Als ersten Bus wollen wir uns den ASI-Bus, das AS-Interface, anschauen. Ich schreibe es mal an. Ein sehr einfacher Bus. Er hat im Kern, baut er sich auf aus zwei Leitungen, über die sowohl Strom, klar, als auch Daten übertragen werden.
Das bedeutet, der Bus definiert eine Übertragung über zwei Leitungen, eine zweitere Übertragung. Wobei hier die spezielle Eigenheit ist, dass zusätzlich über diese Datenleitungen ein gewisser Strom übertragen wird, ein Gleichstrom. Das bedeutet, wenn ich einen Sensor oder einen Aktor habe, der mit diesem übertragenen Strom auskommt, liefert der Bus alles, um diesen Sensor direkt nur an diesen Bus anzuschließen und damit einfache Daten übertragen zu können.
Begrenzt ist dieser Bus, oder vom Aufbau her funktioniert dieser Bus so, Man hat wieder einen Master und an dem Master können jetzt nacheinander verschiedene Slave-Sensoren angeschlossen werden. Bis zu 16 Stück, die müssen eine gewisse Adresse haben. Man hat hier eine Begrenzung.
Es gibt auch einen fortgeschrittenen oder eine Neudefinition dieses Boost-Typs, dann können es bis zu 32 Sensoren sein. Man ist aber relativ beschränkt. Dafür bekommen diese Sensoren alle diesen Strom von diesem Master-Anschluss und können ihre Daten zum Master übermitteln. Die Kommunikation selber, der Medienzugriff, erfolgt dann eigentlich relativ klar. Der Master fragt den ersten Slave an, sendet damit auf der Datenleitung, der antwortet diesem Master und gut ist.
Dann wird der nächste Slave abgefragt und so weiter. Das heißt, der Master kontrolliert den gesamten Zugriff auf die Medien und wie kommuniziert wird unter den einzelnen Teilnehmern. Ein sehr schöner Bus, ein sehr einfacher Bus, durch die Stromübertragung auch immer noch verwendet, wird aber immer mehr verdrängt durch moderne Standards, die auf den normalen Ethernet bzw. RJ45-Netzwerkkabeln beruhen.
Genauso wie der nächste Bus, den wir anschauen wollen, Profibus, der hat gewissermaßen auch schon Nachfolge erhalten durch ProfiNet, mit dem beschäftigen wir uns noch später. Der Profibus ist ein offener Standard, das heißt offen einsehbar. Typische Schnittstellen, die Profibus verwendet, wären die RS485-Schnittstelle.
Es gibt aber auch Definitionen für Lichtwellenleiter und andere Sachen. Das heißt, das Medium selber ist nicht genau festgelegt. Und es gibt verschiedene Typen von Profibus, von denen immer die drei wichtigsten, was heißt die drei wichtigsten, die drei Kerntypen, die hier unterschieden werden, aufschreiben will. Das ist Profibus FMS, Field Pass Message Specification. Dabei geht es um die objektorientierte Kommunikation von Teilnehmern im Bus untereinander, Parametrisierung und so weiter.
Der wichtigste Unterteil vom Profibus ist Profibus DP, Decentralized Peripherals. Da geht es tatsächlich darum, IOs anzubinden, externe IOs. Das heißt, IOs, die an einer anderen Stelle hängen, kommunizieren über dieses Unterprotokoll zurück. Und dann gibt es hier noch eine zusätzliche Sonder.
Das ist Profibus PA. PA steht für Process Automation. Hier geht es darum, sichere Übertragung in explosionsgefährdeten oder gefährlichen Umgebungen für Mischanlagen, für Chemieanlagen und so weiter.
Hier werden auch unterschiedliche Übertragungsmedien typischerweise eingesetzt. Hier an der Stelle oftmals Lichtwellenleiter. Hier der normale 485-Bus mit normalen entsprechenden Kabeln, genauso wie hier oben auch, am meisten eingesetzt und am wichtigsten.
ist aber dieses Profibus-DP, das für die Übertragung der tatsächlichen Daten zuständig ist. Wie funktioniert Profibus ansonsten? Im Kern ist das ein sogenanntes Token-Passing-Verfahren mit Master-Slave-Prinzip.
