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 und die durchschnittliche Anzahl der angeschlossenen Geräte pro Haushalt 50 betragen wird. Allem Anschein nach hat sich diese Vorhersage erfüllt. Diese Zahl umfasst alle Geräte, Maschinen und Sensoren, die überall in unserer modernen Welt existieren und sie wird nur noch steigen. Es gibt jedoch 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 Hardware-Hersteller, -Anbieter und -Integratoren wie die Art und Weise, wie Informationen in der Cloud verarbeitet werden. Obwohl es eine ganze Reihe von Kommunikationsprotokollen und -methoden gibt, die es einem System ermöglichen, direkt mit einem anderen „zu sprechen“, 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 inhärenten Vorteile der Verwendung dieser speziellen Kommunikationsmethode in Embedded-Systemen?

Was ist CAN-Bus?

CAN-Bus ist ein nachrichtenbasiertes Protokoll, das es einzelnen Systemen, Geräten und Controllern innerhalb eines Netzwerks ermöglicht, 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. OnLogic hat beispielsweise mit Kunden zusammengearbeitet, um landwirtschaftliche Geräte wie Mähdrescher und andere komplexe Maschinen mit CAN-fähiger Hardware auszustatten, sodass die verschiedenen Gerätekomponenten effizient und erfolgreich Informationen untereinander weiterleiten können.

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

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 einer großen Zahl von Embedded- und Industrie-Anwendungen implementiert, von Montagelinien und medizinischen Geräten bis hin zur Gebäudeautomatisierung und Einrichtungen zur Zugangskontrolle.

Die Vorteile von CAN

Die integrierte CAN-Bus-Kommunikation bietet eine Reihe von Vorteilen für Industrie-PC-Anwender, darunter:

  • 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 und reduziert gleichzeitig die Komplikationen bei der Diagnose und Behebung von Signalproblemen beträchtlich.
  • Verlässlichkeit – Zusätzlich zur weitaus geringeren Empfindlichkeit gegenüber magnetischen Interferenzen gegenüber der 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, die eine Multi-Prozessor-Kommunikation zu einem günstigen Preis voraussetzen.

Wie wird der CAN-Bus im Industrie-Computing eingesetzt?

In einer automatisierten Industrieeinrichtung wird der CAN-Bus am häufigsten als Teil eines dezentralen Steuerungssystems verwendet, das wichtige Systeme verbindet, 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, die die gewünschte Aktion ausführen.

CAN ist oft in Produktionslinien in Fertigungsumgebungen zu finden und ermöglicht es Bedienern und Geräten, in jedem Schritt des Montageprozesses effektiv zu kommunizieren. Die Gebäudeautomatisierung ist 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, um Zugangskontroll-, Sicherheits– und Umgebungssysteme miteinander zu verbinden.

Die Zukunft der CAN-Bus-Kommunikation

Während das Internet der Dinge weiter wächst und immer komplexere Systeme umfasst, 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 Kunden zusammen, um die CAN-Bus-Kommunikation in einer breiten Reihe von kundenspezifischen Embedded-Systemen zu implementieren, und wir sehen weiterhin eine strahlende Zukunft für diese Technologie, insbesondere in Fertigungsumgebungen und in modernen Gebäudeautomatisierungsanlagen.

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