CAN FD auch in der Automatisierung

CANopen – ready for CAN FD?

3. Mai 2017, 15:15 Uhr | Andreas Knoll

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Für neue CAN-open-Netzwerke interessant

Welchen Nutzen bringt CAN FD letztlich in industriellen Anwendungen? Ist CAN FD nur für eine Leistungssteigerung bestehender CANopen-Netzwerke oder auch für neue CANopen-Netzwerke interessant?

CAN FD wird ausschließlich für neue CAN-open-Netzwerke interessant sein. Der Grund dafür ist, dass nur mit CANopen FD eine deutliche Leistungssteigerung und Erhöhung der Funktionalität möglich ist. Ferner sind existierende Produkte für CAN FD zu ertüchtigen. Dies bedeutet, dass die Hardware mit einem CAN-FD-Controller ausgestattet sein muss sowie mit einem CAN-Transceiver, der für die höheren Datenraten spezifiziert ist. CAN-FD-Geräte können grundsätzlich den „klassischen“ CAN-Mode unterstützen, um auch in CAN/CANopen-Netzwerken eingesetzt zu werden. Es ist jedoch nicht möglich, reine CAN/CANopen-Geräte in einem CAN-FD-/CANopen-FD-Netzwerk zu betreiben.

Welche Zukunft hat CAN – ob als klassisches CANopen oder auf dem Leistungs-Niveau von CAN FD – in der Industrieproduktion 4.0?

Um diese Frage zu beantworten, müssen wir betrachten, was Industrie 4.0 bzw. Industrial Internet of Things (IIoT) aus kommunikationstechnischer Sicht eigentlich erreichen will. Generelles Ziel von Industrie 4.0 und IIoT ist, erheblich mehr Betriebs- und Diagnosedaten zu erfassen und eine Durchgängigkeit der Datenübertragung zwischen IT- und Automatisierungs-Netzwerken zu ermöglichen, um die Wartung und Steuerung von Maschinen und Anlagen zu verbessern und damit die Produktion zu optimieren und zu flexibilisieren.

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HMS/IXXAT
Die HMS-Marke Ixxat hat CAN-FD-Geräte in verschiedenen Formfaktoren im Programm.
© HMS/IXXAT

Die zusätzlich zu erfassenden Betriebs- und Diagnosedaten sind meist Datenpakete, die nicht so häufig übertragen werden, aber einen größeren Umfang haben. Im Unterschied dazu sind die im Feldbereich, also innerhalb einer Maschine, verwendeten Steuerungsdaten von geringem Umfang und werden häufig übertragen mit hohen Anforderungen an Echtzeitdatenübertragung.

Wie schon angesprochen, ist Industrial Ethernet oder auch Ethernet TSN innerhalb von Maschinen nur sinnvoll, wenn die Maschinen die zusätzliche Leistungsfähigkeit der Ethernet-Systeme trotz den damit verbundenen Nachteilen erfordern. Bei kleineren Einheiten, aber auch als Sub-Systeme in großen Maschinen gibt es und wird es künftig viele Anwendungen geben, in denen CAN bzw. vor allem CAN FD deutliche Vorteile hat, sei es durch Robustheit, Preis, Energiebedarf oder einfache Installation und Wartung. Dies gilt vor allem für Anwendungen außerhalb der Fabrikautomatisierung.

Lässt sich CANopen auf irgendeine Weise mit OPC UA verbinden?

OPC UA ist ein Protokoll auf TCP/IP-Basis. Dies bedeutet, dass das OPC-UA-Protokoll nicht ohne Weiteres über CAN bzw. CANopen übertragen werden kann. Was jedoch möglich ist und bereits in einer CiA-Arbeitsgruppe geschieht, ist, eine Companion Specification zu erstellen, die definiert, wie CANopen auf OPC UA abgebildet wird. Diese Umsetzung kann dann innerhalb der Steuerung der Maschine oder auf einem Gateway erfolgen. Wie schon angesprochen, müssen dazu viel mehr Daten als nur für die reine Steuerung der Maschine übertragen werden. Dies wird mit CAN FD bzw. CANopen FD kein Problem mehr sein.

Für CANopen gibt es viele Geräteprofile und Anwendungsprofile von CiA. Lassen sie sich zusammen mit einem der etablierten Industrial-Ethernet-Systeme oder mit TSN nutzen?

EtherCAT und Powerlink nutzen die Geräte- und Anwendungsprofile von CiA schon heute. Sie definieren und nutzen als Application Layer ebenfalls CANopen. Zudem sind einige der Geräteprofile und Anwendungsprofile schon als internationale Standards verabschiedet. TSN selbst ist kein Protokoll zur Datenübertragung, sondern ein Mechanismus, der eine definierte Latenzzeit und Bandbreite zur Übertragung von Daten über Standard-Ethernet gemäß IEEE 802.1 sicherstellt. Bei TSN fehlt ein definierter Application Layer. Dies könnte beispielsweise OPC UA sein oder aber TSN in Verbindung mit EtherNet/IP oder Profinet, wobei wir dann in der Welt der ODVA oder PI wären, die eigene Geräteprofile und Anwendungsprofile haben (jedoch deutlich weniger Profile als CiA).

Inwieweit und unter welchen Umständen lassen sich die CANopen-Profile in der Industrieproduktion 4.0 nutzen?

Sobald es eine Companion Specification für OPC UA und CANopen gibt, lassen sich die Geräte- und Anwendungsprofile auch in Verbindung mit OPC UA nutzen. Dies ist heute noch die größte Schwachstelle von OPC UA, denn OPC UA hat keine Definitionen, wie Daten, Parameter und Funktionen von Geräten und Systemen in den verschiedenen Anwendungsbereichen einheitlich modelliert bzw. abgebildet werden.

Welche Roadmap verfolgt HMS/Ixxat bezüglich CANopen und CAN FD in der Industriekommunikation 4.0?

In den zurückliegenden Monaten wurden die vorhandenen CAN-Produkte der Marke Ixxat für die Unterstützung von CAN FD überarbeitet, und auf der diesjährigen embedded world wurden zahlreiche neue Produktversionen mit CAN-FD-Unterstützung vorgestellt. So ist jetzt eine breite Palette von CAN-FD-Schnittstellenkarten, CAN-FD-Topologiekomponenten und CAN-FD-Gateways verfügbar. Im Laufe des Jahres werden wir Unterstützung für OPC UA und MQTT in einige dieser Komponenten integrieren. HMS ist Mitglied in der CiA-Arbeitsgruppe zur Definition der Companion Specification für CANopen und OPC UA und ist in Arbeitsgruppen der OPC Foundation aktiv.


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