Das PCAN-Ethernet Gateway DR dient zur CAN-over-IP-Übertragung mit hoher Datenrate über große Distanzen.

Das PCAN-Ethernet Gateway DR dient zur CAN-over-IP-Übertragung mit hoher Datenrate über große Distanzen.Peak

Das Szenario: Eine Produktionsstätte, mehrere Fertigungsanlagen. Jede Anlage tauscht ihre Mess- und Regeldaten per CAN-Bus aus. Die Überwachung erfordert die Zusammenführung der Daten an zentraler Stelle. Für die Fernwartung ist eine Steuerzentrale im Nachbargebäude zuständig. Ein weiter Weg bis dahin – zu weit für den CAN-Bus.

Von Haus aus ist der CAN-Bus auf ein örtlich begrenztes System ausgelegt. Ursprünglich konzipiert für Pkw, vernetzt er mittlerweile ganze Produktionsanlagen. Damit einher gehen häufig größere Datenmengen, deren Übertragung hohe Transferraten erfordert. Auf der physikalischen Ebene zieht das jedoch eine kürzere maximale Buslänge eines Strangs nach sich. Dies erschwert die Vernetzung weitläufiger Anlagen. So gilt für eine Übertragungsrate von 1 Mbit/s im der Praxis eine maximale Buslänge von bis zu 40 m. Das ist bereits wenig, um diverse I/O-Knoten innerhalb einer Anlage zu verbinden. Das Ziel heißt also: Mess- und Regeldaten aus CAN-Bussen an entfernten Orten in Echtzeit nutzbar machen, sei es für den Austausch von Daten zwischen entfernten CAN-Bussen oder zur Überwachung des CAN-Netzwerks von einer Steuerzentrale aus.

Für große Distanzen: CAN-over-IP

Als Ansatz hierfür dient die beinahe allgegenwärtige IP-Welt. Warum nicht ein günstiges und eventuell bereits bestehendes IP-Netzwerk für CAN-Daten nutzen? Hier kommt die neue Gateway-Familie von Peak-System ins Spiel. Ein Gateway verbindet den CAN-Bus mit dem IP-Netzwerk. Es nimmt die CAN-Frames entgegen, packt sie in IP-Pakete und schickt sie über das LAN. Ein weiteres Gateway am entfernten CAN-Bus entpackt die empfangenen Pakete und sendet die enthaltenen Daten auf dem CAN-Bus. Die CAN-Frames werden also unverändert durch das IP-Netzwerk getunnelt und 1-zu-1 wiedergegeben. Das PCAN-Ethernet Gateway DR bewerkstelligt dies per LAN über einen RJ-45-Anschluss.

Im Web-Interface des Gateways sind zwei ausgehende und zwei eingehende Routen definiert. Per IP-Netzwerk eingehende CAN-Nachrichten werden auf Port 50000 akzeptiert.

Im Web-Interface des Gateways sind zwei ausgehende und zwei eingehende Routen definiert. Per IP-Netzwerk eingehende CAN-Nachrichten werden auf Port 50000 akzeptiert.Peak

Die Konfiguration des Gateways erfolgt wie die eines Internet-Routers über ein Web-Interface. Neben den üblichen Einstellungen für IP-Netze findet hier die Konfiguration der High-Speed-CAN-Kanäle und der Kommunikationsrouten statt. Für die Datenübertragung in eine Richtung muss der Betreiber im Gateway A eine Senderoute mit Gateway B als Empfänger festlegen und Gateway B entsprechend einrichten. Bei der Initialisierung einer Route führen die Gateways einen Handshake durch und etablieren einen zusätzlichen Kanal zur Überwachung der Kommunikation.

Acht Spuren auf der Datenautobahn

Da in einem Gateway die Festlegung von bis zu acht Sende- oder Empfangsrouten möglich ist, können auch mehr als zwei Gateways in einem IP-Netzwerk kommunizieren. Die Verbindung ist also nicht auf 1-zu-1 beschränkt. Im Rahmen des Fernwartungsbeispiels empfängt das Gateway der Steuerzentrale über das LAN die CAN-Frames von den Gateways an den verschiedenen Anlagen und übergibt sie an den lokalen CAN-Bus. Hier können angeschlossene Geräte wie Displays, Schalter oder ein PC mit CAN-Interface auf die Daten zugreifen.

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Peak

Ein weiterer Aspekt bei der Vernetzung unterschiedlicher CAN-Busse per CAN-over-IP ist die Flexibilität in Bezug auf die jeweiligen Übertragungsraten. Abgesehen davon, dass ein Gateway natürlich mit der korrekten Übertragungsrate am angeschlossenen Bus kommuniziert, bedarf es keiner weiteren Anpassung der CAN-Frames. Sie werden einfach auf dem entfernten Bus in dessen Geschwindigkeit gesendet. Diese Umsetzung geschieht übrigens auch zwischen zwei an einem PCAN-Ethernet Gateway DR angeschlossenen CAN-Bussen.

Zuverlässigkeit: UDP oder TCP?

Bei der Konfiguration der Routen besteht die Möglichkeit der Wahl des zu verwendenden IP-Protokolls: TCP oder UDP. Während bei der Kommunikation per TCP die Übertragung und der Empfang der Datenpakete durch Rückmeldung des Empfängers sichergestellt werden, gibt es im UDP-Protokoll keinen solchen Mechanismus. Letzteres hat den Vorteil des geringeren Overheads. In diesem Fall ist jedoch eine sicherheitsrelevante Kommunikation, bei der es auf eine zuverlässige Übertragung ankommt, nicht zu empfehlen.

Ist kein IP-Netzwerk vorhanden, stehen auch WLAN-fähige Bauformen des PCAN Gateway zur Verfügung. Darüber hinaus kann ein Tunnel nicht nur zwischen zwei Hardware-Gateways bestehen. Auf einem Windows-PC kommuniziert die Software Virtual PCAN-Gateway direkt mit einer PCAN-Gateway-Hardware über das IP-Netzwerk. Die Software behandelt das entfernte Gateway wie ein direkt an den PC angeschlossenes CAN-Interface und kann so auf die Kommunikation entfernter CAN-Netze zugreifen.

Ein virtuelles Gateway im PC ermöglicht einen direkten Zugriff auf den CAN-Verkehr in Anlage A.

Ein virtuelles Gateway im PC ermöglicht einen direkten Zugriff auf den CAN-Verkehr in Anlage A.Peak

Das Szenario der virtuellen Gateways ist nicht nur auf PCs beschränkt. Auch für mobile Geräte ist diese Möglichkeit vorgesehen. Daraus ergeben sich neue Optionen zum schnellen Zugriff auf CAN-Netzwerke, zum Beispiel für Außendiensttechniker. Was die Übertragungszuverlässigkeit des CAN-Busses betrifft, kann eine Weiterleitung per IP-Netz zwar nicht das gleiche Niveau erreichen. Jedoch kommt es bei der Fernwartung darauf auch nicht an. Vielmehr stehen die Überbrückung einer für CAN-Busse nicht realisierbaren Entfernung und die unkomplizierte Verfügbarkeit der Daten im Vordergrund. PCAN-Gateways setzen diese Anforderungen auf einfache Weise um.