Leittechnik (Grundlagen)

Begriffe

(Technischer) Prozess Gesamtheit aller einwirkenden Vorgänge in einem technologischen System.
Leittechnik Gezieltes einwirken auf ein System von Teilprozessen.
Leiten Gesamtheit aller Maßnahmen, um Teilprozesse zu einem Gesamtprozess zusammenzuführen
Leitsystem Alle zur Erfüllung der Leitaufgabe verwendeten Geräte und Programme.

Leitsystem (9K)

Leitaufgabe Aufgaben je nach den Prozesserfordernissen:
  • Messen
  • Zählen
  • Regeln
  • Melden
  • Protokollieren
  • ...
Leitebene Auch Managementebene genannt, in der übergeordnete Aufgaben erledigt werden:
  • Protokolle
  • Datenspeicherung
  • Analyse von Prozesswerten
  • standortübergreifende Datenauswertung ...
Zellebene Je nach Größe der Anlage weiter unterteilt in
  • Blockleit-,
  • Gruppenleit- und
  • Einzelleitebene;
Automation, Optimierung, Visualisierung;
Feldebene Bindeglied zwischen Anlage und Automatisierungsgeräten, Signalaufbereitung
Aktor-Sensor-Ebene Sensoren als Signalerfasser, Aktoren als Stellglieder

Das Ebenenmodell

Gerade wenn mehrere Einzelprozesse in einem größeren Zusammenhang zusammenwirken müssen, wird die Sinnhaftigkeit einer übergeordneten Steuerung (Führung oder Leitung) dieser Zusammenhänge in einen Gesamtprozess automatisiert notwendig. So entstehen komplexe Gebilde in einzelnen Ebenen zusammengefasst, die folgendermaßen (z.B. als Pyramidenstruktur) dargestellt werden können:

plt_pyramide (33K)

     PNK ... prozessnahe Komponente
     ABK ... Anzeige- und Bedienkomponente
     EWS ... Enginering Workstation
     LRK ... Leitrechnerkomponente

Übertragungsmedien eines Leitsystems

Strukturierte Verkabelung

In einer SCS (SCS = structured cabling system) werden einheitliche Anschlussmittel für unterschiedliche Dienste (verschiedene Netzwerktechnologien ...) verwendet.

Vorteil

Eine bestehende Installation ist verhältnismäßig leicht an neue Gegebenheiten anzupassen.

Normierung

  • DIN EN 50173,
  • ISO 11801 und
  • Telecommunications Industry Association (TIA) 568-A

EN 50173

Europanorm für

  • Kabelspezifikationen
  • Leistungsfähigkeit der Übertragungsstrecken
  • Spezifikation der Anschlusstechnik
  • Prüfverfahren zur strukturierten Verkabelung
  • Verkabelungstopologie = Baumstruktur
  • Einteilung in drei Bereiche: Primär, Sekundär, Tertiär

Leitungsstruktur (13K)

Übertragungstechnologien

Für die Gelände-, Gebäude- und Etagenverkabelung werden bei der strukturierten Verkabelung maximal zulässige Kabellängen festgelegt (EIA/TIA 568, IS 11801), außerdem Empfehlungen für die Topologie.

Die meisten Verkabelungsbereiche sind sternförmig aufgebaut. Die physikalische Sternstruktur ist von besonderem Interesse, da auf ihr alle logischen Topologien abgebildet werden können: Die Ringtopologie ebenso wie die Bus- oder Baumtopologie.

Bedarfsverkabelung

Für IEEE 802.5 Token Ring: logischer Ring

  • Sterntopologie mit TP-Kabeln
  • nur ein zentraler Ringvermittler (HUB)
  • preiswerter, bessere Fehleradministration

Vorteil

Bei Rechnerausfall: Einfache Überbrückung des fehlerhaften Ringangssegmentes

log_Ring (21K)

Die Verkabelungsstandards sind für eine geografische Ausdehnung von 3.000 m, einer Bürofläche von 1 Mio. qm und für 50 bis 50.000 Anwender optimiert.

