VDI VDE 3687-1999 Selection of field bus-systems by evaluating their performance characteristics for industriell applications.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREVERBAND DERELEKTROTECHNIKELEKTRONIKINFORMATIONSTECHNIKAuswahl von Feldbussystemen durchBewertung ihrer Leistungseigenschaftenfr industrielle AnwendungsbereicheSelection of field bus systems byevaluating their performance characteristicsfor industrial applicationsVDI/VDE 368

2、7Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/VDE-Gesellschaft Mess- und AutomatisierungstechnikFachausschu Kommunikationstechnik in verteilten AutomatisierungssystemenVDI/VDE-Handbuch RegelungstechnikVDI-Handbuch Betriebstechnik, Teil 1VDI-Handbuch Materialflu und Frdertechnik, Band 8VDI/VDE-RICHT

3、LINIENZubeziehen durch / Available fromBeuth VerlagGmbH, 10772 Berlin AlleRechtevorbehalten / Allrights reservedVereinDeutscherIngenieure, Dsseldorf 1999Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlin

4、ie ist verbindlich.ICS 33.240.50November 1999The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive.Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Zweck und Geltungsbereich . . . . . . . . . . 22 Orientierungshilfen fr den Anwender . . . . 32.1 Einfhrung in die An

5、forderungen an dieindustrielle Kommunikation. . . . . . . . . 32.2 Anwenderbranchen . . . . . . . . . . . . . 102.2.1 Allgemeine Auswahlkriterien fr die industrielle Kommunikation . . . 102.2.2 Fertigungsautomatisierung . . . . . . 132.2.3 Prozeautomatisierung . . . . . . . . 132.2.4 Gebudeautomatio

6、n . . . . . . . . . 252.2.5 Einzelaggregate- und Fahrzeug-automatisierung. . . . . . . . . . . . 312.2.6 Weitere Automatisierungsbereiche. . 363 Checkliste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414 Anwendungsbeispiel Brauerei. . . . . . . . . 475 Eigenschaften und Daten offener Feldbussysteme. . .

7、 . . . . . . . . . . . . . . 54Anhang A Begriffe aus der industriellenKommunikation . . . . . . . . . . . . 85Anhang B Feldbussysteme, bersicht . . . . . . 92Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Purpose and scope . . . . . . . . . . . . . . . 22 Guideline aids for t

8、he user . . . . . . . . . . . 32.1 Introduction to the requirements forindustrial communication . . . . . . . . . . 32.2 User branches. . . . . . . . . . . . . . . . . 102.2.1 General selection criteria for industrial communication . . . . . . . 102.2.2 Production automation . . . . . . . . 132.2.3

9、Process automation . . . . . . . . . . 132.2.4 Building automation. . . . . . . . . . 252.2.5 Automation of single components and vehicles . . . . . . . . . . . . . . 312.2.6 Further automation areas . . . . . . . 363 Checklist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414 Brewery as an application

10、example . . . . . . 475 Properties and data of open field bussystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54Annex A Definitions from industrial communication. . . . . . . . . . . . . . 85Annex B Overview of field bus systems. . . . . . 92Frhere Ausgabe:6.97 Entwurf,deutschFormer edition:6/97d

11、raft,inGermanonlyB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1999 2 VDI/VDE 3687VorbemerkungDie heutige Situation auf dem Gebiet der industriel-len Kommunikation ist gekennzeichnet zum einendurch eine hierarchische Ko

12、mmunikationsstrukturmit unterschiedlichen Anforderungen in mehrerenEbenen und zum anderen durch eine sehr groe An-zahl verschiedener Anbieter und Systeme.In der vorliegenden Richtlinie werden serielle Bus-systeme aufgefhrt, deren Hauptanwendungsgebietin den prozenahen Kommunikationsebenen liegt.Nebe

13、n umfassenden Anforderungstabellen und Bei-spielen fr die verschiedenen Anwendungen sowieeiner ausfhrlichen Checkliste werden Tabellen mitden Leistungsmerkmalen der einzelnen Systeme dar-gestellt.Die Richtlinie VDI/VDE 3687 wurde vom Fachaus-schu Kommunikationstechnik in verteilten Auto-matisierungs

14、systemen“ der VDI/VDE-GesellschaftMess- und Automatisierungstechnik (GMA) erarbei-tet, dem sowohl Fachleute aus Anwender- und Her-stellerkreisen als auch Vertreter von Instituten undHochschulen angehren. 1 Zweck und GeltungsbereichDie Ausweitung von Automatisierungsaktivitten hatin den letzten Jahre

15、n zu einem sprunghaften Anstiegder industriellen Informationsbertragung und derKommunikationssysteme am Markt gefhrt.Eine Vielfalt von Problemen mndet in dem Wunschnach Auswahl- und Entscheidungshilfen fr denManager sowie nach Orientierungshilfen fr den Pro-jektingenieur, den Planer und den Betreibe

