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CAN-Bus – warum der ganze Wirbel?

Von ·Kategorien: Technik erklärt·Published On: Juli 10th, 2020·4.3 min read·

Das Internet der Dinge, die zunehmend vernetzte Natur aller Arten von Embedded-Geräten, dehnt sich in seinem Anwendungsbereich immer weiter aus. Es wurden viele Vorhersagen darüber gemacht, dass im Jahr 2020 mehr als 50 Milliarden „Dinge“ mit dem Internet, der Cloud und untereinander verbunden sein werden. Dabei soll die durchschnittliche Anzahl der angeschlossenen Geräte pro Haushalt 50 betragen. Allem Anschein nach hat sich diese Vorhersage erfüllt. So umfasst diese Zahl alle Geräte, Maschinen und Sensoren, die überall in unserer modernen Welt existieren. Und sie wird nur noch steigen. Jedoch gibt es noch einen anderen Aspekt der Systemkommunikation, der für die Zukunft dieser zunehmend komplexen Technologien ebenso wichtig ist – den CAN-Bus.

Die Art, wie Geräte, Sensoren und Systeme lokal kommunizieren, ist ein ebenso wichtiger Faktor für die Hersteller, Anbieter und Integratoren von Hardware wie die Art und Weise, wie Informationen in der Cloud verarbeitet werden. Zwar gibt es eine ganze Reihe von Kommunikationsprotokollen und -methoden, die es einem System ermöglichen, direkt mit einem anderen „zu sprechen“. Dennoch haben wir ein wachsendes Interesse an der Nutzung der CAN-Bus-Kommunikation für eine breite Auswahl von Industrie-Anwendungen festgestellt.

Warum aber ist CAN, das für Controller Area Network steht, plötzlich eine so ansprechende Industrie-Computing-Option geworden? Was sind die Vorteile dieser speziellen Kommunikationsmethode in Embedded-Systemen?

Was ist CAN-Bus?

CAN-Bus ist ein nachrichtenbasiertes Protokoll. Es ermöglicht einzelnen Systemen, Geräten und Controllern innerhalb eines Netzwerks, miteinander zu kommunizieren. Im Allgemeinen ist ein Bus ein Kommunikationssystem, das Daten zwischen Komponenten überträgt. Ein Controller Area Network (CAN) ermöglicht den Datentransfer in einem System, das nicht anderweitig mit einem Netzwerk-Hosting-Gerät verbunden ist. Beispielsweise hat OnLogic mit Kunden zusammengearbeitet, um landwirtschaftliche Geräte wie Mähdrescher und andere komplexe Maschinen mit CAN-fähiger Hardware auszustatten. So können die verschiedenen Gerätekomponenten effizient und erfolgreich Informationen untereinander weiterleiten.

Infolge seiner Einführung Mitte der 1980er Jahre hat sich die CAN-Bus-Kommunikation über die Automobilindustrie hinaus entwickelt. Dort war sie zuerst weit verbreitet. Bevor CAN-Bus an Popularität gewann, konnten Fahrzeugkabelbäume Kilometer von Drähten enthalten. Dabei waren Bündel von acht oder mehr Drähten erforderlich. Sie übertrugen verschiedene Signale zu und von miteinander verbundenen Fahrzeugsystemen. Im Gegensatz dazu verwendet der CAN-Bus ein Twisted-Pair-Verdrahtungssystem mit hoher Geschwindigkeit (25 kbps – 1 Mbps). Dadurch wird die Menge der Kabel stark reduziert, die für eine effektive Kommunikation der Systemkomponenten erforderlich ist.

Während CAN in modernen Fahrzeugcomputern wie der Karbon-Serie von OnLogic immer noch eine weit verbreitete Option ist, wird der CAN-Bus nun auch in zahlreichen Embedded- und Industrie-Anwendungen implementiert. Diese reichen von Montagelinien und medizinischen Geräten bis hin zur Gebäudeautomatisierung und Einrichtungen zur Zugangskontrolle.

