Das neueste ISO-Bus-Ethernet mit hoher Geschwindigkeit für Möglichkeiten der nächsten Generation
Powell Electronics

Schon seit den 1990er-Jahren werden CAN-Systeme (Controller Area Network) in verschiedenen Maschinenanwendungen eingesetzt und früher war ein CAN normalerweise eine proprietäre Lösung des Herstellers. Das änderte sich 2001, als die Landwirtschaftsbranche an der Entwicklung der ISO-Norm 11783 arbeitete.

Das innerhalb der ISO-Norm 11783 entwickelte ISO-Bus-System war für die Internationale Organisation für Normung (ISO) das erste seiner Art. Es hat eine echte markenübergreifende Betriebsfähigkeit der Elektronik ermöglicht und die Funktionen landwirtschaftlicher Maschinen noch präziser gemacht, wodurch den Kunden ein Mehrwert verschafft wurde. Die standardisierten Konnektivitäts- und Datenprotokolle wurden dann von der 2008 gegründeten Agricultural Industry Electronics Foundation (AEF) näher definiert.

Der Universalanschluss bei Traktoren war ein Novum für die AEF, bevor Aufgabensteuerung und Abschnittskontrolle eine präzisere Bewirtschaftung des Feldes ermöglichten. Als erster internationaler CAN-Bus-Standard entwickelt ISO 11783 einen vereinfachten Plug-and-Play-Betrieb über Maschinen mit ISO-Bus-Zertifizierung. Diese innovative landwirtschaftliche Technologie hat zu einem Bedarf an einer noch stärker markenübergreifenden Betriebsfähigkeit geführt. Nun arbeiten dieselben Unternehmen daran, einen ISO-Hochgeschwindigkeitsbus zu entwickeln, der 4000 Mal schneller als der ursprüngliche ISO-Bus und in zahlreichen Branchen einsetzbar sein wird.

Heute besteht der primäre Anwendungsfall für einen ISO-Hochgeschwindigkeitsbus darin, Digitalkameras aus einer unabhängigen Architektur zu integrieren und ein vereinfachtes System für eine vollständigere Sensorfusion anzubieten. Elektronik und Konnektivität lassen sich in einem System für das gesamte Fahrzeug kombinieren, um redundante Fahrzeugarchitekturen zu vermeiden. Dieses neue Hochgeschwindigkeitssystem bietet eine präzisere Datenprotokollierung und damit eine größere Steuerung und Kontrolle der Vorschriftsdaten und eine detailliertere Anzeige der Informationen in der Kabine. In Zukunft werden diese Maschinen über autonome Funktionen verfügen oder gar komplett autonom arbeiten.

Um solche futuristischen Fähigkeiten zu erreichen, muss die Steuerung mit einer Latenzzeit im Mikrosekundenbereich erfolgen und über eine zuverlässige und 1 Gb/s schnelle Datenverbindung gesendet werden, die eine Signalintegrität für bis zu 40 m aufweist. Dies wird zunächst die Koordination von Digitalkameras um große und schwere Fahrzeuge herum und sogar die Objektidentifizierung ermöglichen. Aktuell werden landwirtschaftliche Maschinen wie Pflanz- oder Sprühsysteme entwickelt, die mithilfe von intelligenter Optik Richtung und Durchfluss der Düse für jede auf dem Feld passierte Reihe steuern. Mit höherer Datengeschwindigkeit können OEMs Baumaschinen entwickeln, die mehrere Erdbewegungsmaschinen mithilfe von Telematik und gemeinsam genutzten Vorschriftskarten lenken können. Weitere Anwendungsfälle sind etwa die Nachverfolgung und Kopplung einer unbemannten Begleitmaschine sowie die Integration der Fernkameraansichten solcher Begleitfahrzeuge.

Zur Schaffung einer Architektur, die den Anforderungen der Hardwaresysteme gerecht wird, wurde eine komplett neue Technologie eingesetzt. Wie können wir ein Signal über eine Strecke von bis zu 40 m und mehrere mechanische Verbindungen durch Kupferdraht senden? Das Single Pair Ethernet (SPE) wird von der Norm IEEE802.3bp für 40 m der Kfz-Branche unterstützt und wurde wegen seiner Einfachheit gewählt. Die verwendete SPE-Software ist OPC UA der Open Industry Alliance; dazu kommen weitere Varianten für unterschiedliche Datengeschwindigkeiten. Ein standardisierter Ethernet-Switch mit 1 Gb/s fungiert als Schnittstelle für die Fahrzeugsteuerung und besitzt DT-Hochgeschwindigkeits-Ethernet-Anschlüsse nach IEEE802.3bp Typ A&B, die für die medienabhängige Schnittstelle (HSI-MDI) verwendet werden. Diese SPE-Steckverbinder und abgeschirmten Kabel verbinden den Switch sowohl mit Lösungen für die Flankenerkennung und -steuerung als auch mit Kameras und Kabinenmonitoren. So entsteht ein echter Plug-and-Play-Gerätebus mit Hochgeschwindigkeit.

Die Traktorsteuerungsschnittstelle (TCI) und die Gerätesteuerungsschnittstelle (ICI) fungieren in diesem System als Ampeln. Die Gigabit-Ethernet-Switches für dieses System können für beide Maschinen identisch sein, solange die AEF-Richtlinien für die physische Ebene erfüllt sind. Dementsprechend hat Powell Electronics den Gb-Ethernet-Switch PAS88160007 entwickelt, der die Anforderungen der AEF an einen ISO-Bus mit Hochgeschwindigkeit erfüllt. Mithilfe von HSI-TCI und ICI von Powell kann der Gb/s-Ethernet-Switch OEMs dabei helfen, in den Bereichen FuE, Prüfung und Tooling Millionen einzusparen. Dieser Gb-Ethernet-Switch ist darauf ausgelegt, bei Maschinen mit 12- und 24-V-Batterie-Systemen als TCI und ICI zu wirken. An diesem Switch stehen sieben Anschlüsse 100/1000BASE-T1 und zwei Anschlüsse 100/1000BASE-TX zur Verfügung. Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit der Ethernet-Neuprogrammierung und -Diagnose.
Der ISO-Bus-Gb-Ethernet-Switch mit Hochgeschwindigkeit von Powell ist eine einzigartige Lösung für die neueste Technologie, die in landwirtschaftlichen Maschinen zum Einsatz kommt. Dieser Gb-Ethernet-Switch wird gemäß den Branchenstandards Single Pair Ethernet gefertigt und erreicht eine Datengeschwindigkeit von 1 Gb/s auf einer Strecke von bis zu 40 m. Powell Agricultural Solutions hat seine Tradition von ISO 11783-2 in die neuen Architekturdesigns hinein fortgesetzt und bietet das abgebildete Produkt ab Januar 2023 zum Verkauf an. Einmal mehr hat sich Powell dabei auf eine abgedichtete aktive Elektronik für schwierige Umgebungen konzentriert, um die ISO-Bus-Anwendungen zu unterstützen. Mithilfe dieser Produkte können die Kunden ihre Technologien für Präzisionslandwirtschaft schneller und preiswerter entwickeln.

Zurück zu den Nachrichten