehrere Master aus, optimiert sich das System über spezielle Nachrichten selbst

• Token-Soll-Umlaufzeit stellt den Worst-Case für einen Umlauf dar

Overhead

• der Overhead beim PROFIBUS kann erheblich sein:- jedes Zeichen hat 3 Bit Overhead (Start, Parity, Stopp)- Telegrammformate besitzen mehr oder weniger viele Steuerzeichen

⇒ im Extremfall fallen bis zu 90% Steuerzeichen an



Varianten

• 1987 - 1991: Entwicklung des (Standard-) FMS-Profils→ 39 verschiedene Kommunikationsdienste→ nicht geeignet für zeitkritische Anwendungen

• 1993: Entwicklung von PROFIBUS-DP (Dezentrale Peripherie) für Einsatz im unteren Feldbusbereich→ Anwendung setzt direkt auf Schicht 2 auf (ohne LLI-Schicht)→ einfacheres Protokoll

⇒ schneller

• 1996: Entwicklung von PROFIBUS-PA (Prozessautomatisierung) → Unterschied zum DP-Profil nur im Übertragungsmedium→ wichtige Eigenschaft: Eigensicherheit (für explosionsgefährdete Bereiche)

(u.a. durch geringe Signalenergie und Übetragungsrate [max. 31,25 kbit/s])

Einsatzbereich Fertigungsautomatisierung Prozessautom.

Profil FMS(Field Message Specification)

DP(Dezentrale Peripherie)

PA(Prozessautomatisierung)



7.2.2 CAN (Controller Area Network)

• 1981 von Bosch und Intel entwickelt• Ursprung: Automobilbereich

(→ Reduzierung des KFZ-Gewichts, Vereinfachung der Kabelführung, Erweiterbarkeit, ...)

• Ziel: Vernetzung komplexer Controller und Steuergeräte• internationale Verbreitung u.a. in - Automobilbereich (Mercedes, BMW)

- Haushaltsgerätesektor (Bosch)- Textilmaschinen- Apparate der Medizintechnik

• auch als Sensor/Aktor-Bus bei Einhaltung von Echtzeitanforderungen einsetzbar

• preisgünstige Busanschaltkomponenten durch hohe Stückzahl

• zwei aktuelle Standards: CAN 2.0A und 2.0B

• Festlegung der OSI-Schichten 1, 2 und 7 → Schicht 7: CAN Application Layer (CAL)→ hier: nur Schichten 1 und 2




• Medium: Shielded-Twisted-Pair (RS-485)NRZ-Kodierung, Bitstuffing

• differentielle Spannungspegel (bei Zweidraht), um Störungen durch elektromagnetische Einstrahlung zu vermeiden

• hohe Datenübertragungsrate: 10 kBit/s ... 1 MBit/s (→ in Praxis: effektiv 500 kBit/s) bei Buslängen von 40 m bis 1 km

• kurze Nachrichten in Blöcken von max. 8 Byte (s.u.)⇒ geringe Latenzzeit, kurze Reaktionszeit (bei 40 m und 1 MBit/s: 134 µs Reaktionszeit)

• Multi-Master-Bus mit serieller Übertragung

• Differenzierung zwischen hochprioren und normalen Nachrichten⇒ viele hochpriore Nachrichten können normalen Nachrichten den Buszugang versperren

• max. 2032 Identifier (→ 11 Bit) für verschiedene Nachrichtenobjekte⇒ CAN ist nachrichten-/objektorientiert (nicht teilnehmerorientiert)

(keine Adressen in Nachrichten, sondern Broadcast - jede Station muss selbst aus Nachrichten-Id herausfinden, welche Nachricht für sie ist)

• wichtig: Übertragungssicherheit und Datenkonsistenz (→ starke Störungen im Automobilbereich)→ CRC-Prüfung→ Restfehlerwahrscheinlichkeit von 10-13



Buszugriff (OSI-Schicht 2a - MAC)

• Busarbitrierung: CSMA/CA: dezentrale, bitweise, prioritätsgesteuerte Arbitrierung → dominante (“0”) und rezessive (“1”) Spannungspegel

• Voraussetzung: alle Stationen fangen zur gleichen Zeit mit Arbitrierung an (→ quasisynchron)

Bitorientierter Nachrichtenaustausch (OSI-Schicht 2b - LLC)

• 4 Rahmenformate:

- Data Frame: Datenübertragung

SO

F

Ident RT

R

DLC

3 2 1 0

Data CRC ACK EOF IFS

11 0...64 15 7 3

Arbitrierungs-feld

Steuer-feld

Datenfeld CRC-Feld ACK-Feld

IDE

r0CAN 2.0A



- Remote Frame: Anforderung von Daten

IDE ext. Ident

RT

R

DLC

3 2 1 0

Data CRC ACK EOF IFS

18 0...64 15 7 3

Arbitrierungs-feld

Steuer-feld

Datenfeld CRC-Feld ACK-Feld

SOF, EOF, IFS: Start Of Frame, End Of Frame, Inter Frame SpaceRTR: Remote Transmission Request (→ Anforderung einer Nachricht)

0 = Data Frame; 1 = Remote FrameSRR: Substitute Remote RequestIDE: Identifier Extension Bit (CAN 2.0A: “0”, CAN 2.0B: “1”)Steuerfeld: r0, r1 reserviert für Extended CAN, 4 Bit Datenlänge (DLC - Data Length Control)ACK: Sender überträgt rezessives Bit (“1”), Knoten, die fehlerfrei empfangen

haben, senden dominantes Bit (“0”) in diesem Feld

SO

F

Ident

r0 r1SR

R

11

CAN 2.0A



- Error Frame: Fehlererkennung

- Overload Frame: Flussregelung

Fehlererkennung

• keine Quittierung, da mehrere Empfänger angesprochen (→ Multicast)

• ACK-Feld: sobald ein Empfänger korrekte Nachricht erkennt, überschreibt er die rezessive “1”→ Sender prüft die “0”, um Sendefehler auszuschließen

• jeder Sender liest seine Daten (außer Arbitrierung und ACK)⇒ Detektion von Bitfehlern

• Bit-Stuffing: max. 5 gleiche Bits

• Error-Frame: sobald eine Station einen Fehler erkannt hat, sendet sie 6 dominante “0”→ Verletzung der Bit-Stuffing-Regel, wodurch Fehler von anderen erkannt wird→ andere Stationen senden ebenfalls Fehlerflag

→ durch Überlagerung wird Error-Frame max. 12 “0” lang

EOFData IFS

86

6...12

(primär) (sekundär)



7.2.3 Weitere Bussysteme im Automatisierungsbereich

Anwendungsfeld Bezeichnung

S/A-Ebene• VariNet-2 (Pepperl + Fuchs)• Merkur • ME-Net

Fabrikautomation

• Bitbus (von Intel; IEEE 1118 standardisiert) • FIP (Factory Instrumentation Protocol) • DIN-Messbus• SERCOS (Serial Real-Time Comm. System)• II/O-Feldbus (Industrial I/O)

Gebäude

• LON (Local Operating Network)• EIB (European Installation Bus)• Powerline• HBS (Home-Bus-System)

Kraftfahrzeuge• SAE J1850• ABUS• I-, M-, P-Bus

Kapitel 7: Prozessbusse, Busse in der...

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