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O+P Fluidtechnik 10/2021

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O+P Fluidtechnik 10/2021

MOBILE MASCHINEN

MOBILE MASCHINEN FELDBUSSYSTEME IFD: STÖRUNGEN FINDEN BEVOR SIE ÜBERHAUPT AUFTRETEN Aktuelle technische Entwicklungen haben als Ziel eine möglichst autonom arbeitende Maschine. Das Datenaufkommen innerhalb derart komplexer Maschinen steigt ständig an, ebenso die Erwartungen an die Verfügbarkeit der Maschine. Autor: Ralf Meischner, Technical Support Fieldbus Diagnosis Tools Das Rückgrat der Datenkommunikation ist in den meisten mobilen Arbeitsmaschinen der CAN-Bus oder ein darauf aufsetzendes Bussystem wie SAE J1939, ISOBUS oder NMEA2000. Diese Feldbusse werden teilweise an ihrer Übertragungsgrenze betrieben, Auslastungen von 80 % und mehr sind nicht mehr selten. Das kann, ausgelöst durch äußere Einflüsse, zu Problemen führen und Übertragungsfehler auslösen. Durch eine Erhöhung der Störsicherheit können Kommunikationsausfälle verhindert werden. Das CAN-Protokoll hat bereits in der OSI-Schicht 2 eine eingebaute Fehlerkorrektur, die im Fehlerfall Nachrichten wiederholt. Das Error-Frame signalisiert, dass eine Nachricht von einem Teilnehmer als ungültig angesehen wurde. Daraufhin

FELDBUSSYSTEME 01 Der CAN-Pegel – Bildung des Differenzsignals 02 Der Gemac Motus der Serie NC ist ein dynamischer ein- oder zweiachsiger Neigungssensor. Er zeichnet sich durch eine hohe Genauigkeit aus, die durch die werksseitige Kalibrierung erreicht wird 01 02 wird diese Nachricht von allen Teilnehmern verworfen und wiederholt gesendet, bis die Übertragung von allen Teilnehmern akzeptiert wurde. Solche Wiederholungen haben Einfluss auf die Buslast, die stark ansteigen kann, da die Nachrichten schnell hintereinander wiederholt werden. Ist die projektierte Grundlast schon sehr hoch, kann das wiederum dazu führen, dass niederpriore Nachrichten nicht mehr in der erforderlichen Zeit übermittelt werden. Die Folge ist eine Unsicherheit über den Maschinenzustand. Der Mechanismus der Error-Frames ermöglicht eine hohe Datensicherheit im CAN-Bus, ohne aufwändiges Error-Handling in den oberen OSI-Schichten. Für den Anlagenbetreiber sind Error-Frames ein sicheres Zeichen, dass Übertragungen nicht erfolgreich und Unzulänglichkeiten vorhanden sind. BETRACHTUNG DER BUSPHYSIK Ein Ziel im Design und der Entwicklung mobiler Arbeitsmaschinen muss sein, die Last auf dem zentralen CAN-Bus-System 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). Die Betrachtungen von OSI-Schicht 2 sollten noch einen Schritt tiefer gehen, hinunter auf die Ebene der Busphysik (OSI Schicht 1). Dort entscheidet sich, wie störsicher ein CAN-Bus ist. 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. Eine Erhöhung der Datenrate ist möglich, wenn die Topologie es zulässt. In der Regel wird eine Verdoppelung der Datenrate vorgenommen, die Buslast wird dadurch halbiert. Leider verschärfen sich durch die Verdoppelung der Frequenz in der Regel die Unzulänglichkeiten des Aufbaus, wodurch die Signalqualität absinkt. Abhilfe schaffen vergleichende Messungen, die vor und nach einer Maßnahme durchgeführt werden und damit eine Beurteilung der Maßnahme ermöglichen. Indem die relevanten Faktoren Schritt für Schritt verändert werden und die daraus folgende Veränderung der Signalqualität nachgemessen wird, lassen sich Signalqualität und Störsicherheit optimieren. WELCHE FAKTOREN HABEN EINFLUSS AUF DIE SIGNALQUALITÄT? Ein CAN-Bus ist nicht nur ein Kabel mit einem Schaltsignal. Die Übertragungsfrequenzen sind hoch genug, dass bereits Effekte auftreten, die nicht mehr mit Gleichspannung und Gleichstrom erklärt werden können. Sternstrukturen haben einen erheblichen Einfluss durch Reflexionen, die sich in die Kurvenform www.oup-fluidtechnik.de O+P Fluidtechnik 2021/10 43

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