Controller Area Network (CAN)

Eine Einführung in das Controller Area Network

1. Kurze Einführung in das Controller Area Network

Was ist CAN?

CAN steht für Controller Area Network und vernetzt Steuerungskomponenten, z. B. in einem Fahrzeug. Das Bus-System sorgt für den Datenaustausch und die Kommunikation zwischen verschiedenen elektronischen Modulen. Im Auto beispielsweise übernimmt der CAN-Bus die Kommunikation zwischen den Bedienelementen im Cockpit und dem Motor.

Seit wann gibt es CAN?

Das CAN-System hat in den 1990er Jahren die Automobilelektronik und die Feldbus-Entwicklung revolutioniert. Zwischen 1983 und 1986 wurde dieses moderne Zweidraht-Bussystem von der Robert Bosch GmbH in Deutschland entwickelt. 1987 brachte Intel die erste CAN-Controller-Generation auf den Markt. Heute gibt es die dritte Generation, bekannt als CAN XL, die eine direkte Internetkommunikation ermöglicht und den Anwendungsbereich erheblich erweitert.

2. Die drei CAN-Basisversionen

Erste Generation: CAN 2.0 CC oder Classic CAN bis 1 Mbps (ISO 11898-1)

• CAN 2.0 A ID11 Bit (Standardformat)
• CAN 2.0 B ID29 Bit (erweitertes Format)
• ID steht für Identifier als erstes Datenpaket jeder Übertragung (Art des Inhalts + Priorität + Adresse)

Zweite Generation: CAN FD und CAN FD light (FD = Flexible Data) max. 10 Mbps

• CAN FD Light (ISO11898-1:2024)
• Ein Host mit mehreren Slaves und ein vereinfachtes Protokoll
• CAN CC 2.0 A ID11 Bit kompatibel
• CAN FD (ISO11898-1:2015) Standard
• CAN CC 2.0 ID11/29 Bit kompatibel
• CAN FD SIC Transceiver (Signal Improvement Capability) unterstützen Abwärtskompatibilität, hybride Netzwerktopologien und auch höhere Datenraten

Dritte Generation: CAN XL (Extra Large) bis netto 20 Mbps (ISO11898-1:2024)

• CAN ID11Bit
• Skalierbar und grundsätzlich abwärtskompatibel
• Transceiver Modus programmierbar (CC, FD, XL SIC, XL SIC Fast)
• Koexistenz von CAN FD und CAN XL in einem Netz
• Optional mit Ethernet Tunnel
• VCAN max. 256 virtuelle Netzwerke
• etc.

3. Verschiedene Anschlusstypen bei CAN

Buchse und Stecker D-Sub 9 Konnektor

Buchse und Stecker M12 A-kodiert 5 Pin (Belegung)

Buchse und Stecker 5-Pin Mini-Style

Buchse und Stecker 5-Pin Micro-Style (M12)

Buchse und Stecker RJ45

Buchse und Stecker RJ10

4. CAN als Feldbussystem

Feldbusse sind Datennetzwerke, die in der Industrie zur Maschinensteuerung und Automatisierung genutzt werden. Sie verbinden Steuerungsrechner wie SPS- oder PLC-Computer mit Aktoren (z.B. Pressen, Motoren) und Sensoren (z.B. Temperaturfühler, Lesegeräte). Der CAN-Bus-Standard erfüllt wichtige Anforderungen wie Echtzeitfähigkeit, Datenpriorisierung und Fehlerkorrektur.

Im Automotive-Bereich wird der CAN-Bus häufig genutzt, aber es gibt viele andere CAN-Feldbusse wie CANopen, NMEA2000, DeviceNet, und SAE J1939. Alle diese basieren auf den CAN-Standards und haben darüber hinaus zusätzliche spezielle Merkmale. Diese Systeme sind für verschiedene Anwendungen in Geräten, Fahrzeugen und Anlagen ausgelegt.

Beispiele für weitere CAN-Anwendungssysteme

• Fabrikautomation / Robotik (CANopen / DeviceNet)
• Landwirtschaftliche Geräte (SAE J1939, ISOBUS)
• LKW, Bus, Baumaschinen (SAE J1939)
• Gebäudeautomation (diverse)
• Medizinische Geräte (CANopen)
• Schiffselektronik (NMEA 2000)
• Luftfahrt (ARINC 825)
• Militär (MILCAN)
• Solaranlagen
• Modellbau

5. CAN und der ISO-Standard

Der CAN-Bus wurde bereits im Jahre 1993 durch die ISO 11898 weltweit standardisiert. Seitdem legt die Organisation CAN in Automation (CiA) weitere Spezifikationen fest und reicht sie zur Normierung bei der ISO ein. Die CiA ist zentraler Anlaufpunkt für die Zusammenarbeit und den Wissensaustausch rund um die Weiterentwicklung der CAN-Bus-Architektur. So wird sichergestellt, dass sowohl die Basisversionen als auch die CAN-Feldbusse in hoher Qualität entwickelt werden.

6. Einblick in die CAN-Schlüsseltechnologien

Das ISO/OSI-Modell ist ein allgemeines Standardreferenzmodell für Netzwerkprotokolle. Es unterteilt sich in sieben fest definierte Übertragungsebenen (den sog. Schichten). Jede Schicht hat spezifische Aufgaben zur Datenübertragung, von physischer Hardware bis zur Softwareanwendung. Der CAN-Bus deckt dabei die Schichten 1 und 2 ab. Hierzu gehören das CAN-Protokoll im Data Link Layer, das über den CAN-Controller gesteuert wird, und der CAN-Transceiver, der als Schnittstelle zwischen Kabel und Controller im CAN-Physical Layer fungiert. Diese beiden Komponenten sind essenziell für die CAN-Bus-Architektur.