Das heißt, man stellt sich vor, man hat hier mehrere SPS-Stationen an der Stelle und die sind hier zum Beispiel über den Ring miteinander verbunden, die geben so einen Token weiter. Das hier sind alles Master und derjenige Master, der jetzt dieses Token zum Beispiel gerade hat, der bekommt jetzt Zugriff auf den Bus, an dem die eigentlichen Slaves die Sensoren hängen. Können auch Aktoren sein, ganz egal, sind alles Slaves. Dieser Master erhält dann den exklusiven Zugriff drauf und regelt dann eigentlich wie hier oben im ASI-Interface.
den Zugriff als Master zu den Slaves, das heißt, er fragt den Slave an, kriegt Antwort von dem und verarbeitet die Daten desjenigen. Dadurch hat man aber... Dennoch die Möglichkeit durch dieses zusätzliche Token Passing, dass mehrere SPS-Stationen auf denselben Feldbus, dieselbe Feldbusleitung zugreifen können und ihren Zugriff auch erhalten können als Master auf die unterschiedlichen Slaves, die in den meisten Fällen Sensoren, IOs oder vielleicht auch Aktoren sein werden.
Zum Abschluss der Reihe will ich hier noch den CAN-Bus erwähnen. Bekannter aus der Automobilindustrie. Es ist eine zweiaderige Leitung normalerweise, ist aber nur zur Datenübertragung gedacht.
Hier war es wichtig bei CAN, die Sicherheit in den Fokus zu stellen. Mobilindustrie, sichere Übertragung von Daten ist da sehr wichtig. Deswegen benutzt CAN vor allem eins, ein spezielles Verfahren zum Medienzugriff, nämlich ein Bit-Arbitrierungsverfahren.
Und das ist eigentlich relativ... Relativ einfach, wie das funktioniert. Alle Teilnehmer können anfangen, gleichzeitig auf den Bus zu senden.
Und je nachdem, ob jetzt gleichzeitig gesendet wird oder nicht. Wenn nicht gleichzeitig gesendet wird, ist natürlich alles okay. Dann kann der Empfänger seine Daten empfangen. Wenn gleichzeitig gesendet wird, können sich jetzt natürlich diese einzelnen Datenstränge überlagern.
Da aber normalerweise bei der parallel gestarteten Übertragung, sage ich jetzt mal, die Bit sich in einem gewissen Muster überlagern werden, wird es immer so sein, dass ein High-Bit oder ein Low-Bit, je nachdem was man als dominant ansehen will, übertragen wird, wo der andere Teilnehmer gerne ein Low-Bit bzw. ein rezessives, nicht dominantes Bit übertragen hätte. Das bedeutet, fangen jetzt zwei Kern-Teilnehmer gleichzeitig das Senden an, senden die am Anfang erstmal ihre Adresse, ihre Adressnummer und wenn diese Adressnummer sich überlagert beim gleichzeitigen Senden, hört jeder Kennteilnehmer gleichzeitig auf die Leitung zurück und überprüft, ob das, was er gesendet hat, auch tatsächlich auf der Leitung anliegt. Das heißt, senden beide Teilnehmer eine 1, werden beide Teilnehmer denken, okay, alles okay, ich kann weiter senden, weil mein Bit auch tatsächlich anliegt.
Sendet jetzt einer eine 1 und der andere eine 0 und die 0 wäre jetzt zum Beispiel das dominante Signal, das übertragen wird, dann würde der, der die 1 übertragen hat, sehen, oh, da liegt eine 0 an der Leitung an, weil die überlagert worden ist, seine eigene 1 überlagert worden ist von dieser 0. sodass der Teilnehmer dann feststellt, mein Bit wurde nicht übertragen, ich halte mich jetzt aus der Leitung raus, da muss ein anderer gerade parallel darauf zugreifen. Für denjenigen, der die Null gesendet hat, ist immer noch alles in Ordnung, für den war diese Null auf der Leitung. Und so können jetzt, wenn viele Teilnehmer gleichzeitig gesendet haben, die einzelnen Teilnehmer nacheinander rausfallen, solange bis der mit dem dominantesten Bitmuster am Anfang, das heißt mit der dominantesten Adresse, seine Übertragung einfach durchführen kann.
Das heißt... Das ist hier so eine Erweiterung dieses CSMA-Verfahrens. Die Teilnehmer hören auf die Leitung, aber es ist noch weiter aufgefechtet und weiter spezifiziert dadurch, dass die einzelnen Bits mit betrachtet werden.
Was sich daraus natürlich auch ergibt, ist eine Priorisierung der Teilnehmer. Das heißt, es gibt gewisse Adressen, die vorrangig übertragen werden, beziehungsweise die fast immer übertragen werden. Und genau das ist der Vorteil für die Automobilindustrie.
Hoch priorisierte Teilnehmer können immer übertragen, zum Beispiel ein ABS- oder ein ESP-System, wohingegen niedriger priorisierte Teilnehmer, zum Beispiel ein Radio- oder ein Fensterheber oder etwas Ähnliches, nicht immer übertragen können, wo es ja überhaupt nicht notwendig ist.