In Echtzeit am CAN-Bus

Transkript

1 Schnelle Meßwerterfassung und Prüfstandssteuerung: In Echtzeit am CAN-Bus Kurzfassung Für das Meß-, Steuer- und Regelsystem ARGUS wurde von der Firma SORCUS eine für Echtzeitanforderungen geeignete Schnittstelle zum CAN-Bus realisiert. Als Hardwarebasis dient die intelligente PC-Einsteckkarte MODULAR-4/486, die mit entsprechenden CAN-Bus-Modulen ausgestattet ist. Der als Echtzeittask realisierte CAN-Treiber unterstützt bis zu fünf unabhängige CAN-Schnittstellenmodule. Gleichzeitig zu Messungen am CAN-Bus können so schnelle analoge und digitale Meßsignale exakt zeitsynchron erfaßt werden. Dies eröffnet vielfältige Einsatzmöglichkeiten überall dort, wo in Verbindung mit dem CAN-Bus hohe Abtastraten zu bewältigen sind, Echtzeitfähigkeit gefordert ist oder Ereignisse genau synchronisiert und protokolliert werden müssen. Das neue System bewährt sich bereits im harten Praxiseinsatz bei der Firma Voith Turbo sowie der Daimler-Benz AG. ARG001_B Seite: 1

2 Die Erfolgswelle des CAN-Bus ist ungebrochen. Angefangen beim Automobil, über die Fabrik- und Gebäudeautomatisierung bis hin zum Embedded-Networking hat er sich in vielen Bereichen einen festen Platz in der Feldbuslandschaft erobert. Parallel mit der Verbreitung des Bussystems wächst auch der Bedarf an leistungsfähigen Entwicklungsund Testsystemen. Problematisch war bislang das Testen von CAN-Bus-Entwicklungen unter Echtzeitbedingungen. Durch die richtige Kombination von Hard- und Software ist jetzt eine Lösung verfügbar, die nicht nur höchste kontinuierliche Abtastraten ermöglicht sondern auch vom Bus unabhängige externe Signale zeitsynchron aufzeichnen kann. Der Einsatz moderner Bussysteme wie CAN (Controller Area Network) bringt dem Anwender eine Reihe von Vorteilen. Als Hauptargument zählt sicher der enorme Einspareffekt bei den Verkabelungskosten. Zahlreiche Sensoren und Aktoren nutzen gemeinsam dieselbe physikalische Leitung. Aber auch die weitergehenden Möglichkeiten wie z.b. Fehlerdiagnose, Vorausfallanzeige oder Bereichsumschaltung bei "intelligenten" Sensoren bzw. Aktoren bergen interessantes Rationalisierungspotential. Signalverfälschungen auf (langen) Transportwegen können aufgrund des gesicherten Busprotokolls nicht mehr auftreten bzw. werden als solche sofort erkannt. ARG001_B Seite: 2