Leitungslaenge (5K)

PrimärverkabelungSekundärverkabelungGebäudeverkabelung
62,5/125 µm Glasfasern62,5/125 µm GlasfaserEtagenverkabelung (Etagenverteiler bis Anschlussdose)
TP-Kabel (Kabel 8-adrig, Cu-Adern ca. 1mm, paarweise verdrillt, unterschiedliche Schirmung)
(100 Ohm UTP, 120 Ohm UTP, 150 Ohm STP, 62,5/125 µm Glasfaser)
max. Länge 1.500 mmax. Länge 500 mLänge von 90 m
zuzüglich 10 m Anschlusskabel
  • UTP (Unshielded Twisted Pair) Adernpaare ohne Schirmung, bis 100 MHz auch U/UTP
  • FTP (Foiled Twisted Pair) Adernpaare in Metallfolie, bis 625 MHz auch U/FTP
  • S/UTP (Screened unshielded TP) wie UTP plus Gesamtschirmung auch F/UTP (Folie) bzw. SF/UTP (Geflecht + Folie)
  • S/FTP (Screened foiled TP) wie FTP plus Gesamtschirmung auch F/FTP (Folie) bzw. SF/FTP (Geflecht + Folie)

RJ45 Stecker und Buchsenbelegung

TIA_568 (21K)

Kategorien und Klassen

Klasse
(EN 50173)
Kategorie
(ISO / IEC)
AnwendungDatenrateGrenzfrequenzZulässige Dämpfung
bei Grenzfrequenz
 3Telefon/LAN10 Mbit/s16 MHz13,1dB/100m
D Fast Ethernet100 Mbit/s100 MHz24dB/100m
 5Gigabit Ethernet1 Gbit/s100 MHz23dB/100m
E6Gigabit Ethernet1 Gbit/s250 MHz35,9dB/100m
EA6A10 Gigabit Ethernet10 Gbit/s500 MHz49,3dB/100m
F7 >10 Gbit/s600 Mhz50dB/100m
FA7A  1.000 MHz67,6dB/100m

Qualität der Verbindungen

Die Qualität der Verkabelung hängt ab:

  • Kabellänge
  • Frequenz
  • Installationsfehlern oder Montagefehlern (Biegungen, Quetschungen ...)
  • Temperatur, Luftfeuchtigkeit
  • zu geringe Qualität der Netzwerkkomponenten

Die Qualität muss durch eine Messung dokumentiert sein. Beim Meßvorgang werden kurze Impulse ( zB. 20 ns) gesendet und die Zeitdifferenz gemessen: zwischen Senden des Signals und Empfang des reflektierten Signales.

Kabeldämpfung (Insertion Loss)

Dämpfungsgrenzwerte müssen unbedingt eingehalten werden (Messungen und ggf. Korrekturen an der Netzwerkinstallation durch Verstärker)

Messung01 (12K)

NEXT (Near End Crosstalk)

Nahübersprechen (Signalströme im Paar A induzieren Störströme im Nachbar-Paar B)
  • NEXT wird am Kabelanfang gemessen, Maßeinheit dB (kann sich an den beiden Enden unterscheiden - 2 Messungen)
  • relativ längenunabhängig
  • stark frequenzabhängig, beeinflußbar durch Kabelqualität

Messung02 (17K)

NEXT ist prinzipiell durch Gegensteuern im Adernpaar B korrigierbar.

FEXT (Far End Crosstalk)

Fernübersprechen FEXT

  • wird am der Einspeisung entgegengesetzten Ende gemessen
  • Nebensprechen erfolgt über gesamte Kabellänge
  • zusätzlich geht Leitungsdämpfung ein

Der FEXT-Wert ist längenabhängig und schwer messbar.

Messung03 (18K)

FEXT ist nicht korrigierbar.

Prozessleittechnik

In der Automatisierungstechnik werden mehrere Hierarchieebenen unterschieden. Nur die untersten drei Ebenen gehören zum "Feld". Für diese Ebenen gibt es die Feldbusse.

Hierarchie_ Automatisierungstechnik (22K)

Bussysteme in der Prozessleittechnik

Auf einen Binary Unit System BUS greifen mehrere elektronische Schaltgruppen zu. Ziel ist es Leitungen zu sparen.

Ein Feldbus ist ein Kommunikations-Netzwerk für die industrielle Automatisierungstechnik. Es ist ein bitserieller Bus für den Entfernungsbereich von wenigen Metern bis zu einigen Kilometern. Um den Gegensatz zu Bussystemen im Bürobereich ("LANs") deutlich zu machen, spricht man auch von "FANs" (Factory Area Networks). Ziel des Einsatzes von Feldbussen ist die Reduzierung des Verkabelungsaufwandes im Feld und die Verbesserung des Informationsaustausches zwischen den Automatisierungskomponenten.

Anforderungen

Der Einsatz im "Feld" stellt höchste Anforderungen an einen Feldbus. Er muss

  • extrem unterschiedliche Umgebungsbedingungen standhalten, die die zuverlässige Funktion nicht beeinträchtigen dürfen,
  • offen und flexibel sein, damit er an die Anforderungen der verschiedenen Industriezweige optimal angepasst werden kann und
  • einfach montierbar, konfigurierbar und wartbar sein.