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IEC 61158

IEC 61158

IEC 61158 / IEC 61784 — Industrielle Kommunikationsnetze (Feldbus)

IEC 61158 legt die Protokollspezifikationen für industrielle Feldbusse fest, während IEC 61784 die Kommunikationsprofile (CPF) spezifiziert, die reale Protokolle — PROFIBUS, PROFINET, EtherNet/IP, Modbus, Foundation Fieldbus, DeviceNet und andere — dem IEC-Rahmenwerk zuordnet. Zusammen bilden sie die normative Grundlage für alle wichtigen industriellen Feldbus- und Industrial-Ethernet-Standards.

Herausgeber
IEC
Family
Industrielle Kommunikation
Erstveröffentlichung
1999
Letzte Revision
2019 (Ausgabe 7)
Status
current
Zugang
Kostenpflichtig (IEC-Webstore — Preis je Teil)

Dokumentstruktur

IEC 61158-1

Überblick und Leitfaden

Einführungsteil — Anwendungsbereich, Struktur, Überblick über die Feldbus-Typenfamilien und deren Spezifikationen für die physikalische Schicht und die Datensicherungsschicht. Der Einstiegspunkt in die mehrteilige Reihe.

IEC 61158-2

Spezifikation und Dienstdefinition der physikalischen Schicht

Definiert das physikalische Medium — Kabeltyp, Steckverbinder, Signalpegel, eigensichere (IS) Varianten für explosionsgefährdete Bereiche. Die physikalische Schicht von Foundation Fieldbus H1 (31,25 kbit/s) und PROFIBUS PA ist hier definiert.

IEC 61784-1

Profilsätze für die kontinuierliche und diskrete Fertigung — Kommunikationsprofilfamilien

Die wichtigste normative Referenz: ordnet reale Protokollfamilien (CPF 1 = Foundation Fieldbus, CPF 3 = PROFIBUS/PROFINET, CPF 2 = CIP/EtherNet/IP, CPF 15 = Modbus) dem IEC 61158-Rahmenwerk zu. Die Norm, die bei der Protokollspezifikation zitiert wird.

IEC 61784-2

Zusätzliche Profile für Industrial Ethernet

Erweitert die CPF-Abdeckung auf Industrial-Ethernet-Varianten — PROFINET IRT, EtherNet/IP, EtherCAT, Powerlink, SERCOS III. Definiert Echtzeitleistungsklassen.

IEC 61784-3

Funktionale Sicherheits-Feldbusse (PROFIsafe, CIP Safety)

Definiert die Sicherheitskommunikationsprofile auf Standard-Feldbussen — PROFIsafe (CPF 3), CIP Safety (CPF 2) und andere. Referenz für sicherheitsinstrumentierte Systeme SIL 2/3 mit Feldbus.

IEC 61784-5

Installation von Feldbussen

Installationsanforderungen — Kabelführung, Erdung, Abschirmung, maximale Segmentlängen. Praktischer Konstruktionsleitfaden für PROFIBUS DP-, PROFIBUS PA- und Foundation Fieldbus H1-Installationen.

