Wozu eigent­lich phy­si­ka­lisch im CAN-Bus mes­sen ?

Unse­re Welt ist ana­log. Digi­tal ist eine mensch­li­che Erfin­dung die vie­les erheb­lich ver­ein­facht. Rauch­zei­chen zwi­schen Berg­gip­feln, Blink­lich­ter zwi­schen Schif­fen, Mor­se­si­gna­le im soge­nann­ten Äther – alles das waren bereits digi­ta­le Signa­le. Solan­ge digi­tal funk­tio­niert, ist es unschlag­bar – zum Bei­spiel bei der Genau­ig­keit der Über­tra­gung. Aber auch wenn man digi­ta­le Signa­le über­trägt, muss man sich eines ana­lo­gen Medi­ums bedie­nen. So ein Medi­um ist stör­an­fäl­lig. Rauch­zei­chen ver­sa­gen, wenn die Son­ne unter­geht, Blick­lich­ter sind nutz­los, wenn Nebel auf­zieht, Mor­se­si­gna­le wer­den unhör­bar im Rau­schen.

In Feld­bus­sen und gene­rell in der Welt der Elek­tro­nik wer­den Span­nun­gen defi­niert, um die Digi­tal­si­gna­le High und Low zu reprä­sen­tie­ren. Weil man schon weiß, dass Span­nun­gen wie­der ana­lo­ge Grö­ßen sind, wird ein ver­bo­te­ner Zwi­schen­raum defi­niert, in dem kei­ne der über­tra­ge­nen Span­nun­gen lie­gen darf. Um dabei eine gewis­se Über­tra­gungs­si­cher­heit zu errei­chen, hält man sich mit den nor­ma­len Schalt­span­nun­gen im Betrieb vom ver­bo­te­nen Bereich fern. Um Span­nun­gen zu signa­li­sie­ren, braucht man einen Draht als Über­tra­gungs­me­di­um. Was bei der Taschen­lam­pe noch ganz ein­fach und ver­ständ­lich ist, wird mit stei­gen­den Fre­quen­zen und gro­ßen Län­gen zum Pro­blem. Dann geht es um Kapa­zi­tä­ten und Fre­quen­zen, nicht nur um Wider­stän­de und Schal­ter. Man braucht neben dem nöti­gen Wis­sen mehr als ein Mul­ti­me­ter, um sinn­vol­le und repro­du­zier­ba­re Aus­sa­gen tref­fen zu kön­nen.

Nun könn­te man argu­men­tie­ren, dass ja bei Pro­ble­men im CAN-Bus ent­spre­chen­de Error­frames und Tele­gramm­wie­der­ho­lun­gen statt­fin­den. Errorframe CANDas stimmt so lei­der nicht. Man muss sagen, dass man beim Auf­tre­ten von Error­frames bereits an einer Stel­le ange­kom­men ist, bei der die digi­ta­le Kom­mu­ni­ka­ti­on nicht mehr rei­bungs­los funk­tio­niert. Der Bus kann noch lau­fen, weil Siche­rungs­me­cha­nis­men für eine Wie­der­ho­lung bei Feh­lern sor­gen. Aber nur eine leich­te Ver­schlech­te­rung der Über­tra­gung wür­de jetzt bereits zum kom­plet­ten Aus­fall der Kom­mu­ni­ka­ti­on füh­ren. Des­we­gen kann man das dau­er­haf­te Auf­tre­ten von Error­frames (in einem Bus, der schon ein­mal feh­ler­frei lief) eigent­lich nur als Indi­ka­tor eines sehr nahen Total­aus­falls wer­ten. Manch­mal tritt die­se Stu­fe der Ver­schlech­te­rung auch gar nicht auf und der Bus bleibt ein­fach ste­hen.

Was pas­siert dabei ? Anla­gen altern, Lei­tun­gen wer­den sprö­de und bre­chen, Steck­ver­bin­der wer­den nass und kor­ro­die­ren, Bau­ele­men­te in Sen­so­ren und Akto­ren unter­lie­gen Alte­rungs­ef­fek­ten. Der Abstand der Span­nun­gen zum ver­bo­te­nen Bereich wird klei­ner, Fre­quen­zen ver­schie­ben sich, Kapa­zi­tä­ten ver­schlei­fen die Signa­le.
Neben der Alte­rung spielt auch die Stör­si­cher­heit der Über­tra­gung eine Rol­le. Was auf dem Labor­tisch noch ein­wand­frei funk­tio­nier­te, muss im Ein­satz neben ande­ren Maschi­nen oder mobil unter­wegs noch lan­ge nicht lau­fen.

Wie aber soll man beur­tei­len, wie gut eine digi­ta­le Über­tra­gung funk­tio­niert, wenn man nur sieht, dass sie eben läuft ?

Man müss­te mes­sen kön­nen, wie viel Abstand bis zum ver­bo­te­nen Span­nungs­be­reich bleibt – wie viel Ver­schleiß­re­ser­ve man eigent­lich noch hat – wie viel Stör­si­cher­heit für den Ein­satz im Feld vor­han­den ist. Man müss­te mes­sen kön­nen, ob die Qua­li­tät der Signa­le an einer Anla­ge schlech­ter gewor­den ist oder ob sie so gut wie bei der Inbe­trieb­nah­me ist.

Das geht nur, wenn wir ana­lo­ge Wer­te – also tief unten auf der phy­si­ka­li­schen Ebe­ne – ver­mes­sen, bewer­ten, ver­glei­chen. Das kann man klas­sisch mit einem Oszil­lo­skop machen. Dazu braucht es viel Erfah­rung und Grund­la­gen­wis­sen. Ein Mess­ge­rät, das eine Bewer­tung der Mess­grö­ßen vor­nimmt anstatt die Signa­le nur anzu­zei­gen, ist da schon hilf­rei­cher. Wenn dann noch ein direk­ter Ver­gleich mit älte­ren Mes­sun­gen oder mit ande­ren Mess­stel­len im Bus mög­lich ist, wird auch die Feh­ler­su­che erheb­lich ver­ein­facht.

Zu die­sem Zweck gibt es die GEMAC Feld­bus­mess­ge­rä­te. Ein Tech­ni­ker ist damit in kur­zer Zeit in der Lage, eine Aus­sa­ge über die Signal­qua­li­tät der Teil­neh­mer zu tref­fen. Eine Abnah­me des Bus­ses dau­ert nur Minu­ten und gibt Ihnen kla­re Aus­sa­gen, die sich auch noch pro­blem­los aus­dru­cken las­sen. Bei einer Feh­ler­su­che lässt sich schnel­ler ein­gren­zen, wo ein Feh­ler zu fin­den ist. Der Erfolg von War­tun­gen und Repa­ra­tu­ren kann in Zah­len aus­ge­drückt doku­men­tiert wer­den.

Was wis­sen Sie ohne Mes­sung ? Nur das es läuft oder eben nicht. Ohne Mess­ge­rät blei­ben Sie bei einer digi­ta­len “Eins oder Null” – Aus­sa­ge. Mit Mess­ge­rät erschließt sich Ihnen eine ande­re Welt, die rea­le ana­lo­ge Welt in der wir leben.

Signalqualität im CAN-Bus

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Wie aber soll man beur­tei­len, wie gut eine digi­ta­le Über­tra­gung funk­tio­niert wenn man nur sieht das sie eben läuft?”

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