Definition und Grundlagen:
Ein Bus ist in der Elektronik und Informationstechnik ein Kommunikationssystem, das eine oder mehrere gemeinsame Übertragungsleitungen nutzt, um den Datenaustausch zwischen verschiedenen angeschlossenen Geräten oder Komponenten zu ermöglichen. Anstatt jedes Gerät einzeln miteinander zu verbinden (Punkt-zu-Punkt-Verbindung), teilen sich alle Teilnehmer den Bus, über den Informationen gesendet und empfangen werden.
Das Konzept eines Busses ist fundamental für die Struktur und Effizienz moderner Computersysteme und insbesondere in der industriellen Automatisierung weit verbreitet. Es reduziert den Verkabelungsaufwand erheblich und ermöglicht eine flexible und modulare Systemarchitektur.
Architektur und Funktionsweise:
- Physikalische Ebene: Besteht aus Leitungen (Kupferkabel, Lichtwellenleiter, Funk) und Steckverbindern.
- Protokolle: Definiert Regeln und Formate für den Datenaustausch, um sicherzustellen, dass alle Teilnehmer die Nachrichten verstehen (z.B. Wer sendet wann? Wie werden Fehler behandelt?).
- Adressierung: Jeder Teilnehmer am Bus hat eine eindeutige Adresse, damit Nachrichten an den richtigen Empfänger gesendet werden können.
- Master/Slave oder Peer-to-Peer: Bussysteme können nach verschiedenen Kommunikationsmodellen arbeiten. Bei Master/Slave gibt es eine zentrale Instanz (Master), die die Kommunikation steuert. Bei Peer-to-Peer können alle Teilnehmer gleichberechtigt kommunizieren.
Typen von Bussen in der Automatisierung:
- Feldbusse: Bussysteme für die Kommunikation auf der Feld- und Steuerungsebene. Beispiele: PROFIBUS, CANopen, DeviceNet, Modbus. Sie sind oft für spezifische Anwendungen optimiert (z.B. zyklische E/A-Daten, kleine Datenmengen).
- Industrial Ethernet: Basierend auf dem Standard-Ethernet, aber mit Erweiterungen für Echtzeitfähigkeit und Robustheit für industrielle Umgebungen. Beispiele: PROFINET, EtherCAT, EtherNet/IP, Modbus/TCP. Diese Systeme bieten höhere Bandbreiten und sind für die vertikale und horizontale Integration in Industrie 4.0 wichtig.
- Systembusse: Busse, die verschiedene Module innerhalb eines Geräts oder Systems verbinden (z.B. die Backplane einer SPS, ein PCI Express Bus in einem Industrie-PC).
Vorteile von Bussen:
- Reduzierung des Verkabelungsaufwands: Deutlich weniger Kabel und Installationszeit.
- Modularität und Flexibilität: Einfaches Hinzufügen, Entfernen oder Austauschen von Geräten.
- Diagnosefähigkeit: Viele Bussysteme bieten umfangreiche Diagnosemöglichkeiten, die die Fehlersuche erleichtern.
- Datentransparenz: Ermöglicht die Übertragung von Prozess- und Diagnosedaten an höhere Systemebenen.
- Echtzeitfähigkeit: Moderne Bussysteme sind für den Einsatz in zeitkritischen Anwendungen optimiert.
Busse sind das Rückgrat der modernen Automatisierung und ermöglichen die Vernetzung von Sensoren, Aktoren, Steuerungen und übergeordneten Systemen zu einem integrierten Ganzen.
→ Siehe auch: Feldbus, Industrial Ethernet, SPS, Kommunikation, Echtzeitfähigkeit, Topologie, Backplane
