CAN-Bus

(Weitergeleitet von Netzteil)
CAN-Bus Anschluss

Der CAN-Bus ist ein Netzwerk, mit dem CAN-Bus-fähige Geräte verbunden werden können, um miteinander zu kommunizieren (z.B. Werte austauschen, Meldungen weitergeben) sowie einander zu bedienen (Funktionsdaten/Firmware zusenden, voller Fernzugriff). Ein beliebter Anwendungsfall ist das Verbinden eines CAN-MTx2 und eines RSM610, was effektiv eine kleinere Variante einer UVR16x2 ergibt.

Der CAN-Bus ist vom DL-Bus unabhängig.

Verkabelung und Pole

Der CAN-Bus besteht aus 4 Polen:

  • Ground
  • 12V Versorgung
  • CAN-High
  • CAN-Low

Beim Anschluss ist es wichtig darauf zu achten, dass die Polung nicht vertauscht wird.
Die Gesamtlast aller Geräte, die über die 12V Versorgung (und, wenn vorhanden, über einen 24V Ausgang) versorgt werden, darf 6 Watt nicht überschreiten.

Der einzige zulässige Aufbau eines CAN-Busnetzes ist eine Strangleitung, also von einem Gerät weiter zum nächsten. Weiters ist die Terminierung zu beachten. Jeweils beim ersten und beim letzten CAN-Bus-Teilnehmer in der Strangleitung muss die Steckbrücke der Terminierung auf term (= terminiert) gesetzt werden. Alle Teilnehmer dazwischen müssen auf open (= nicht terminiert) gesetzt werden. Sind nur 2 Geräte per CAN-Bus verbunden, müssen also beide terminiert werden.

Verkabelung und Terminierung

Größere Netzwerke

Der Schirm des Buskabels muss bei jedem Knotenpunkt gut leitend durch verbunden werden. Besonders wichtig ist auch eine möglichst niederohmige Verbindung zum Erdpotential. Bei der Einführung von Kabeln in ein Gebäude ist darauf zu achten, diese möglichst an derselben Stelle einzuführen und alle am selben Potentialausgleichssystem anzuschließen (Single-Entry-Point-Prinzip). Der Grund ist, nahezu gleiche Potentiale zu schaffen um im Fall einer Überspannung an einer Leitung (Blitzschlag) einen möglichst geringen Potentialunterschied zu den benachbarten Leitungen zu haben. Ebenfalls ist ein entsprechender Abstand der Kabel zu Blitzschutzanlagen sicherzustellen.
Der Potentialausgleich hat auch positive Eigenschaften gegen leitungsgekoppelte Störungen.

Wird ein Buskabel zwischen mehreren Gebäuden verlegt, ist darauf zu achten keine Erd- bzw. Masseschleifen zu erzeugen. Der Hintergrund ist, dass Gebäude in der Realität unterschiedliche Potentiale gegenüber Erdpotential besitzen. Verbindet man nun einen Kabelschirm in jedem Gebäude direkt mit dem Potentialausgleichssystem entsteht eine Erdschleife. D.h. es entsteht ein Stromfluss vom höheren zum niedrigeren Potential.
Wenn z.B. ein Blitz in der Nähe eines Gebäudes einschlägt, wird das Potential dieses Gebäudes kurzzeitig um einige kV angehoben. Der Ausgleichsstrom fließt dann über den Busschirm ab und verursacht extreme elektromagnetische Einkopplungen, die zur Zerstörung der Buskomponenten führen können.

Stichleitungen

Stichleitungen.png

Um zuverlässige lange Stichleitungen zu erzeugen wird ein CAN-Buskonverter CAN-BC2 verwendet. Damit wird die Stichleitung vom anderen CAN-Busnetz entkoppelt und kann als eigenständiges CAN-Busnetz betrachtet werden.

  • Sternförmige Abzweigungen von bis zu zehn Meter bringen keine Beeinträchtigung der Übertragung mit sich.
  • Bis zu einer Buslänge von 250 m und einer Übertragungsrate von 50 kbit/s funktioniert die Datenübertragung bei einer geringen Anzahl von CAN-Knoten das preisgünstige KNX-Buskabel J-Y(St)Y EIB KNX 2x2x0,8 mit einem Wellenwiderstand von 75 bis 90 Ohm fehlerfrei.
  • Bis zu einer Buslänge von 150m und nur wenigen Knoten kann auch das Kabel CAT 5 24AWG (typisches Ethernetkabel in PC-Netzwerken) eingesetzt werden.

Ein Wechsel der Kabeltypen unterschiedlicher Wellenwiderstände ist nur über die Signaltrennung durch einen CAN-Buskonverter zulässig. Derartige Netzwerke entsprechen aber nicht der empfohlenen Spezifikation. Die Fa. Technische Alternative RT GmbH kann daher keine Gewähr auf einwandfreies Funktionieren bei Anwendung einer der 3 oben angeführten Möglichkeiten geben.

Beispiele veschiedener Netzwerkvarianten

Symbolerklärung

Kleines Netzwerk

  • Aufbau innerhalb eines Gebäudes.
  • Max. Leitungslänge: 1.000m bei 50 kbit/s

Der Schirm muss bei jedem Netzwerkknoten weitergeführt und mit Masse (GND) des Geräts verbunden werden. Die Erdung des Schirms bzw. GND darf nur indirekt über einen Gasentladungsableiter durchgeführt werden. Es ist zu beachten, dass keine ungewollte direkte Verbindung der Masse oder des Schirms und dem Erdpotential zu Stande kommt (z.B. über Sensoren und das geerdete Rohrsystem).