Die Vorteile von CAN-Bus

Die integrierte CAN-Bus-Kommunikation bietet eine Reihe von Vorteilen für Industrie-PC-Anwender:innen. Dazu gehören:

  • Geschwindigkeit – CAN-Datenübertragungsgeschwindigkeiten übertreffen herkömmliche analoge Kabelbäume bei weitem, da mehrere Nachrichten gleichzeitig an alle verbundenen Geräte, Sensoren oder Stellglieder gesendet werden können.
  • Flexibilität – Aufgrund seiner gebündelten, zweidrahtigen Kabelstruktur in einem einzigen Kabel bietet der CAN-Bus erhöhte Flexibilität bei Installation und Wartung. CAN-Systeme enthalten nicht nur deutlich weniger Kabel und sind damit einfacher zu installieren. Auch das Hinzufügen neuer Komponenten zu einem System erfordert weitaus weniger Entwicklungsaufwand. Dadurch reduzieren sich die Komplikationen bei der Diagnose und Behebung von Signalproblemen beträchtlich.
  • Verlässlichkeit – Zusätzlich zur weitaus geringeren Empfindlichkeit gegenüber magnetischen Interferenzen im Gegensatz zur analogen Verkabelung erfordert die CAN-Kommunikation auch weniger Kabel und Stecker. Dadurch werden die Fehlerquellen drastisch reduziert.
  • Kosten – Die geringeren Hardwarekosten und die minimalen Anforderungen an die Signalverarbeitung machen CAN zu einer idealen Lösung für Embedded-Anwendungen. Vor allem wenn eine Multi-Prozessor-Kommunikation zu einem günstigen Preis vorausgesetzt wird.

Wie wird der CAN-Bus bei Industrie-Computern eingesetzt?

In einer automatisierten Industrie-Anlage wird der CAN-Bus am häufigsten als Teil eines dezentralen Steuerungssystems verwendet. Es verbindet wichtige Systeme, die in einer industriellen Anlage verteilt sein können. Im Allgemeinen ermöglicht eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (Human Machine Interface, HMI) dem Betreiber die Interaktion mit dem System. Von dort aus leiten speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) diese Befehle über die CAN-Bus-Schnittstelle an die Sensoren, Stellglieder, Motoren oder andere mechanische Systeme weiter. Anschließend führen diese die gewünschte Aktion aus.

CAN ist oft in Produktionslinien in Fertigungsumgebungen zu finden. Dort ermöglicht es Bedienpersonal und Geräten, in jedem Schritt des Montageprozesses effektiv zu kommunizieren. Daneben ist die Gebäudeautomatisierung ein weiterer Bereich, in dem die Geschwindigkeit, die relativ niedrigen Kosten und die einfache Installation die CAN-Bus-Kommunikation zu einer beliebten Wahl gemacht haben. Dadurch können Zugangskontroll-, Sicherheits– und Umgebungssysteme miteinander verbunden werden.

Die Zukunft der CAN-Bus-Kommunikation

Das Internet der Dinge wächst weiter und umfasst immer komplexere Systeme. Daher wird die Standardisierung der Art, wie jede Komponente mit der nächsten kommuniziert, entscheidend sein, um Kompatibilität, Erweiterbarkeit und Langlebigkeit der Installation zu gewährleisten. Hier bei OnLogic arbeiten wir mit den Kund:innen zusammen, um die CAN-Bus-Kommunikation in einer breiten Reihe kundenspezifischer Embedded-Systeme zu implementieren. Dabei sehen wir weiterhin eine strahlende Zukunft für diese Technologie, insbesondere in Fertigungsumgebungen und modernen Gebäudeautomatisierungsanlagen.

Hinweis: Dieser Blogbeitrag wurde ursprünglich am 10. Juli 2014 veröffentlicht. Er wurde am 10. Juli 2020 aktualisiert.

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About the Author: Darek Fanton

Darek ist Communications Manager bei OnLogic. Seine Leidenschaft für Journalismus und Technologie hat ihn von den Redaktionen lokaler Zeitungen bis in die Produktionshallen von IBM geführt. Aufgrund seines Hintergrunds in der Nachrichtenredaktion ist er immer auf der Suche nach den neuesten technischen Entwicklungen und den besten Möglichkeiten, diese Informationen mit den Lesenden zu teilen. Neben seiner Affinität für Worte ist Darek auch ein Musikliebhaber, Jongleur und ein großer Fan von schlechten Witzen.
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