Verkabelung

CAN Topologie

CAN ist ein 2-Draht-Bussystem, an dem alle Teilnehmer parallel (d.h. mit kurzen Stichleitungen) angeschlossen werden. Der Bus muss an jedem Ende mit einem Abschlusswiderstand von 120 (bzw. 121) Ohm abgeschlossen werden, um Reflexionen zu vermeiden. Dies ist auch bei sehr kurzen Leitungslängen erforderlich!

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Da die CAN-Signale als Differenzpegel auf dem Bus dargestellt werden, ist die CAN-Leitung vergleichsweise unempfindlich gegen eingeprägte Störungen (EMI). Es sind jeweils beide Leitungen betroffen, somit verändert die Störung den Differenzpegel kaum.

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Bei einer zusätzlichen Abschirmung der verdrillten Leitungsadern können störende Einflüsse durch EMI weiter eliminiert werden.

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Buslänge

Die maximale Buslänge wird bei CAN vorwiegend durch die Signallaufzeit beschränkt. Das Multi-Master-Buszugriffsverfahren (Arbitrierung) erfordert, dass die Signale quasi gleichzeitig (vor der Abtastung innerhalb einer Bitzeit) an allen Knoten anliegen. Da die Signallaufzeit in den CAN-Anschaltungen (Transceiver, Optokoppler, CAN-Controller) nahezu konstant sind, muss die Leitungslänge an die Baud-Rate angepasst werden.

Baud-Rate	Buslänge
1 MBit/s	< 20 m*
500 kBit/s	< 100 m
250 kBit/s	< 250 m
125 kBit/s	< 500 m
50 kBit/s	< 1000 m
20 kBit/s	< 2500 m
10 kBit/s	< 5000 m

*) Häufig findet man in der Literatur für CAN die Angabe 40m bei 1 MBit/s. Dies gilt jedoch nicht für Netze mit optoentkoppelten CAN-Controllern. Die worst case Berechnung mit Optokopplern ergibt bei 1 MBit/s eine maximale Buslänge von 5m - erfahrungsgemäß sind jedoch 20m problemlos erreichbar.

Bei Buslängen über 1000m kann der Einsatz von Repeatern notwendig werden.

Stichleitungen

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Stichleitungen ("drop lines") sind nach Möglichkeit zu vermeiden, da sie grundsätzlich zu Signalreflexionen führen. Die durch Stichleitungen hervorgerufenen Reflexionen sind jedoch in der Regel unkritisch, wenn sie vor dem Abtastzeitpunkt vollständig abgeklungen sind. Bei den in den Buskopplern gewählten Bit-Timing-Einstellungen kann dies angenommen werden, wenn folgende Stichleitungslängen nicht überschritten werden:

Baud-Rate	Länge Stichleitung	gesamte Länge aller Stichleitungen
1 MBit/s	< 1m	< 5 m
500 kBit/s	< 5 m	< 25 m
250 kBit/s	< 10m	< 50 m
125 kBit/s	< 20m	< 100 m
50 kBit/s	< 50m	< 250 m

Stichleitungen dürfen nicht mit Abschlusswiderständen versehen werden.

Sternverteiler (Multiport Tap)

Sternverteiler

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Beim Einsatz von passiven Verteilern ("Multiport Taps"), z.B. der BECKHOFF Verteilerbox ZS5052-4500 sind kürzere Stichleitungslängen einzuhalten. Die folgende Tabelle gibt die maximalen Stichleitungslängen und die maximale Länge der Trunk Line (ohne Stichleitungen) an:

Baud-Rate	Länge Stichleitung bei Multiport Topologie	Länge Trunk Line (ohne Stichleitungen)
1 MBit/s	< 0,3 m	< 25 m
500 kBit/s	< 1,2 m	< 66 m
250 kBit/s	< 2,4 m	< 120 m
125 kBit/s	< 4,8 m	< 310 m

CAN-Kabel

Für die CAN-Verdrahtung wird die Verwendung von paarig verdrillten, geschirmten Kabeln (2x2) mit einem Wellenwiderstand von 108...132 Ohm empfohlen. Wenn das Bezugspotential der CAN-Transceiver (CAN-Ground) nicht verbunden werden soll, so kann auf das zweite Adernpaar verzichtet werden (nur bei kleinen Netzausdehnungen mit gemeinsamer Speisung aller Teilnehmer empfehlenswert).

