Powerline-Kommunikation für industrielle Bussysteme mit stochastischem Zugriff am Beispiel des controller area network

In den vergangenen Jahren hat die stürmische Entwicklung der Kommunikationstechnik wesentlich dazu beigetragen, moderne Steuerungs- und Rationalisierungskonzepte in der Automatisierungstechnik umzusetzen. Stand früher der Material- und Energiefluss an erster Stelle, so wird in zunehmendem Maße die Effizienz der Produktionssysteme durch den reibungslosen Informationsfluss zwischen den verschiedenen Komponenten bestimmt. Moderne Maschinen und Anlagen beinhalten deshalb eine ständig steigende Anzahl von z. T. räumlich weit verteilten Sensoren und Aktoren, die es mit der Prozesssteuerung zu verbinden gilt. Zur Herstellung dieser Verbindungen werden an Stelle der konventionellen Verbindungstechniken (Eins-zu-Eins-Verdrahtung) zunehmend Feldbussysteme eingesetzt. Dadurch werden nicht nur Aufwand und Kosten der gesamten Installation um bis zu 40% verringert, durch den Einsatz der Feldbustechnik wird auch eine höhere Flexibilität bezüglich Änderung und Erweiterung des Gesamtsystems gewährleistet. Weiterhin bildet die Vernetzung der einzelnen Komponenten mittels Feldbus eine wichtige Grundlage für die Realisierung dezentraler Systeme, mit denen nochmals erhebliche Einsparungen und eine Erhöhung der Flexibilität erreicht werden kann. Es ist absehbar, dass die Komplexität und damit der Anteil der (miteinander vernetzten) elektronischen Komponenten in Maschinen und Systemen immer weiter steigt. Die Elektronik bzw. der notwendige Anschluss an Energieversorgung und Datennetz bildet somit einen nicht zu vernachlässigenden Kostenfaktor bei Installation und Wartung der Produktionsanlagen. Auch im Kraftfahrzeug-Bereich und in anderen mobilen Systemen nimmt der Anteil an vernetzten Komponenten ständig und immer schneller zu. So ist im Kfz-Bereich ein exponentieller Anstieg von Anzahl und Komplexität der elektronischen Systeme zu verzeichnen. Ein Ende dieser Entwicklung ist nicht abzusehen. Schätzungen von Analysten zufolge basieren bereits mehr als 80% der Innovationen im Kfz-Bereich auf dem Einsatz (vernetzter) Elektronik. Bis zum Jahre 2005 wird der Anteil der Elektronik am Kfz-Gesamtwert auf über 30% steigen. Bereits heute ist der Kabelbaum nach Karosserie und Motor die Baugruppe mit dem größten Gewicht und dem größten Kostenaufwand. Hier steht man vor dem Problem, dass mit der Implementierung zusätzlicher Funktionen die notwendige Verkabelung ständig wächst und das Gewicht des Fahrzeugs nach oben treibt, was dem Entwicklungsziel der Gewichtsreduktion entgegensteht [46]. Zusätzlich ist in mobilen Systemen der verfügbare Platz oft begrenzt und bei fahrzeugübergreifenden Systemen (z. B. Zugmaschine mit Anhänger, Verbindung von Schienenfahrzeugen) eine Verbindung der Subsysteme nur über die vorhandene Standard-Schnittstelle (Anhängerkupplung) mit begrenzter Kontaktanzahl möglich. . Mit den Fortschritten der letzten Jahre in der Mikroelektronik und der Freigabe der Telekommunikations- und Energiemärkte im Jahre 1998 ist die Powerline-Technik auf einen Schlag als Möglichkeit für eine schnelle und preiswerte Datenkommunikation interessant geworden. Inzwischen gibt es eine ganze Reihe von Untersuchungen und Veröffentlichungen zu diesem Thema, wobei der Schwerpunkt auf der Nutzung des öffentlichen Energieversorgungsnetzes liegt.