Das CAN-Bussystem (Controller Area Network) wurde ursprünglich von Bosch in Zusammenarbeit mit Intel entwickelt, um im Automobilbau die Kabelbäume zu reduzieren. Das Einsatzgebiet hat sich stark erweitert. Heute wird das CAN-Bussystem in mobilen Systemen, als Maschinen- oder Anlageinternes Kommunikationssystem, im Feldbereich als Fertigungsautomatisierung, in der Gebäudeleittechnik und in vielen anderen Bereichen eingesetzt.

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Der CAN-Bus wird in der Feldebene Eingesetzt. Er eignet sich für Aufgaben mit Echtzeitanforderungen, da durch Prioritätenvergabe auf den Bus eine optimale Echtzeitfähigkeit erreicht wird. Da der CAN-Bus nicht standardisiert wurde, sind die Ausführungen stark vom Hersteller abhängig.

Netzwerktopologie
Linearer CAN-Bus. Das CAN-Netzwerk wird als Linienstruktur aufgebaut. Stichleitungen sind in eingeschränktem Umfang zulässig. Des Weiteren sind auch ein ringförmiger Bus (Infotainment Bereich) sowie ein sternförmiger Bus (Zentralverriegelung) möglich.

Komponenten und Netzaufbau
Es gibt eine Vielzahl an Produkten auf dem Markt, die mit dem CAN-Bussystem Informationen austauschen. Um z.B. Sensoren/Aktoren an ein CAN-Bus anzubinden, kann ein I/O-Modul gekauft werden. Das I/O-Modul bietet die Möglichkeit, digitale und analoge Ein-/Ausgänge an ein CAN-Bussystem anzubinden.

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Bildquelle: www.mkt-sys.de

Buszugriffsverfahren
Der CAN-Bus arbeitet nach dem CSMA/CR (Carrier Sense Multiple Access / Collision Resolution) Verfahren. Dabei werden Kollisionen beim Buszugriff durch die Arbitrierung oder Bit-Arbitrierung aufgelöst (siehe unten). Die Daten sind NRZ-L-kodiert. Das CSMA Buszugriffsverfahren normalerweise nicht echtzeitfähig. Da beim CAN-Bus jedoch die Möglichkeit besteht, eine Nachricht mit Echtzeitanforderungen höher zu priorisieren, bietet dieses Bussystem Echtzeitfähigkeit. Der Bus ist entweder mit Kupferleitungen oder über Glasfaser ausgeführt. Der CAN-Bus arbeitet nach dem "Multi-Master Prinzip": Mehrere gleichberechtigte Steuergeräte (=Busteilnehmer) sind durch eine topologische Anordnung (siehe unten) miteinander verbunden. Die Übertragung der Daten erfolgt so, dass ein Bit, je nach Zustand, entweder dominant oder rezessiv auf den Busleitungen wirkt. Ein dominantes überschreibt dabei ein rezessives Bit.

{.imgcenter} Bildquelle: HSR Vorlesungsunterlagen Mechatronik

Objektidentifier
Der Objektidentifier kennzeichnet den Inhalt der Nachricht, nicht das Gerät. Zum Beispiel kann in einem Messsystem den Parametern Temperatur, Spannung, Druck jeweils ein eigener Identifier zugewiesen sein. Die Empfänger entscheiden anhand des Identifiers, ob die Nachricht für sie relevant ist oder nicht. Zudem dient der Objektidentifier auch der Priorisierung der Nachrichten.

Arbitrierung, Priorität
Der Buszugriff wird verlustfrei mittels der bitweisen Arbitrierung auf Basis der Identifier der zu sendenden Nachrichten aufgelöst. Dazu überwacht jeder Sender den Bus, während er gerade den Identifier sendet. Senden zwei Teilnehmer gleichzeitig, so überschreibt das erste dominante Bit eines der Beiden das entsprechend rezessive des Anderen, welcher dieses erkennt und seinen Übertragungsversuch beendet, damit der Andere seine Daten übertragen kann. Für die Übertragung von zeitkritischen Nachrichten kann also ein Identifier hoher Priorität vergeben werden, um ihnen so Vorrang bei der Übertragung zu gewähren.

Je nach Hersteller können die Angaben unterschiedlich sein.

Max. Teilnehmer:
32 Teilnehmer (ohne Repeater); mit Repeater unbegrenzte Teilnehmerzahl

Übertragungsrate:
1 MBd bei 40 m Leitungslänge 50 kBd bei 1000 m Leitungslänge

Leitungslänge:
40 m bei 1MBd Übertragungsrate 1000 m bei 50 kBd Übertragungsrate

Telegrammformat:
Nutzdaten 8 Byte

Datensicherung:
16 Bit-CRC, HD = 6

Der CAN-Bus wird in der Feldebene Eingesetzt. Er eignet sich für Aufgaben mit Echtzeitanforderungen, da durch Prioritätenvergabe auf den Bus eine optimale Echtzeitfähigkeit erreicht wird. Da der CAN-Bus nicht standardisiert wurde, sind die Ausführungen stark vom Hersteller abhängig.

Vor- Nachteile eines CAN-Bus:

Ausblick
Der CAN-Bus wurde ursprünglich für die Automobilindustrie entwickelt, um eine schnelle und störsichere Verbindung in Linienform zu realisieren. Aufgrund der für hohe Übertragungsraten bei kurzen Entfernungen optimierten Architektur finden CAN-Bussysteme vielfach auch in industriellen Bereichen Anwendung, wo abgeschlossene Systeme wie beispielsweise Maschinen mit einer effizienten Infrastruktur zum Datentransport ausgestattet werden sollen.