Abb. 1: ISO/OSI-Modell (ISO 7498)

Abb. 2: CAN im ISO/OSI-Modell

Abb. 3: CAN Implementierung

Abb. 4: CAN Standards

Schicht 1 / Physikal Layer: CAN-Transceiver

Der CAN-Transceiver als Sende- und Empfänger Modul bildet die Geräte-Schnittstelle (Interface) und überträgt präzise synchronisiert die Datensignale zwischen den CAN-Controllern über das CAN-Bus-Kabel.

Schicht 2 / Data-Link-Layer: CAN-Controller und CAN-Protokoll

In jedem CAN-Bus-Gerät befindet sich der CAN-Bus-Controller und die Protokoll-Stack-Software (Steuerungssoftware), verantwortlich für die Überwachung und Kontrolle der Datenübertragung zwischen den verschiedenen CAN-Geräten.

7. Delock CAN-Bus Komponenten

Delock bietet CAN-Bus Komponenten, die den gängigen Standards entsprechen. Du kannst aus einer Vielzahl von Kabeln, Adaptern, Verteilern und Terminatoren für verschiedene CAN-Feldbusse wählen. Ein Beispiel ist der standardisierte Anschluss M12 A-kodiert 5 Pin, der für unterschiedliche CAN-Feldbusse spezifiziert ist. Es zeigt, dass ein DeviceNet-Kabel auch für CANopen oder andere Feldbusse genutzt werden kann

Pinbelegung M12 5 Pin Anschlussstecker A-kodiert

FAZIT

Das Controller Area Network (CAN) ist ein kosteneffizientes und robustes Kommunikationssystem, das die Vernetzung verschiedener elektronischer Geräte ermöglicht. Große Vorteile des CAN-Busses sind seine Vielseitigkeit und Zuverlässigkeit in anspruchsvollen Umgebungen, geringere Integrationskosten der standardisierten Controller und Software gegenüber proprietären Lösungen, seine Skalierbarkeit und die Möglichkeit der Migration in bestehende Systeme.

CAN ist fehlertolerant, was bedeutet, dass er auch bei Störungen im Netzwerk weiterhin funktionieren kann. CAN bietet zudem sehr schnelle Antwortzeiten bei harten Echtzeitanwendungen. Neben der Automobilindustrie findet CAN auch Anwendung in der Luftfahrt, Industrieautomation und Medizintechnik, wo eine zuverlässige Datenübertragung unerlässlich ist.

Produktbeispiele

Art. 60667
D-Sub 9 + M12 CAN Bus Verteiler 35°

• Anschlüsse: D-Sub 9 Pin Stecker und Buchse, M12 Stecker und Buchse A-kodiert 5 Pin
• Betriebstemperatur: -40 °C ~ 80 °C
• Maße (LxBxH): ca. 72 x 41 x 16 mm

Adapter zum Anschluss an ein CAN / CANopen Gerät. Eignet sich für industrielle Anwendungen zur Verbindung von Steuergeräten, Sensoren und Aktuatoren in automatisierten Systemen.

Art. 60666
D-Sub 9 + M12 CAN Bus Verteiler 90°

• Anschlüsse: D-Sub 9 Pin Buchse, M12 Stecker und Buchse A-kodiert 5 Pin
• Betriebstemperatur: -40 °C ~ 80 °C
• Maße (LxBxH): ca. 92 x 70 x 16 mm

Adapter zum Anschluss an ein CAN / CANopen Gerät. Eignet sich für industrielle Anwendungen zur Verbindung von Steuergeräten, Sensoren und Aktuatoren in automatisierten Systemen.

Art. 60665
D-Sub 9 Buchse zu M12 Stecker CAN Bus Verteiler 180°

• Anschlüsse: D-Sub 9 Pin Buchse, M12 Stecker und Buchse A-kodiert 5 Pin
• Betriebstemperatur: -40 °C ~ 80 °C
• Maße (LxBxH): ca. 74 x 38 x 16 mm

Adapter zum Anschluss an ein CAN / CANopen Gerät. Eignet sich für industrielle Anwendungen zur Verbindung von Steuergeräten, Sensoren und Aktuatoren in automatisierten Systemen.

Art. 66741
D-Sub 9 CAN Bus Adapter 120 Ohm Abschlusswiderstand

• Anschlüsse: D-Sub 9 Pin Stecker und Buchse
• Widerstand: 120 Ω
• Maße (LxBxH): ca. 34 x 27 x 16 mm

Adapter zum Anschluss an ein CAN-Gerät. Der Widerstand von 120 Ohm zwischen Pin 2 und Pin 7 wird zur Bus-Terminierung verwendet und um die Integrität des Kommunikationsprotokolls zu gewährleisten.

Art. 66745
M12 CAN Bus Kabel Stecker zu D-Sub 9 Buchse

• Anschlüsse: M12 Stecker 5 Pin A-kodiert zu D-Sub 9 Pin Buchse
• Betriebstemperatur: -20 °C ~ 80 °C
• Länge inkl. Anschlüsse: ca. 1 m

Dieses Adapterkabel eignet sich für verschiedene industrielle Anwendungen, wie z. B. CANopen für Maschinensteuerung oder NMEA 2000® für die Schifffahrt.