Merkmale und Anwendungsgebiete

Der DIN-Meßbus entstand in Zusammenarbeit zwischen Herstellern im Bereich der Fertigungsmeßtechnik, Anwendern aus der Automobilindustrie und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt als typische Anwendernorm. Er wurde für die OSI-Schichten 1 und 2 im September 1989 als DIN 66 348 Teil 2: "Schnittstellen und Steuerungsverfahren für die serielle Meßdatenübermittlung, Start-Stop-Übertragung, 4-Draht-Bus" genormt. Die meßtechnische orientierte Anwendungsschicht wurde als DIN 66348-3: 1995-4 im Entwurf herausgegeben und im Dezember 1995 als Norm beschlossen. Der DIN-Meßbus setzt sich von anderen Feldbussen durch die Verwendung einer Voll-Duplex-Übertragung ab. Daraus folgt eine sehr hohe Busverfügbarkeit und Fehlertoleranz. Physikalisch defekte oder mit Protokollfehlern behaftete Teilnehmer blockieren nicht das gesamte Bussystem sondern nur die Teilnehmersendeleitung zur Leitstation. Über die freie Empfangsleitung können durch Rundruftelegramme Notdienste für alle nicht gestörten Teilnehmer veranlaßt und Wartungsdienste über spezielle Meldestationen angefordert werden. Vorteilhaft ist bei der Voll-Duplex-Technik auch die geringe Prozessorbelastung und der einfache Aufbau von Leitungsverstärkern (Repeatern) und Ankoppelschaltungen für andere Übertragungsmedien (Infrarotstrecken, Lichtwellenleiter).
Teilnehmer können rückwirkungsfrei am Bus zu- oder abgeschaltet werden; eine unterbrochene Datenübertragung wird nach wiederhergestellter Verbindung problemlos fortgeführt. Das flexible Busmanagement erfaßt hinzukommende oder fehlende Teilnehmer ohne Störungen und ohne die Notwendigkeit zur erneuten Initialisierung des Systems. Eine Besonderheit des Übertragungsprotokolls ist die sehr kurze Statusanfrage, mit der die Leitstation feststellen kann, ob bei einem Gerät Daten zur Übertragung anliegen. Dies dient insbesondere der schnellen Ereignisbearbeitung (schnelle Reaktion z.B. auf Grenzwertüberschreitungen). Beim Warten auf Ereignisse hat der DIN-Meßbus damit eine überdurchschnittlich hohe Abfragerate. Die klassische Master-Slave-Struktur des DIN-Meßbusses (Bild 1) führt zu sehr übersichtlichen Anwendungen, da die Applikationsprogramme lediglich im Master gefahren werden. Ein weiterer Vorteil dieser Struktur sind die besonderen Möglichkeiten beim Busmanagement. Die Busteilnehmer können beim Polling unterschiedlich häufig bedient werden, woraus sich große Freiheitsgrade bei der Festlegung von Reaktionszeiten ergeben.

Bild 1: Busstruktur nach DIN 66 348 Teil 2

Der mit der Master-Slave-Struktur verbundene hierarchische Aufbau erleichtert die Integration eines DIN-Meßbus-Netzes in andere Netzwerke (LAN, WAN). Der Master wird dabei als Gateway ausgeführt, was besonders einfach für Netze mit MMS (Manufacturing Message Specification) zu realisieren ist, da die Anwenderschicht zum DIN-Meßbus (DIN 66348-3) auf MMS basiert. Neben 7 sog. Basisdiensten (Verbindungsaufbau, -abbau und -abbruch, Auftragsbearbeitung, Auftragsabbruch, Ereignis- und Ablauffehlermeldung) werden drei Anwendungsdienstgruppen (Variablendienste, speicherbereichsbezogene Dienste und Dienste zur Programmsteuerung) und die drei allgemeinen Dienste 'Status', 'Identifikation' und 'Übertrage Namensliste' beschrieben. Da nur drei dieser Dienste obligatorisch sind, können sowohl umfangreiche Anwendungen als auch einfache Sensoren mit nur einem Anwendungsdienst, z. B. 'Variable lesen', realisiert werden. Die Codierung erfolgt auch hierbei im ASCII-Format. In einem in Arbeit befindlichen Teil 4 zu DIN 66 348 werden meßtechnische Variable, Befehle und Funktionen definiert sein, die die Steuerung von Meßfunktionen, die Übergabe von Meßparametern sowie die Erfassung und Darstellung der zu übertragenden Daten für unterschiedliche Anwendungen erleichtern. Einbindungen von DIN-Meßbus-Geräten in Standardmeßprogramme wie LabWindows und TestPoint wurden bereits von mehreren Firmen realisiert.

