Aktuelle technische Entwicklungen haben als Ziel eine möglichst autonome Maschine. Das Datenaufkommen in derart komplexen Maschinen steigt ständig an, ebenso die Erwartungen an die Verfügbarkeit.
Das Rückgrat der Datenkommunikation mobiler Arbeitsmaschinen ist meist der CAN-Bus oder ein abgeleitetes System wie SAE J1939, ISOBUS oder NMEA2000. Diese Feldbusse werden häufig an ihren Grenzen betrieben, Auslastungen über 80 % sind nicht selten. Durch äußere Einflüsse kann das Übertragungsfehler auslösen. Eine Erhöhung der Störsicherheit könnte Kommunikationsausfälle verhindert.
Der Mechanismus der Error-Frames ermöglicht hohe Datensicherheit im CAN-Bus, ohne aufwändiges Error-Handling in den oberen OSI-Schichten. Für Anlagenbetreiber sind Error-Frames ein sicheres Zeichen, dass Übertragungen nicht erfolgreich und Unzulänglichkeiten vorhanden sind.
Buslast begrenzen
Ein Ziel bei der Entwicklung mobiler Arbeitsmaschinen muss sein, die Last auf dem CAN-Bus in einem sinnvollen Rahmen zu halten. Dadurch bleibt im Fehlerfall genug Zeit für Wiederholungen.
Beim Anlagendesign sollte die Notwendigkeit jedes einzelnen CAN-Telegramms auf dem Prüfstand stehen. Damit bewegt man sich bei der Planung von der Ebene des Bussystems (OSI 3-7) hinunter auf die Ebene des CAN (OSI Schicht 2).
Busphysik
Die Betrachtungen von OSI-Schicht 2 sollten noch einen Schritt tiefer gehen auf die Ebene der Busphysik (OSI Schicht 1). Wenn die Datenübertragung durch einen äußeren Einfluss gar nicht erst gestört werden kann, kommt es auch nicht zu Error-Frames und Telegrammwiederholungen. Dem Problem wird auf diese Weise ursächlich begegnet.
Häufig wird eine Verdoppelung der Datenrate vorgenommen, was die Buslast halbiert. Leider verschärfen sich durch die Verdoppelung der Frequenz die Unzulänglichkeiten der Topologie, die Signalqualität sinkt. Abhilfe schaffen Vergleichsmessungen vor und nach einer Maßnahme. Indem die relevanten Faktoren Schritt für Schritt verändert werden und die daraus folgende Veränderung der Signalqualität gemessen wird, lassen sich Signalqualität und Störsicherheit optimieren.
Einfluss-Faktoren auf die Signalqualität
Ein CAN-Bus ist nicht nur ein Kabel mit einem Schaltsignal. Die Übertragungsfrequenzen sind so hoch, dass Effekte auftreten, die oft nur HF-Techniker im Blick haben. Sternstrukturen haben einen erheblichen Einfluss durch Reflexionen, die sich in die Kurvenform der Signale einprägen, darum wird die Gesamtlänge von Stichleitungen in einem Segment begrenzt.
Weiterhin gibt es Einflüsse durch Kapazitäten und Induktivitäten, die vom Kabel und jedem Teilnehmer eingebracht werden. Mit der Frequenz steigt der Einfluss auf die Signalform. Das verschleift die Flanken der Bits und beeinflusst so die Signalqualität.
Idealerweise ist man bemüht, die Übergangswiderstände im Bus-System so gering wie möglich zu halten. Steckverbindungen bringen zusätzliche Widerstände ein, die Signale dämpfen. Das Nachmessen der Schleifenwiderstände kann neue Erkenntnisse bringen.
Der entscheidendste Einfluss auf die Signalqualität ist der Störspannungsabstand. Störungen auf dem Signal reduzieren die normale Differenzspannung von ca. 2,0 bis 2,4 V. Störquellen sind elektrische Geräte (Fahrzeuge, Mobilfunk, etc.) und parallel verlegte Leitungen, deren elektromagnetische Signale in die CAN-Leitung eingeprägt werden. Auch Geräte im CAN-Bus selbst können Störer sein.
Ist der Störspannungsabstand zu klein, können Bits falsch abgetastet und die oben beschriebenen Error-Frames verursacht werden.
Signalqualität bestimmen
Die vorhandene Signalqualität kann mit Messgeräten bestimmt und überwacht werden. Idealerweise berechnen diese Geräte einen vergleichbaren prozentualen Wert. Voraussetzung für die Beurteilung ist eine Referenz. Diese lässt sich z.B. von einer Maschine des gleichen Typs gewinnen. Besser ist eine Mess-Historie, beginnend mit einer protokollierten Endprüfung nach der Herstellung der Maschine bis zu den Messwerten, die im Rahmen von Service-Intervallen ermittelt werden.
GEMAC bietet mit der Intensive Fieldbus Diagnostic Messgeräte für die vereinfachte Ermittlung relevanter Messdaten, sodass innerhalb kürzester Zeit Aussagen über die Signalqualität und weitere Parameter möglich sind, ohne auf die Tiefe der Information zu verzichten.
Informationsgewinn durch IFD: Intensive Fieldbus Diagnostic
Bereits bei der Entwicklung einer Maschine spielt die Busphysik eine entscheidende Rolle. Durch gezielte Messungen vor und nach Änderungen lässt sich der beste Kompromiss zwischen Aufwand und Nutzen finden. Die Folge dieser Vorgehensweise sind stabile CAN-basierte Feldbusse, die auch mit erhöhten Buslasten sicher arbeiten.
Egal in welcher Umgebung Sie IFD einsetzen; Sie werden durch den Informationsgewinn …
- datenbasierte Entscheidungen treffen
- stabilere Maschinen entwickeln und herstellen
- Ausfallzeiten minimieren
- Fehlersuche und Reparatur beschleunigen
- Kosten einsparen
GEMAC Motus® - Hochpräzise Messung an mobilen Maschinen
Mit dem seit 2020 verfügbaren GEMAC Motus® wurde eine für unterschiedlichste Einsatzgebiete konfigurierbare Sensor-Messeinheit entwickelt, welche eine 6-Achs-Bewegungserfassung an mobilen Maschinen ermöglicht.
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