Was ist ein CAN-Bus und warum ist er so wichtig?

Wir haben bereits über die potenziellen Auswirkungen von IoT-Technologien gesprochen und über die verschiedenen Möglichkeiten, wie der Zugang zur Cloud das Design und die Bereitstellung von Hardware beeinflusst. Aber es gibt noch einen anderen Aspekt der Systemkommunikation. Dieser ist ebenso wichtig für die Zukunft dieser zunehmend komplexen Technologien: der CAN-Bus.

Die Art, wie Geräte, Sensoren und Systeme lokal kommunizieren, ist ein genauso wichtiger Faktor für die Hersteller, Anbieter und Integratoren von Hardware wie die Art und Weise, wie Informationen an die Cloud geliefert 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 Multi-Knoten-Kommunikationssystem, das Daten zwischen Komponenten überträgt. Ein Controller Area Network ermöglicht eine robuste Datenübertragung mit geringer Latenz zwischen Sensoren und Recheneinheiten in einem System. Beispielsweise hat OnLogic mit Kunden daran gearbeitet, 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 bündelweise Drähte 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 stark reduziert, die für eine 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.

Oben abgebildet ist die Karbon 800-Serie von OnLogic.

Was sind die Vorteile von CAN-Bus?

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

• Latenz – Die Arbitrierungsregeln für CAN-Nachrichten stellen sicher, dass die Nachricht mit der höchsten Priorität zuerst gesendet wird, wenn mehrere Nachrichten gleichzeitig an und von angeschlossenen Geräten, Sensoren und/oder Aktuatoren gesendet werden.
• Flexibilität – Aufgrund seiner paarweise gebündelten, zweidrahtigen Struktur in einem einzigen Kabel bietet der CAN-Bus erhöhte Flexibilität bei Installation und Wartung. Mit CAN verbundene 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 – Dank der paarweise verdrillten Verdrahtung und der Differenzialsignalisierung ist CAN weit weniger empfindlich gegenüber elektromagnetischen Interferenzen als andere Protokolle. Außerdem erfordert die CAN-Kommunikation weniger Kabel und Steckverbinder. Dadurch wird die Zahl der 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 Multiprozessorkommunikation mit geringem Budget erfordern.

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 Bedienpersonal 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 den Produktionslinien von Fertigungsumgebungen zu finden. Dort ermöglicht die Schnittstelle es dem Bedienpersonal und den 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 umfassenden Reihe von kundenspezifischen Embedded-Systemen 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 2022 aktualisiert.