16、r:Findet sich der Praktiker berhaupt noch durchdie Vielfalt dieser Kommunikationssysteme hin-durch? Welches sind die wichtigsten Bussysteme fr diepraktische Anwendung in der Automation? Welchen Stand hat die zugehrige internationaleNormung erreicht?Sollte der Anwender auf Normen warten oderbesser au

17、f existierende Industriestandards setzen? Welche Konzepte sollen zur Anwendung kom-men, um folgende Punkte zu beherrschen:berproportional wachsende Datenstrme unterEchtzeitbedingungen zunehmende Dezentralisierung der Automati-sierungsfunktionen wachsender wirtschaftlicher Wettbewerbs-druck und hiera

18、us folgender Zwang zu neuen,vernetzten Automatisierungskonzepten bei denAnwendernPreliminary noteThe present situation in the field of industrial com-munication is characterised on the one hand by a hi-erarchical communication structure with different re-quirements in several levels and on the other

19、 hand bya very large number of various providers and sys-tems.This guideline deals with serial bus systems whosemain field of application lies in local communicationlevels.In addition to comprehensive requirements tables andexamples of various applications, together with anextensive check list, tabl

20、es with performance featuresof individual systems are also given.VDI/VDE 3687 was prepared by the ”Communica-tion technology in distributed automated systems“technical committee of the VDI/VDE-GesellschaftMess- und Automatisierungstechnik (GMA), whichincluded experts from the user and manufacturingf

21、ields of application as well as from representativesfrom institutes and universities.1 Purpose and scopeThe expansion of automation activities has in recentyears led to a tremendous increase in industrial infor-mation transmission and in the communication sys-tems on the market.A variety of problems

22、 faces managers in the searchfor assistance in selecting and deciding and projectengineers, planners and operators in search of guide-line assistance.Can the practitioner actually find his way throughthe multiplicity of communication systems?What are the most important bus systems for prac-tical app

23、lication in automation?What level has the associated international stand-ardisation reached?Should the user wait for standards or would it bebetter to use existing industrial standards?What concepts should be used to deal with the fol-lowing points? A disproportionate growth in data flow underreal t

24、ime conditions. Increasing decentralisation of automation func-tions. Growing pressure of business competition andthe resulting drive towards new, networked au-tomation concepts by the users.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher

25、Ingenieure, Dsseldorf 1999 VDI/VDE 3687 3 Nach welchen Kriterien kann das geeignete Bus-system fr eine Anwendung ausgewhlt werden?Die Anwendung dieser Richtlinie erffnet eine syste-matische Vorgehensweise zur Bewertung und Aus-wahl eines Kommunikationssystems fr spezifischeAnforderungen. Der Umgang

26、mit der Richtlinie er-fordert dabei folgendes Vorgehen:Ausgehend von den im Abschnitt 2.2 beschriebenenAnwendungsbereichen industrieller Kommunika-tion, mu als erster Schritt eine Konkretisierung derzu erfllenden Kommunikationsaufgaben aus An-wendersicht erfolgen. Hierzu gehren:die vorgesehene Anzah

27、l von Kommunikationsteil-nehmerndie Menge, Hufigkeit und zeitliche Abfolge derzu bertragenden Datendie Einsatzbedingungen fr das auszuwhlendeFeldbussystemdie Wirtschaftlichkeit des Einsatzes eines Feld-bussystemsHierbei helfen folgende Abschnitte der Richtlinie:die Einfhrung in die Anforderung an di

28、e indu-strielle Kommunikation in Abschnitt 2.1Anforderungstabellen und Beispiele fr die ver-schiedenen Anwendungsbereiche in Abschnitt 2.2eine ausfhrliche Auswahl-Checkliste in Ab-schnitt 3eine Erluterung von Begriffen und Definitionenin Abschnitt 6die bersichten im Anhang ADamit ist es dem Anwender

29、 in einem zweiten Schrittmglich, anhand der Tabellen in Abschnitt 5 berEigenschaften und Daten der offenen Feldbus-systeme, das fr ihn geeignete System weitgehendauszuwhlen.2 Orientierungshilfen fr den Anwender2.1 Einfhrung in die Anforderungen an die industrielle KommunikationDie industrielle Kommu

30、nikation wird fr die unter-schiedlichen Anwendungsbereiche zunchst in dreitypische Anforderungsebenen strukturiert. Die hier-fr allgemein bliche Pyramidendarstellung zeigtBild 1 fr verschiedene Anwenderbranchen sowieBild 2 speziell fr die Fertigungs- und Prozeauto-matisierung:Einteilung in Fabrik-,

31、Zell- und Feldebene im Be-reich der FertigungsautomatisierungWhat criteria can be used to select a suiTable bussystem for a user?The use of this guideline provides a systematic proce-dure for evaluating and selecting a communicationsystem for specific requirements. Using the guidelineto achieve this

32、 requires the following procedure to beadopted.Starting from the fields of application of industrialcommunication described in Clause 2.2, it is neces-sary to first properly establish the communicationstasks to be met from the point of view of the user.These include the following.The planned number

33、of communication nodes.The quantity, frequency and time sequence of thedata to be transmitted.The operating conditions for the field bus systemto be chosen.The economic efficiency of the use of a field bussystem.The following Clauses of the guideline can be usedfor this purpose.The introduction to t