Physikalische Eigenschaften:

• Übertragung mit Differenzspannungssignal nach EIA RS 485
• Galvanische Trennung, Schirmung und Potentialausgleich
• Bus-Leitungslänge bis zu 500 m bei max. Übertragungsrate, beliebig verlängerbar
• Stichleitungslänge bis 5 m, beliebig verlängerbar
• Übertragungsraten 110 bit/s bis 1 Mbit/s (darunter alle PC-Bitraten), einstellbar
• Full Duplex Betrieb (4-Draht), dadurch hohe Busverfügbarkeit und einfache Koppelschaltungen wie Repeater und Ankoppler an Lichtwellenleiter
• Start-Stop-Übertragung, ASCII-Zeichensatz mit gerader Parität (7-Bit-Code)
• geringe Material- und Entwicklungskosten f�r die Schnittstelle

DIN-Meßbus-Protokoll:

• zentralgesteuertes Zugriffsverfahren (Master-Slave) für bis zu 31 Teilnehmer
• Quittierter Datenaustausch in drei Schritten: Aufforderungsphase, Datenübermittlungsphase, Abschlußphase
• gesicherte Blockübertragung mit bis zu 128 Bytes Länge
• Datensicherung durch Querparität und Blockprüfzeichen (HD = 4)
• Block- und Quittungswiederholung bei Störungen (max. 3-fach)
• Zeitüberwachungen TA für Quittungen und TC für Teilnehmersendezeit
• Querverkehr unter Kontrolle der Leitstation
• Rundrufmöglichkeit durch feste Rundrufadresse für alle Teilnehmer (Broadcast)
• Abbruch einer Datenübermittlung jederzeit durch die Leitstation möglich (Störung oder Eilmeldung)
• flexibles Busmanagement, frei konfigurierbares Polling
• schnelle Ereignisbearbeitung durch sehr kurze Statusabfrage

Abgrenzung zu anderen Bussystemen

Der DIN-Meßbus wurde für die sichere und preiswerte Kommunikation von Geräten zur Messung, Überwachung und Erfassung von Prozess- und Betriebsdaten konzipiert. Er ist - wie viele andere Feldbusse auch - weniger geeignet für die zeitäquidistante Erfassung hochdynamischer Vorgänge ("Abtastung") mit sehr kurzen Datensätzen. Diese Aufgabe kann nur von speziellen Sensor/Aktor- Bussystemen optimal wahrgenommen werden. Ebenso grenzt sich der DIN-Meßbus ab gegen aufwendigere aber schnelle Rechner-Rechner-Netzwerke, in denen der wahlfreie Zugriff aller Teilnehmer und die Übertragung sehr großer Datenmengen gefordert sind. Der Übergang in solche Netzwerke (z.B. MAP/MMS) kann jedoch durch die Leitstation als Gateway in einfacher Weise realisiert werden.