3 Höchste Anforderungen bei Testumgebungen Prinzipbedingt ist jedoch jedes serielle Bussystem langsam, wenn man es mit der parallelen Übertragungstechnik vergleicht. Dies kann besonders in Testphasen zu einem erheblichen Handicap werden. Wenn ein CAN-Bus im Automobil beispielsweise 50 Messungen pro Sekunde und Sensor überträgt, mag dies für die Praxis völlig ausreichen. In der Test- und Entwicklungsphase jedoch gelten andere Regeln; die Anforderungen sind dort ungleich höher. Tests dienen schließlich dazu, das Systemverhalten auch unter kritischen Randbedingungen und in Extremsituationen genau zu analysieren. Unverzichtbar ist dies, wenn Zuverlässigkeit und Sicherheit im Mittelpunkt stehen, z.b. bei Brems- oder Antiblockiersystemen in Fahrzeugen. Man braucht lückenlose Werteverläufe von Drücken, Temperaturen usw., damit auch kürzeste Spitzen nicht verloren gehen. Für derartige Aufzeichnungen mit Abtastraten im khz-bereich sind Feldbusse schlicht und einfach überfordert. Eine praxiserprobte Lösung für die schnelle Meßwertaufzeichnung in Verbindung mit dem CAN-Bus hat SORCUS jetzt entwickelt. ARGUS ist ein Meß-, Steuer- und Regelsystem, das auf Basis der intelligenten MODULAR-4/486-Karte sehr hohe Echtzeitfähigkeit und höchste kontinuierliche Abtastraten ermöglicht. Die Erweiterungskarte für PCs ist durch steckbare Schnittstellenmodule wie Busankopplungen, analoge und digitale Ein- /Ausgänge usw. sehr flexibel an unterschiedliche Aufgabenstellungen anpaßbar. Spezielle Treiber nutzen die Geschwindigkeitsvorteile dieser Hardware durch Parallelverarbeitung auf der Karte optimal aus - im Gegensatz zu zahlreichen anderen Produkten am Markt. CAN-Signale mit konventionellen Kanälen synchronisieren Seit neuestem verfügt das Unternehmen nun über einen als Echtzeittask realisierten CAN-Treiber. Dieser unterstützt auch bei höchsten Bus-Taktraten bis zu fünf CAN- Schnittstellenmodule auf der Karte und ermöglicht es, parallel dazu Meßwerte über analoge oder digitale Kanäle aufzuzeichnen. D.h., das System ist in der Lage, gleichzeitig zu Messungen am CAN-Bus schnelle analoge und digitale Meßsignale exakt zeitsynchron zu erfassen. Dies eröffnet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten nicht nur bei Prüfständen, sondern überall dort, wo zur Übertragung der Meßwerte neben Bustechnik auch konventionelle Kanäle nötig sind. Bei Messungen am Fahrzeug ist damit z.b. das ABS-System oder ein anderes System am CAN-Bus überprüfbar. Dieselben Daten werden zum einen über den Bus mit den üblichen Buszykluszeiten aufgezeichnet und zum anderen über direkte analoge oder digitale Kanäle mit Abtastraten im khz-bereich. Anschließend läßt sich die Standardmeßreihe mit dem hochgenauen Protokoll vergleichen und das Systemverhalten bewerten. Auch der umgekehrte Fall ist möglich: Wichtige Daten zur Gesamtfunktion eines Fahrzeugs können zeitsynchron zur Messung anderer Fahrzeugsignale in das System eingespielt werden. ARG001_B Seite: 3