Schlüsselbegriffe

Kommunikationsprofilfamilie (CPF)(CPF)
IEC 61784-1 ordnet alle industriellen Protokolle in CPF-Nummern ein: CPF 1 = Foundation Fieldbus (FF H1, HSE), CPF 2 = CIP (EtherNet/IP, DeviceNet, ControlNet), CPF 3 = PROFIBUS DP/PA + PROFINET, CPF 15 = Modbus RTU/TCP. CPF-Nummern erscheinen in Datenblättern und Beschaffungsunterlagen.
PROFIBUS DP
Process Field Bus — Dezentrale Peripherie. RS-485-basiert, bis 12 Mbit/s, Master-Slave-Architektur. Der dominierende Feldbus in der europäischen diskreten und Prozessfertigung. DP-V0 (zyklische E/A), DP-V1 (azyklisches Lesen/Schreiben von Parametern), DP-V2 (isochrone Bewegungssteuerung). Wird durch PROFINET abgelöst.
PROFIBUS PA
Prozessanwendungsvariante mit physikalischer Schicht nach IEC 61158-2 (Manchester-kodiert, 31,25 kbit/s, eigensicher). Wird verwendet, um Feldinstrumente (Transmitter, Ventile) in explosionsgefährdeten Bereichen über einen PA/DP-Segmentkoppler anzuschließen. Kann Geräte über den Bus versorgen.
PROFINET
Process Field Net — Industrial-Ethernet-Nachfolger von PROFIBUS DP. TCP/IP-basiert (100 Mbit/s oder 1 Gbit/s). Drei Konformitätsklassen: CC-A (Standard-TCP/IP), CC-B (Echtzeit RT, ~1 ms Zyklus), CC-C (isochrone Echtzeit IRT, ≤1 µs Jitter). Dominant bei neuen europäischen Automatisierungsprojekten.
EtherNet/IP
Industrielles Ethernet-Protokoll mit Standard-IEEE-802.3-Physik und TCP/IP + UDP sowie der CIP-Anwendungsschicht (Common Industrial Protocol) — dieselbe Anwendungsschicht wie DeviceNet und ControlNet. Dominant in der nordamerikanischen Automatisierung (Rockwell-Ökosystem).
Foundation Fieldbus (FF)
H1 (31,25 kbit/s, IS-fähig, 2-Draht-Busversorgung) für Prozessinstrumente — die volldigitale Alternative zu HART. HSE (High Speed Ethernet) für die Supervisionsebene. Unterstützt Funktionsblöcke in Feldgeräten (Regelung im Feld). Verbreitet in der Öl- und Gas- sowie Chemieindustrie.
Modbus RTU / Modbus TCP
Einfaches Master-Slave-Protokoll (1979, Modicon). RTU über RS-485/RS-232; TCP über Ethernet. Allgegenwärtig für einfache Geräteintegration (Frequenzumrichter, Zähler, Analysatoren). Keine Standard-Gerätebeschreibung, keine automatische Geräteerkennung — auf einfaches Register-Lesen/Schreiben beschränkt.

Notes & guidance

Überblick

IEC 61158 und IEC 61784 bilden zusammen das normative Rahmenwerk für industrielle Feldbus- und Industrial-Ethernet-Protokolle. Statt ein einziges universelles Protokoll zu definieren, ordnet IEC 61784-1 die wichtigsten konkurrierenden Protokolle in Kommunikationsprofilfamilien (CPF) ein und gibt jedem eine normierte Identität.

In der Praxis wird die Feldbusauswahl durch den Industriesektor, die Region und den Steuerungssystemanbieter bestimmt:

ProtokollTypischer SektorRegionTrend
PROFIBUS DPDiskret + ProzessEuropaAusgereift, wird durch PROFINET ersetzt
PROFIBUS PAProzess (IS-Bereiche)EuropaNoch im Einsatz, FF H1-Alternative
PROFINETDiskret + ProzessEuropaWachsend, neue Projekte
EtherNet/IPDiskret + ProzessAmerikaWachsend
Foundation Fieldbus H1Prozess (Feldinstrumente)Öl & Gas, ChemieStabil
Modbus TCP/RTUAlle SektorenGlobalLegacy + einfache Integration
EtherCATBewegungssteuerungGlobalHochleistungsservo

Grundsätze der Feldbusauswahl

Für neue Prozessanlagenpprojekte (Feldinstrumente)

  • HART (IEC 62591) bleibt dominant für einfache 4–20 mA + digitale Instrumente
  • PROFIBUS PA oder Foundation Fieldbus H1 für den volldigitalen Bus, insbesondere in explosionsgefährdeten Bereichen mit eigensicherer Versorgung
  • Wireless HART (IEC 62591) für schwer zu verkabelnde Standorte

Für neue diskrete/hybride Automatisierung (E/A, Antriebe, SPSen)

  • PROFINET (Siemens-Ökosystem) oder EtherNet/IP (Rockwell-Ökosystem) — je nach Steuerungsplattform wählen
  • EtherCAT für hochdynamische Bewegungssteuerungsachsen

Sicherheitskommunikation (IEC 61784-3)

Sicherheitsbewertete E/A und Antriebsintegration erfordern ein Sicherheitskommunikationsprofil auf dem Standard-Feldbus: PROFIsafe auf PROFINET/PROFIBUS, CIP Safety auf EtherNet/IP.

PROFIBUS PA — Segmentauslegungsregeln

ParameterWert
Bitrate31,25 kbit/s
Max. Segmentlänge1 900 m (ohne Repeater)
Max. Geräte pro Segment32 (physisch), typisch 10–15 (Busversorgungsbudget)
IS-BarrierevariantenZener-Barriere, galvanischer Trenner
TopologieStamm + Stichleitungen

Betroffene Branchen

  • process
  • oil-and-gas
  • manufacturing
  • energy
  • water-treatment
  • pharmaceuticals

Verwandte Normen

Referenzen & Vertiefung