Anwendungsmerkmale bei DIN-Meßbussystemen

• Zuverlässigkeit und Fehlertoleranz: Die Auslegung der physikalischen Eigenschaften und der Sicherungsschicht des DIN-Meßbusses gewährleisten eine hohe Übertragungssicherheit auch bei starken elektromagnetischen Störungen, ggf. eine Erkennung fehlerhafter Datenblöcke.
• Verfügbarkeit: Sie wird belegt durch die Ausfallwahrscheinlichkeit eines Bussystems. Als 4-Draht-Bus verfügt der DIN-Meßbus (als einziger Feldbus) über getrennte Sende- und Empfangskanäle.
• Kosten: Installations- und Schnittstellenkosten für Meßbus-Teilnehmer sind gering. Sowohl die Hardwarekosten als auch der Entwicklungsaufwand entsprechen denen der weit verbreiteten seriellen Schnittstelle nach RS-232-C bzw. V.24 mit galvanischer Trennung. Jeder handelsübliche PC kann als Leitstation eingesetzt werden, und einfache Pegel- und Protokollwandler erlauben den Anschluß vorhandener älterer Geräte.
• Flexibilität und Anwenderfreundlichkeit: Einfache Installation, Inbetriebnahme, Wartung und Fehlerbeseitigung im Störungsfall sind insbesondere für den Anwender wichtig. Es werden keine höheren Anforderungen an das Personal gestellt als für andere Aufgaben in der Industrieanlagenelektronik. Projektierung und Realisierung einer Anlage mit DIN-Meßbus-Teilnehmern sind schnell durchzuführen und zu modifizieren, die Leitstation steuert zentral den gesamten Bus und kann jederzeit eingreifen. Sie ist zugleich Zugangspunkt für übergeordnete Netze (MAP/MMS), deren Durchgriff auf das Meßbus-Netz damit jederzeit gegeben ist. Lange Stichleitungen und beliebige Verlängerbarkeit der Vernetzung ermöglichen eine räumlich ungebundene Geräteanordnung.

Anwendungsspektrum

Der DIN-Meßbus wurde konzipiert als preisgünstige Schnittstelle für den gesamten Bereich der industriellen Meß- und Prüftechnik. Dies schließt Aufgaben der Fertigungsmeßtechnik, der rechnergesteuerten Qualitätssicherung (QS) im "kleinen Qualitätsregelkreis", der statistischen Prozeßkontrolle (SPC), der Überwachung von Fertigungseinrichtungen und verfahrenstechnischen Abläufen sowie die Betriebs- und Maschinendatenerfassung (BDE/MDE) mit ein. Darüberhinaus wird er auch bei speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) erfolgreich eingesetzt. Wegen seiner technischen Eigenschaften eignet sich der DIN-Meßbus auch für Anlagen und Geräte, die dem gesetzlichen Meßwesen unterliegen (Eichpflicht). Beispiele hierfür sind Tankanlagen, Durchflußmeßeinrichtungen und Geräte der Wägetechnik. DIN 66 348 Teil 2 erfüllt die Anforderungen der PTB-Richtlinie 50.20 für Mehrpunktverbindungen und damit eine wichtige Forderung bei der Bauartzulassung von Geräten.
Kriterien für eine Entscheidung von Herstellern oder Anwendern, den DIN-Meßbus einzusetzen, sind neben der Fähigkeit zur effektiven Übertragung von Meßdaten und Parametern in den genannten Anwendungsbereichen weitere, grundsätzliche Anforderungen der industriellen Praxis, denen der DIN-Meßbus in besonderer Weise Rechnung trägt. Insbesondere mittelständische Firmen der Fertigungs- und Verfahrenstechnik, aber auch große Fertigungsbetriebe wie die Automobilindustrie mit übergeordneten MMS-Netzen sind Zielgruppe des DIN-Meßbusses.

Einsatzbereiche

• Fertigungsmeßtechnik, Qualitätssicherung (QS), Prozeßkontrolle
• Betriebsdatenerfassung (BDE), Maschinendatenerfassung (MDE)
• Meßwerterfassung mit preiswerten Meßgeräten im Feld und auf der Heide
• Einsatz in eichpflichtigen Anlagen (siehe PTB 50.20)