34、he requirements of industrialcommunication in Clause 2.1.The requirements tables and examples for the var-ious fields of application in Clause 2.2.A comprehensive selection check list in Clause 3.An explanation of terms and definitions inClause 6.The overviews in Annex A.This means that in a second

35、step the user can to a con-siderable extent select the system suitable for him,using the Tables in Clause 5 which give the propertiesand data of open bus systems.2 Guideline aids for the user2.1 Introduction to the requirements forindustrial communicationIndustrial communication is mainly divided in

36、tothree typical requirement levels for the various fieldsof application. The pyramid presentation normallyused for this is shown in Fig. 1 for various user sec-tors and in Fig. 2 specifically for production andprocess automation.Division into factory, cell and field levels in thearea of production a

37、utomation.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1999 4 VDI/VDE 3687Bild 1. Industrielle Automatisierung auf mehreren Ebenen fr typische AnwenderbranchenFig. 1. Industrial automation at several levels for typical

38、 fields of applicationFertigungs-automatisierungProze-automatisierungGebudeautomationVer- undEntsorgungstechnikBetriebs-leitebeneFeldebeneAnlagenFeldebeneFabrik-leitebeneFertigungs-leitebeneEinzelaggregate-und Fahrzeug-AutomatisierungSensor/AktorebeneBedien- undSteuerungs-ebeneLeitebeneUnterstations

39、-ebeneAnlagen-/FeldebeneManagm.ebeneAutomations-ebeneFeldebeneProze-leitebeneProductionautomationProcessautomationBuilding automationUtilities and wastedisposal engineeringPlantcontrollevelField levelPlantsField levelFactorycontrol levelProductionmanagement levelAutomation ofsingle componentsand veh

40、iclesSensor/actuator levelOperator andcontrol levelcontrollevelSlave stationlevelPlant/fieldlevelManagm.levelAutomationlevelField levelProcess control levelB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1999 VDI/VDE

41、3687 5 Einteilung in Betriebs-, Proze- und Feldebene imBereich der Prozeautomatisierung (vgl. auchBild 2)Zuordnung typischer Kommunikationsaufgabenzu den drei EbenenEinsatzbereich der Feldbussysteme (schraffierteKstchen) Geltungsbereich der Richtlinie ge-m Bild 2Division into plant, process and fiel

42、d levels in thearea of process automation (refer to Fig. 2).Assignment of typical communication tasks to thethree levels.Operational area of the field bus systems (hatchedboxes) within the scope of the guideline in ac-cordance with Fig. 2.Bild 2. Industrielle Kommunikation im Bereich der Fertigungs-

43、 und ProzeautomatisierungFig. 2. Industrial communication in the fields of production and process automationManagement,ProduktionsleitungFertigungsleitungProzefhrungSteuerung, Regelung,berwachungMeeinrichtungen,Antriebe, digitaleEin-/Ausgabe,Sensoren,AktorenFabrik-ebeneWarten-und Zell-ebeneFeld-eben

44、eZellbus/ProzebusFeldbusseFabrikbus/BetriebsbusbertragungshufigkeitDatenmengeManagement,Production managementOperations managementProcess managementControl and andmonitoringMeasuring devices,drives, digital input/output, sensors, actuatorsFactorylevelControland celllevelFieldlevelCell bus/process bu

45、sField busesFactory bus/plant busTransmissionfrequencyTransmissionvolumeB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1999 6 VDI/VDE 3687Zusammenhang zwischen bertragungshufig-keit, Datenmenge und Ebenen nach Bild 2Inne

46、rhalb des Feldbusbereiches kann weiterfhrendzwischen Anwendungen zur Vernetzung von Syste-men und solcher zur Vernetzung von Sensoren undAktoren unterschieden werden.Dabei werden typisch als Systeme betrachtet:Steuerungen, Bedien- und Anzeigegerte, An-triebssysteme, Me- und berwachungsgerteZur Senso

47、r-/Aktorebene zhlen:binre Sensoren und Aktoren, einfachere analogeSensoren und Aktoren, Einzelantriebedigitale und analoge E/A-Baugruppen und Feld-multiplexerIn der Tabelle 1 sind hierzu typische Eigenschaftendargestellt:Bild 2 zeigt in einer bersichtsdarstellung grund-legende Ebenen industrieller K

48、ommunikation frunterschiedliche Branchen. Die allgemein blichePyramidendarstellung ist hier in die drei typischenEbenen fr jeden Bereich untergliedert, was eine ver-Relationship between the transmission frequency,data volume and levels in accordance with Fig. 2.Within the field bus area, a distincti

49、on can also bemade between applications for networking of sys-tems and those for networking of sensors and actua-tors.In this case, the following are typically regarded assystems.Controllers, control and display equipment, drivesystems, measuring and monitoring equipment.The sensor/actuator level includes the following.Binary sensors and actuators, simple analoguesensors and actuators, single drives.Digital and analogue I/O assemblies and fieldmultiple