Vergleich von FOUNDATION Fieldbus und traditionellen Systemen

FOUNDATION Fieldbus (FF) ist ein Local Area Network (LAN) für Prozessleitsensoren, Aktoren und Steuergeräte. Es handelt sich um ein digitales Zweiwege-Multi-Drop-Netzwerk, das proprietäre Netzwerke ersetzt, die speicherprogrammierbare Steuerungen (SPSs) vieler großer Unternehmen miteinander verbinden. Bei herkömmlichen Systemen sorgt ein Computer oder eine teure Steuereinheit für die Steuerung des Gerätenetzwerks. In den letzten Jahren haben einige Unternehmen Gerätesysteme mit mehr Intelligenz entwickelt. Der Hauptnachteil dieser Systeme besteht darin, dass sie proprietär und daher nicht interoperabel sind. Es gibt andere offene Instrumentierungsstandards wie PROFIBUS und HART, aber diese Protokolle implementieren keine Steuerung -- ein separater Controller ist immer noch erforderlich. FF ist ein offener Standard, der es den Feldgeräten ermöglicht, sowohl die Ein-/Ausgabe als auch die Steuerung auszuführen.

Traditionelle Systeme auf diesem Markt werden als 4-20-mA-Systeme bezeichnet, die nach den Signalpegeln benannt sind, die die Geräte steuern. Diese Geräte führen Eingangsmessungen durch und senden die Informationen zur Verarbeitung an eine Steuereinheit. Der Computer führt dann die notwendigen Berechnungen durch und teilt den Geräten mit, wie die Ausgabe aussehen soll. Um die Seriennummer eines Geräts zu erhalten oder ein Gerät vor Ort zu kalibrieren oder zu testen, müsste eine Person zu dem physischen Gerät laufen (oder fahren). Mit FF können solche Dinge direkt vom Kontrollraum aus erledigt werden. Was passiert, wenn der Computer, auf dem das Element ausgeführt wird, ausfällt? In einem herkömmlichen System würden die Geräte in einen vordefinierten ausfallsicheren Modus wechseln und die Pumpen, Ventile und andere Geräte ohne interaktive Steuerung zurücklassen, bis die Kommunikation mit dem Computer wieder aufgenommen wird. Mit FF wird die Steuerung auf Geräteebene gebracht. Nach dem Herunterladen der Konfiguration wird Ihre Regelschleife (z. B. eine PID-Schleife) weiter betrieben, auch wenn der Überwachungscomputer nicht angeschlossen ist.

	4-20-mA-System	Intelligente Instrumente	FOUNDATION Fieldbus
Interoperabilität und Austauschbarkeit	OFFEN, interoperabel, austauschbar.	PROPRIETÄR, eingeschränkte Interoperabilität, keine Austauschbarkeit.	OFFEN, interoperabel, austauschbar.
Vielfalt und Verfügbarkeit der Ausrüstung	Große Vielfalt. Mehrere Lieferanten.	Begrenzt. Der Kunde kann nur die Angebote eines Anbieters nutzen.	Tatsächliche FF-Geräte sind begrenzt, aber wachsen. Es gibt jedoch viele Möglichkeiten, Standardgeräte mit 4-20 mA in ein FF-Netzwerk einzubinden.
Kommunikation	Eine Variable. Eine Richtung.	Mehrere Variablen. Zweiweg.	Mehrere Variablen. Zweiweg.
Verbindungen	Punkt für Punkt.	Punkt-zu-Punkt oder Multi-Drop.	Multi-Drop.

^{Tabelle 1:}  Vergleich zwischen FOUNDATION Fieldbus und herkömmlichen Systemen.

• Verwendet vorhandene Twisted-Paar-Verbindungen
• Verwendet vorhandene Anschlussblöcke
• Ähnliche Verbindungsmethoden
• Enthält Anforderungen an die Eigensicherheit (IS) (für gefährliche Bereiche)
• Bietet Redundanz der Stromversorgung
• Aktiviert schleifenbetriebene Instrumente

• FF-Kommunikation ist digital; 4-20 mA-Kommunikation ist analog
• FF schaltet Feldgeräte parallel; 4-20 mA schaltet Feldgeräte in Reihe
• FF erfordert einen Abschlusswiderstand an jedem Ende (Widerstand und Kondensator)
• FF erfordert eine impedanzangepasste Stromversorgung

• Verteilte Steuerung, das heißt, die Steuerung erfolgt nicht durch den Überwachungscomputer. Es wird in die Geräte selbst gebracht.
• Offener Standard, das heißt, der Kunde kann Produkte von verschiedenen Anbietern auswählen. Die Fieldbus Foundation ist die Organisation, die die FOUNDATION-Fieldbus-Spezifikation definiert und die Konformität der Produkte mit dem Standard zertifiziert. Dadurch wird gewährleistet, dass Produkte verschiedener Hersteller austauschbar verwendet werden können. Die Fieldbus Foundation hat standardisiert, wie der Benutzer neue Geräte ins Netzwerk bringen, einrichten und konfigurieren kann. Der Baustein in diesem System ist die Gerätebeschreibung (DD). Der DD erzählt alles über das Gerät und seine Funktionsweise. Mit dem DD können Sie ein FF-zertifiziertes Gerät ins Netzwerk stellen, die vom Hersteller bereitgestellte DD-Datei in Ihre Konfiguration importieren und betriebsbereit sein. Jedes Unternehmen mit den entsprechenden Ressourcen kann ein FF-Gerät herstellen (wenn es den Interoperabilitätstest besteht), das mit allen anderen FF-zertifizierten Geräten und Software funktioniert.
• Die Möglichkeit, vorhandene 4-20 mA-Verbindungen zu verwenden.
• Drastisch reduzierte Verbindungskosten. Sie benötigen nur ein verdrilltes Adernpaar, das mehrere Signale UND Energie überträgt, und Sie können Geräte jederzeit aus dem Netzwerk ablegen. Da FF nur einen einzigen Drahtsatz zum Verbinden mehrerer Geräte benötigt, werden die Verdrahtungskosten von 4-20-mA-Systemen, die ein Drahtpaar pro Gerät erforderten, drastisch reduziert. Beachten Sie, dass die meisten, aber nicht alle Geräte die Option haben, busbetrieben zu sein.
• Geringerer Bedarf an Controllern und anderer Hardware.

Die folgende Abbildung zeigt den geringeren Verdrahtungs- und Hardwarebedarf. Beachten Sie, dass die traditionelle Implementierung eine IS-Sperre und einen Satz von Verbindungen für jedes Gerät für insgesamt 3 Barrieren und 3 Sätze von Verbindungen erfordert. Die FOUNDATION Fieldbus-Implementierung erfordert nur eine IS-Sperre und einen Satz von Verbindungen für mehrere Geräte.