ZB5100 CAN-Kabel

ZB5100

BECKHOFF hat ein hochwertiges CAN-Kabel mit folgenden Eigenschaften im Programm:

▪: 2 x 2 x 0,25 mm² (AWG 24) paarig verseilt, Kabelfarben: rot/schwarz + weiß/schwarz

▪: doppelt geschirmt

▪: Schirmgeflecht mit Beilauflitze (kann direkt auf Pin3 der 5-pol Anschlussklemme aufgelegt werden),

▪: flexibel (Mindestbiegeradius 35mm bei einmaligem Biegen, 70mm bei mehrmaligem Biegen)

▪: Wellenwiderstand (60kHz): 120 Ohm

▪: Leiterwiderstand < 80 Ohm/km

▪: Mantel: PVC grau, Außendurchmesser 7,3 +/- 0,4 mm

▪: Gewicht: 64 kg/km.

▪: Bedruckt mit "BECKHOFF ZB5100 CAN-BUS 2x2x0.25" und Metermarkierung (Längenangaben, alle 20cm)

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ZB5200 CAN/DeviceNet-Kabel

ZB5200

Das Kabelmaterial ZB5200 entspricht der DeviceNet Spezifikation und eignet sich ebenso für CANopen Systeme. Aus diesem Kabelmaterial sind auch die vorkonfektionierten Busleitungen ZK1052-xxxx-xxxx für die Feldbus Box Baugruppen gefertigt. Es hat folgende Spezifikation:

▪: 2 x 2 x 0,34 mm² (AWG 22) paarig verseilt

▪: doppelt geschirmt · Schirmgeflecht mit Beilauflitze

▪: Wellenwiderstand (1 MHz): 126 Ohm

▪: Leiterwiderstand 54 Ohm/km

▪: Mantel: PVC grau, Außendurchmesser 7,3 mm

▪: Bedruckt mit "InterlinkBT DeviceNet Type 572" sowie UL und CSA Ratings

▪: Litzenfarben entsprechen DeviceNet Spezifikation

▪: UL anerkanntes AWM Type 2476 Rating

▪: CSA AWM I/II A/B 80°C 300V FT1

▪: Entspricht DeviceNet "Thin Cable" Spezifikation

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Schirmung

Der Schirm ist über das gesamte Buskabel zu verbinden und nur an einer Stelle galvanisch zu erden um Masseschleifen zu vermeiden.
Das Schirmungskonzept mit HF-Ableitung von Störungen über R/C-Glieder auf die Tragschiene geht davon aus, dass die Tragschiene entsprechend geerdet und störungsfrei ist. Sollte dies nicht der Fall sein, so kann es vorkommen, dass HF-Störpegel über die Tragschiene auf den Schirm des Buskabels übertragen werden. In diesem Fall sollte der Schirm an den Kopplern nicht aufgelegt werden - aber dennoch komplett durchverbunden sein.

Hinweise für die Überprüfung der CAN-Verdrahtung finden sich im Kapitel Fehlersuche / Trouble Shooting.

Kabelfarben

Vorschlag für die Verwendung der Beckhoff CAN-Kabel an Busklemme und Feldbus Box:

Pin BK51x0 PIN BX5100 (X510)	Funktion	Kabelfarbe ZB5100	Kabelfarbe ZB5200
5	CAN Ground	schwarz /(rot)	schwarz
4	CAN Low	schwarz	blau
3	Schirm	Beilauflitze	Beilauflitze
2	CAN high	weiß	weiß
1	nicht benutzt	(rot)	(rot)

5poliger Open Style Connector

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Pin 1 ist dabei der oberste Pin auf der Steckerleiste. Pin 1 ist nicht benutzt. Pin 2 ist die CAN-High-Leitung, Pin 4 die CAN-Low-Leitung und an Pin 3 wird der Schirm aufgelegt (ist über eine R/C-Schaltung mit der Tragschiene verbunden). Optional kann am Pin 5 CAN-GND angeschlossen werden. Wenn alle CAN-Ground Pins verbunden sind ergibt dies ein gemeinsames Bezugspotential für die CAN Transceiver im Netz. Es empfiehlt sich, CAN-GND an einer Stelle zu erden, damit das gemeinsame CAN Bezugspotential nahe beim Versorgungs-Potential liegt.

Businterface Connector ZS1052-3000

Alternativ zum mitgelieferten Stecker kann der CAN Interface Connector ZS1052-3000 eingesetzt werden. Dieser vereinfacht die Verdrahtung erheblich. Für die ankommenden und abgehenden Leitungen stehen separate Klemmen zur Verfügung, der Schirm wird durch die Zugentlastung großflächig angeschlossen. Der integrierte Abschlusswiderstand kann von außen zugeschaltet werden. Ist er eingeschaltet, so wird die abgehende Busleitung elektrisch abgetrennt - damit lassen sich Verdrahtungsfehler schnell lokalisieren, und es ist gewährleistet, dass nicht mehr als zwei Widerstände im Netz aktiv sind.