Netzwerkbeispiele Kleines Netzwerk.png



Netzwerk über mehrere Gebäude

  • Aufbau über mehrere Gebäude, keine CAN-Buskonverter in Verwendung
  • Max. Leitungslänge: 1.000m bei 50 kbit/s

Der Schirm muss bei jedem Netzwerkknoten weitergeführt und an einem Punkt möglichst in der Leitungsmitte geerdet werden. Es wird empfohlen den Schirm in den anderen Gebäuden mittels eines Gasentladungsableiters indirekt zu erden. Der Schirm wird nicht mit der Masse (GND) der Geräte verbunden.

Netzwerkbeispiele Groß 1.png



Netzwerk über mehrere Gebäude mit CAN-Buskonvertern

  • Aufbau über mehrere Gebäude, Stichleitungen durch CAN-Buskonverter ermöglicht
  • Max. Leitungslänge: je nach eingestellter Baud-Rate beim CAN-BC2

Der Schirm des entkoppelten Netzwerkes wird bei jedem Buskonverter auf CAN-Bus Masse (GND) angeschlossen. Dieser Schirm darf nicht direkt geerdet werden. Ohne CAN-Bus-Überspannungsableiter bietet diese Variante nur einen Schutz gegen Potentialunterschiede bis max. 1kV, darf jedoch nicht als Blitzschutz angesehen werden. In diesem Fall sollte der Schirm der Leitung zwischen den CAN-Buskonvertern an einem Punkt möglichst in der Leitungsmitte geerdet werden. Es wird empfohlen den Schirm in den anderen Gebäuden mittels eines Gasentladungsableiters indirekt zu erden. Ein CAN-Buskonverter ist wie ein Repeater. Er empfängt CAN-Bussignale und sendet sie weiter. Daher ist jede Leitungsstrecke auf beiden Seiten von CAN-Buskonvertern als eigenes CAN-Busnetz zu betrachten.

A.png

Kabelwahl und Netzwerktopologie

Für den Einsatz in CANopen-Netzwerken hat sich die paarweise verdrillte Leitung (shielded twisted pair) durchgesetzt. Dabei handelt es sich um ein Kabel mit verdrillten Leiterpaaren und einem gemeinsamen Außenschirm. Diese Leitung ist gegen EMV-Störungen relativ unempfindlich und es können Ausdehnungen bis zu 1000 m bei 50 kbit/s erreicht werden. Die in der CANopen Empfehlung (CiA DR 303-1) angegebenen Leitungsquerschnitte sind in folgender Tabelle wiedergegeben.

Buslänge [m] Längenbezogener
Widerstand [mΩ/m]
Querschnitt [mm²]
0 - 40 70 0,25 - 0,34
40 - 300 <60 0,34 - 0,60
300 <40 0,50 - 0,60
600 - 1000 <26 0,75 - 0,80

Die maximale Leitungslänge ist außerdem abhängig von der Anzahl der mit dem Buskabel verbundenen Knoten [n] und dem Leitungsquerschnitt [mm²].

Leitungsquer-
schnitt [mm²]
Maximale Länge [m]
n=32 n=63
0,25 200 170
0,50 360 310
0,75 550 470

Busrate

In den CAN-Bus-Menüs jedes Gerätes kann die Busrate zwischen 5 und 500 kbit/s eingestellt werden, wobei bei niedrigeren Busraten längere Kabelnetze möglich sind. Allerdings muss dann der Querschnitt entsprechend erhöht werden.
Die Standard-Busrate des CAN-Netzwerkes ist 50 kbit/s (50 kBaud), die für viele CAN-Busgeräte vorgegeben ist.
Wichtig: Es müssen alle Geräte im CAN-Busnetz die gleiche Übertragungsrate haben um miteinander kommunizieren zu können.

Busrate [kbit/s] maximal erlaubte Gesamtbuslänge [m]
5 10.000
10 5.000
20 2.500
50 (Standard) 1.000
125 400
250 200
500 100

Empfehlung zur Kabelwahl

Ein 2x2-poliges, paarweise verdrilltes (CAN-L mit CAN-H bzw. +12V mit GND verdrillen) und geschirmtes Kabel mit einem Leitungsquerschnitt von mind. 0,5mm², einer Leiter-zu-Leiter-Kapazität von max. 60 pF/Meter und einer Kennimpedanz von 120 Ohm. Die Standard-Busgeschwindigkeit der UVR16x2 beträgt 50 kbit/s. Dieser Empfehlung entspricht z.B. die Kabeltype Unitronic®-Bus CAN 2x2x0,5 der Firma Lapp Kabel für feste Verlegung in Gebäuden oder Leerrohren. Somit wäre theoretisch eine Buslänge von ca. 500 m möglich, um eine zuverlässige Übertragung zu gewährleisten.
Für die direkte Verlegung in Erdreich eignet sich z.B. das Erdkabel 2x2x0,5 mm² der Fa. HELUKABEL Art.Nr. 804269 oder das Erdkabel 2x2x0,75 mm² der Fa. Faber Kabel Art.Nr. 101465.

Stromversorgung und Netzteil

Geräte wie das C.M.I. und der CAN-MTx2 können über die 12V-Ader des CAN-Bus versorgt werden. Die Gesamtlast der Geräte, die über diese (und gegebenenfalls über den 24V-Ausgang) versorgt werden, darf nicht mehr als 6 Watt betragen. Das C.M.I. kann wahlweise auch stattdessen über ein 12V-Netzteil versorgt werden.

Siehe auch