Wat is CAN bus en waarom is het zo belangrijk?

We hebben eerder gesproken over de potentiële impact van IoT-technologieën en de verschillende manieren waarop toegang tot de cloud invloed heeft op ontwerp en inzet van hardware. Maar er is een ander aspect van systeemcommunicatie dat net zo belangrijk is voor de toekomst van deze steeds complexere technologieën: CAN bus.

De manier waarop apparaten, sensoren en systemen lokaal communiceren is voor hardwarefabrikanten, leveranciers en integrators een net zo belangrijke overweging als de manier waarop informatie naar de cloud wordt gestuurd. Hoewel er een hele reeks aan communicatieprotocollen en -methoden beschikbaar zijn om het ene systeem rechtstreeks met het andere te laten ‘praten’, zien we een groeiende interesse in het gebruik van CAN bus communicatie voor een breed scala aan industriële toepassingen.

Maar waarom is CAN, wat staat voor Controller Area Network, ineens zo’n aantrekkelijke industriële computeroptie geworden? Wat zijn de inherente voordelen bij het gebruik van deze specifieke communicatiemethode in embedded systemen?

Wat is CAN bus?

CAN bus is een message-based protocol waarmee individuele systemen, apparaten en controllers binnen een netwerk kunnen communiceren. Over het algemeen is een ‘bus’ een multi-node communicatiesysteem dat data tussen componenten uitwisselt. Een Controller Area Network (CAN) maakt robuuste, low-latency gegevensoverdracht mogelijk tussen sensoren en computers in een systeem. Zo heeft OnLogic met klanten samengewerkt om landbouwapparatuur zoals maaidorsers en andere complexe machines uit te rusten met hardware geschikt voor CAN, waardoor de verschillende apparatuurcomponenten efficiënt en effectief informatie aan elkaar kunnen doorgeven.

Na de introductie, mid-jaren 80, heeft CAN bus communicatie zich tot ver buiten de automotive industrie ontwikkeld, waar het voor het eerst op grote schaal werd toegepast. Voordat CAN bus aan populariteit won, kon de bekabeling in voertuigen kilometers kabel bevatten, waarbij bundels kabels nodig waren om verschillende signalen van en naar onderling verbonden voertuigsystemen te transporteren. De CAN bus maakt daarentegen gebruik van een high-speed (25 kbps – 1 Mbps) twisted pair bedradingssysteem, waardoor de hoeveelheid kabel die nodig was om systeemcomponenten te laten communiceren aanzienlijk werd verminderd.

Hoewel CAN nog steeds een veel gebruikte optie is in moderne in-vehicle computers, zoals de Karbon-serie van OnLogic, wordt CAN bus nu ook geïmplementeerd in een breed scala aan embedded en industriële toepassingen, van assemblagelijnen en medische machines tot gebouwautomatisering en installaties voor toegangsbeheer.

Hierboven zie je de Karbon 800 series van OnLogic.

Wat zijn de voordelen van CAN?

Geïntegreerde CAN bus communicatie biedt een aantal voordelen aan industriële pc-gebruikers, waaronder:

• Latency – Er worden normaliter meerdere berichten tegelijk van en naar alle verbonden apparaten, sensoren en actuators verstuurd. Dankzij de regels die CAN hanteert bij het beoordelen van berichten wordt het bericht met de hoogste prioriteit altijd als eerste verstuurd.
• Flexibiliteit – Vanwege de gepaarde, structuur met één 2-aderige kabel biedt CAN bus verhoogde installatie- en onderhoudsflexibiliteit. CAN-systemen bevatten niet alleen aanzienlijk minder kabels, waardoor ze gemakkelijker te installeren zijn, maar het toevoegen van nieuwe componenten aan een systeem vereist veel minder moeite. Daarnaast worden de complicaties bij het diagnosticeren en aanpakken van signaalproblemen aanzienlijk verminderd.
• Betrouwbaarheid – Dankzij de twisted-pair kabels en LVDS (Low-voltage Differential Signaling) is CAN-communicatie veel minder gevoelig voor elektromagnetische interferentie dan andere protocollen. CAN-communicatie vereist ook minder kabels en connectoren, waardoor het aantal zwakke plekken aanzienlijk wordt verlaagd.
• Kosten – De lagere hardwarekosten en minimale signaalverwerkingsvereisten maken CAN tot een ideale oplossing voor embedded toepassingen die communicatie met meerdere processors vereisen waarvoor een beperkt budget beschikbaar is.

Hoe wordt CAN bus gebruikt bij industriële computers?

In een geautomatiseerde industriële installatie wordt CAN bus meestal gebruikt als onderdeel van een gedistribueerd besturingssysteem, waarmee vitale systemen worden verbonden die verspreid zijn over een industriële faciliteit. Over het algemeen maakt een Human Machine Interface (HMI) het mogelijk voor de operator om met het systeem te communiceren. Van daaruit geven programmeerbare logische controllers (PLC’s) die opdrachten via de CAN bus interface door aan de sensoren, actuatoren, motoren of andere mechanische systemen die de gewenste actie uitvoeren.

CAN wordt vaak aangetroffen bij productielijnen in productieomgevingen, waardoor operators en apparatuur effectief kunnen communiceren bij elke stap van het assemblageproces. Gebouwautomatisering is een ander gebied waar de snelheid, relatief lage kosten en installatiegemak CAN bus communicatie tot een populaire keuze hebben gemaakt om toegangscontrole-, beveiligings– en omgevingssystemen met elkaar te verbinden.

De toekomst van CAN bus communicatie

Nu het Internet of Things blijft groeien en steeds complexere systemen omvat, zal het standaardiseren van de communicatiewijze waarop onderdelen met elkaar communiceren essentieel zijn om compatibiliteit, uitbreidbaarheid en een lange levensduur van de installatie te garanderen. Hier bij OnLogic werken we samen met klanten om CAN bus communicatie te implementeren in een breed scala van op maat gemaakte embedded systemen en zien we een mooie toekomst voor de technologie tegemoet, met name in productieomgevingen en in moderne gebouwautomatiseringstoepassingen.

Opmerking: deze blog is oorspronkelijk gepubliceerd op 10 juli 2014. De inhoud is bijgewerkt op 10 juli 2022.