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Bussysteme sicher verbinden

in Industrie & Gebäudeautomation

BACnet (Building Automation and Control Networks)

Die American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning Engineers Inc. (ASHRAE) entwickelte 1991 den „Building Automation and Control networks“, kurz BACnet. Dieser wurde 1995 in der ANSI/ASHRAE Standard 135-1995 genormt.

Entwickelt wurde das Protokoll um Geräte und Systeme in der Gebäudeautomatisierung und Gebäudeleittechnik interoperabel zu vernetzen. Von einfachen Datenaustausch-Anwendungen bis hin zu komplexen Gebäudemanagement-Infrastrukturen ist BACnet sehr skalierbar.

Seit 2013 gilt MQTT offiziell als Protokoll des Internets der Dinge und wird von der OASIS (Organization for the Advancement of Structured Information Standards) spezifiziert. 2016 wurde die Version 3.1.1 als ISO-Standard (ISO/IEC 20922:16) zertifiziert. 2019 wurde die Version 5.0 veröffentlicht.

CAN-Bus (Controller Area Network)

Um den Verkabelungsaufwand von Sensoren und Aktuatoren zu reduzieren wurde 1986 von Bosch zusammen mit Intel das Controller Area Network (CAN) nach 3 Jahren Entwicklung vorgestellt.

CAN ist die Basis für viele weitere sehr erfolgreiche Protokoll-Varianten.

CAN folgt weitgehend dem ISO/OSI Modell und ist in der ISO11898 seit 2003 genormt.

CANopen

CANopen wurde im Jahr 1993 durch das Forschungsprojekt ASPIC und ab 1994 durch die Anwender- und Herstellervereinigung CAN in Automation (CiA) entwickelt. Wie der Name schon sagt, basiert das Kommunikationsprotokoll auf CAN. CANopen definiert die Anwendungsschicht und sorgt durch eine Standardisierung für eine deutlich bessere Hersteller-übergreifenden Interoperabilität. Die Datenübertragungsfunktionen von CAN werden durch CANopen durch weitere Funktionen ergänzt wie z. B.: Redundanz, funktionale Sicherheit und Unterstützung für komplexe Netzwerkarchitekturen.

M-Bus

Der M-Bus wurde 1992 zum Fernauslesen von Verbrauchsdaten (Zählern) an der Universität Paderborn von Prof. Dr. Horst Ziegler in Kooperation mit der Texas Instruments Deutschland GmbH und der Firma Techem GmbH entwickelt.

Meter-Bus, kurz M-Bus, ist eine einfache und kostengünstige Technologie, die im Bereich der Verbrauchsdatenerfassung am Markt immer mehr an Bedeutung gewinnt. Besonders im Zusammenhang mit preiswerten Verbrauchszählern (Gas-, Strom-, Wärme-, Wasserzähler) in der Gebäudeleittechnik.

Der M-Bus wurde zuerst in der EN1434 standardisiert und dann in der eigenständigen EN13757 definiert, die zusätzlich noch den neuen Funkstandard für drahtlose M-Bus-Kommunikation (EN13757-4) umfasst.

Modbus

Gould Modicon entwickelte die erste speicherprogrammierbare Steuerung. Mit dem Ziel die Steuerungen untereinander effizient über ein serielles Bus-System kommunizieren zu lassen entwickelten sie 1979 den Modbus. Es handelt sich dabei mittlerweile um einen der ältesten und weit verbreitesten Standards. Der Modbus  ist einfach und kostengünstig in Geräte aller Art zu integrieren. Daher ist dieser in einer großen Anzahl an Geräten, wie Sensoren, Zähler, E/A-Module, Aktoren, Bediengeräte, Anzeigen, IPC’s und in fast jeder Steuerung zu finden.

Der auf Ethernet basierte Modbus TCP wurde 2007 als Teil der Norm IEC 61158 aufgenommen.

MQTT

Das MQTT Nachrichtenprotokoll steht für Message Queuing Telemetry Transport und wurde 1999 zur Maschine zu Maschine-Kommunikation von dem IBM Mitarbeiter Andy Stanford-Clark und dem ehemaligen Acron Mitarbeiter Arlen Nipper erfunden. Es wurde ursprünglich zur Überwachung einer Ölpipeline entwickelt, welche spezielle Anforderungen an das Protokoll stellte.

Das Protokoll eignet sich für Machine-to-Machine Kommunikation oder für Internet of Things Anwendungen, da es darauf ausgelegt ist, kleine Nachrichten in sehr kurzer Zeit an eine möglichst große Anzahl an Geräten zu senden. MQTT ermöglicht die zuverlässige und effiziente Kommunikation zwischen einer sehr großen Anzahl an Geräten.

Seit 2013 gilt MQTT offiziell als Protokoll des Internets der Dinge und wird von der OASIS (Organization for the Advancement of Structured Information Standards) spezifiziert. 2016 wurde die Version 3.1.1 als ISO-Standard (ISO/IEC 20922:16) zertifiziert. 2019 wurde die Version 5.0 veröffentlicht.

OPC UA

OPC UA (Open Plattform Communications Unified Architecture), ist eine plattformunabhängige und serviceorientierte Architektur, die es ermöglicht nicht nur Maschinendaten zu transportieren, sondern sie auch semantisch zu beschreiben. Sie stellt einen einheitlichen Standard zum Daten- und Informationsaustausch dar. 2006 wurde die erste Version und 2008 eine überarbeitet Version von OPC UA als Erweiterung von OPC-Klassik veröffentlicht, welche nicht mehr auf der Microsoft DCOM-Technologie basiert. Die Grundprinzipien hinter dieser neuen Architektur sind die Bereitstellung einfacher Schnittstellen, eines einheitlichen Nachrichtenformats, flexibler Erweiterungsmöglichkeiten und die Implementierung hoher Sicherheitsstandards.

Profibus

Der PROcessFIeldBUS wurde 1987 in Deutschland durch ein öffentlich gefördertes Vorhaben von Firmen und Instituten ins Leben gerufen. Seit 1993 in der Variante PROFIBUS-DP (Decentralized Peripherals) konzeptioniert, um eine schnelle und zuverlässige Datenübertragung zwischen Feldgeräten wie SPS, Prozessleitsystemen, E/A, Antrieben, Ventilen, Messumformern und vielen mehr zu ermöglichen. Weltweit erfolgreich wurde der PROFIBUS in den Normen IEC 61158 und IEC 61784 verankert. Die installierte Basis von PROFIBUS Geräten liegt im zweistelligen Millionenbereich.

PROFINET

Nach den ersten Überlegungen im Jahr 2000 durch die Mitglieder der PROFIBUS-Nutzerorganisation bzgl. eines PROFIBUS Nachfolgers, wurde im Jahr 2003 die erste Spezifikation für PROcess-FIeld-NETwork (IO) veröffentlicht, die aktuell vielfach zum Einsatz kommt. Die Idee bestand besteht darin, die Vorteile des bewährten PROFIBUS mit den Vorzügen von Industrial Ethernet zu vereinen. Die Flexibilität in den Varianten und die Modularität bietet für die meisten Anwendungen eine optimale Lösung. Standardisiert ist PROFINET in den Normen IEC61158 und IEC61784.