4 Echtzeitgenaue Protokollierung der CAN-Messages Das zweite Anwendungsgebiet ist die Überprüfung des CAN-Bus selbst. Dazu gibt ARGUS die Sollwerte zur Überprüfung des Gerätes beispielsweise über analoge Ausgänge vor und zeichnet gleichzeitig die am CAN-Bus anliegenden Meßergebnisse auf. So lassen sich komplette Fahrstrecken, Bewegungsprofile oder Ereignisketten simulieren und das jeweilige Busverhalten überprüfen. Der Clou hierbei ist, daß neben dem Eintreffen der CAN-Bus-Daten auch noch der exakte Zeitpunkt des Eintreffens einer Message, die Zeitdifferenz zwischen zwei Messages sowie die Anzahl der eintreffenden Messages für jeden Identifier separat aufgezeichnet werden. Das System protokolliert also neben der schnellen Meßwerterfassung und Sollwertvorgabe gleichzeitig die Busaktivitäten für eine große Zahl von Geräten. Nach Angaben des Herstellers ist ARGUS mit diesem Leistungsspektrum am Markt konkurrenzlos. Die Protokollierung des CAN-Bus mit Standardwerkzeugen ermöglicht nämlich keine genaue zeitliche Zuordnung anderer Meßsignale. Bis zu fünf CAN-Netze gleichzeitig Das Busmodul M-CAN-1 für MODULAR-4/486 bietet Übertragungsgeschwindigkeiten von 5 Kbit/s bis 1 Mbit/s und unterstützt sowohl die CAN-Spezifikationen 2.0 A als auch 2.0 B. Ein CAN-Bus-Controller vom Typ ist für Nachrichtenformatierung und Fehlerbehandlung verantwortlich und entlastet die Basiskarte vom Protokoll-Handling. Die galvanisch getrennte Schnittstelle zum Bus entspricht ISO/DIN Mit maximal vier CAN-Modulen auf einer Basiskarte arbeitet das System an ebenso vielen CAN-Netzen gleichzeitig. Zusammen mit der Software ARGUS können Aufgabenstellungen mit mehreren hundert analogen und digitalen Meßkanalzahlen mit effektiven Abtastraten bis zu 1,5 MHz bewältigt werden. Analoge, digitale und inkrementelle Meßkanäle sind frei mischbar und hinsichtlich der Abtastraten kanalindividuell parametrierbar. Bedient wird wahlweise über Maus oder Tastatur. Übersichtliche Eingabemasken oder Auswahllisten gestatten auch weniger geübten Anwendern schnellen Zugriff auf die gewünschten Optionen. Als Anzeigeformate stehen Tabellen, Balken- oder Liniendiagramme, XY-Darstellungen, Meldefenster, Oszilloskop, Fast-Fourier-Transformation und zahlreiche weitere Optionen zur Verfügung. Dank echter Parallelverarbeitung kann man auch während einer laufenden Messung zurückliegende Meßzeiträume darstellen, spreizen und scrollen, ohne daß die Messung abgebrochen werden muß. Als weitere Features sind die ereignisgesteuerte Meßwerterfassung, eine Programmierschnittstelle, Datenbank, der integrierte digitale PID- Regler, Vernetzung usw. zu nennen. ARG001_B Seite: 4

5 In der Praxis bewährt Die neue CAN-Lösung bewährt sich bereits im harten Praxiseinsatz: Bei der Firma Voith Turbo z.b. werden an einem Dauerprüfstand für Retardersysteme sowohl Meßwerte vom CAN-Bus als auch von analogen und digitalen Eingängen zeitgenau synchron eingekoppelt. Gleichzeitig gibt ARGUS die Sollwerte für den zu prüfenden Retarder echtzeitgenau vor. Für eine Fahrzeugmessung bei der Daimler-Benz AG werden gleichzeitig drei CAN-Bus- Systeme mit mehreren hundert Messages, 32 schnelle analoge Eingänge und 40 digitale Eingänge sowie drei Zählerkanäle benötigt. Jedes der Bussysteme arbeitet mit unterschiedlichen Baudraten. Den schnellen Analogsignalen werden die CAN-Bus- Signale zeitsynchron zugeordnet. Das Timing auf dem Bus ist bei Bedarf für jeden der Kanäle protokollierbar. Das System ist in der Lage, bis zu 400 Datenkanäle aufzuzeichnen. Durch die geschickte Kombination von Hard- und Software steht mit ARGUS auch für anspruchsvollste CAN-Projekte eine leistungsfähige und flexible Lösung zur Verfügung. Einsatzmöglichkeiten für das System gibt es nicht nur im Zusammenhang mit Prüfständen und Testanordnungen, sondern überall dort, wo in Verbindung mit dem CAN-Bus hohe Abtastraten zu bewältigen sind, Echtzeitfähigkeit gefordert ist oder Ereignisse genau synchronisiert werden müssen. Dies trifft für alle Problemstellungen zu, bei denen ein Teil der Sensoren und Aktoren über den CAN-Bus kommuniziert, während hochdynamische Teilbereiche über zusätzliche direkte analoge oder digitale Kanäle angeschlossen sind, z.b. schnelle Servoantriebe mit den entsprechenden Regelkreisen Wörter, 8235 Zeichen ARG001_B Seite: 5