So finden Sie die richtige Schnittstelle für ...
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So finden Sie die richtige Schnittstelle für Mess- und Steuerungssysteme

laptop_mit_speichermedien.jpg Moderne Mess- und Steuerungssysteme kommen ohne eine Verbindung zur Außenwelt nicht mehr aus. Messwerte müssen aufbereitet, gefiltert, analysiert und dargestellt werden. Dazu sind separate oder zentrale Systeme oft besser geeignet als das Mess- system selbst. Außerdem werden die Daten even- tuell in Regelkreisen genutzt, um auf Maschinenparameter Einfluss zu nehmen.

Buchsen, Schnittstellen, Busse

Standardisierte Schnittstellen dienen dem Zweck, dass Geräte unter- schiedlicher Hersteller und aus verschiedenen Einsatzbereichen zuver- lässig miteinander kommunizieren können. Dazu sind aber diverse Voraussetzungen notwendig:

1. Physikalischer Anschluss

Es gibt eine unüberschaubare Vielzahl von standardisierten und her- stellerspezifischen Anschlussbuchsen und Steckern. Zur Definition einer Standardschnittstelle gehört die Festlegung auf mindestens eine Buch- sen-Stecker-Kombination. In den meisten Fällen erlaubt ein Standard
aber einige (wenige) solcher definierter Kombinationen, die dann je nach Anwendungsfall genutzt werden können.

Neben den geometrischen Abmessungen einer Steckverbindung ist aber die Pin-Belegung von entscheidender Wichtigkeit. Nur wenn diese in allen Fällen eindeutig festgelegt und immer identisch ist, können mehrere Geräte ohne Probleme miteinander kommunizieren.

Durch die physikalische Definition der Schnittstelle werden auch die Anzahl und die Funktion der einzelnen Anschluss- Pins bestimmt. Auch die Frage, ob die Daten parallel oder seriell übertragen werden, muss hier geklärt werden.

Hinweis:
Eine parallele Datenübertragung ist vom Prinzip her zunächst einmal schneller. Aus physikalischen Gründen (kapazitives Verhalten der Leitung- en) treten bei sehr schnellen parallelen Datenübertragungen aber Proble- me auf. Daher werden parallele Busse heute nur noch geräteintern genutzt und für die Fernkommunikation ausschließlich serielle Techno- logien eingesetzt.

2. Elektrische Signale

Damit über eine Schnittstelle identifizierbare Informationen übertragen werden können, müssen die elektrischen Parameter definiert werden. Damit wird die Repräsentation der digitalen Daten durch analoge elek- trische Signale bestimmt. Die wesentlichen Fragen in diesem Zusam- menhang sind:

  • Welche Pegel definieren eine logische „1“?
  • Welche Pegel definieren eine logische „0“?
  • Wie wird die Übertragung synchronisiert?

3. Spezifikation des Übertragungsmediums

Zu einer Schnittstelle oder einer Busdefinition zählen physikalisch nicht nur die Steckverbinder, sondern auch das Medium, über das die Signale übertragen werden. Unter Berücksichtigung der Übertragungsrate, der elektrischen Signale und der Eigenschaften der Empfänger- und Sender- bausteine wird die Verwendung ganz bestimmter Leitungstypen und Höchstlängen vorgeschrieben, um die Spezifikation der Schnittstelle einzuhalten.

Um den unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden, gibt es häufig mehrere Spezifikationsklassen. So lassen sich für die gleiche Schnittstelle mit höherwertigeren Leitungen höhere Übertragungs-
raten erreichen und/oder längere Datenleitungen einsetzen.

4. Definition der untersten Protokollebene

Mit den beschriebenen Festlegungen wäre es nun möglich, beliebige Signalfolgen zu senden und zu empfangen. Eine Kommunikation wäre damit allerdings noch nicht möglich, denn es fehlen die grundlegenden Regeln, wie die Informationen darzustellen sind:

  • Datenrepräsentation (Wortbreite, Start-Bits, Stopp-Bits)
  • Sende- und Empfangszuteilung
  • Signalisierung von Transferbeginn und -ende
  • Zuordnung der Datenkategorie (Adressen, Steuerungsbefehle, Messwerte, Synchronisationsdaten)

Welches Protokoll gilt denn nun? Lassen Sie sich nicht verwirren

Für eine gewisse Verwirrung im Zusammenhang mit Schnittstellen, Bussen und Netzwerken sorgt häufig der Begriff des Protokolls.

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