Grundlagen der Steuerung eines Motorcontrollers über den CAN-Bus*

Der CAN-Bus (Controller Area Network) ist ein robustes und echtzeitfähiges Kommunikationsprotokoll, das weit verbreitet für die Steuerung von BLDC-, PMSM- oder Gleichstrommotoren in den Bereichen Automatisierung, Elektrofahrzeuge oder Robotik eingesetzt wird.

Seine Zuverlässigkeit beruht auf einer rigorosen Umsetzung sowohl auf Hardware- als auch auf Protokollebene. Hier sind die wesentlichen Punkte, die Sie kennen müssen, um einen Motorcontroller über CAN korrekt zu steuern.

1. Bustopologie

Der CAN-Bus verwendet eine lineare Topologie — einfach, effizient und stabil:

• Das Netzwerk besteht aus einem einzigen Hauptsegment, das alle Knoten (Master, Motorcontroller, Sensoren usw.) verbindet.

• Zwei Abschlusswiderstände von 120 Ω müssen an beiden Enden des Busses zwischen CAN_H und CAN_L platziert werden. Sie sorgen für die richtige Impedanzanpassung und verhindern Signalreflexionen.

• Die Abzweigungen (Stubs) sollten so kurz wie möglich sein (idealerweise < 30 cm), um Störungen zu minimieren und die Signalintegrität zu gewährleisten, insbesondere bei hoher Geschwindigkeit.

 Guter Reflex: Jedes Zwischengerät sollte vom Bus durchlaufen werden und nicht über eine lange Abzweigung angeschlossen sein.

2. Verkabelung und Netzwerklänge

Die Wahl des Kabels und die Einhaltung der physikalischen Grenzen des CAN bestimmen die Zuverlässigkeit der Kommunikation.

• Verwenden Sie ein verdrilltes Paar (CAN_H / CAN_L), um elektromagnetische Störungen zu minimieren.

• Eine Abschirmung (Geflecht oder Folie, die einseitig mit der Masse verbunden ist) wird in industriellen oder motorisierten Umgebungen dringend empfohlen.

• Die maximale Buslänge hängt von der Übertragungsgeschwindigkeit ab:

• Passen Sie daher die Geschwindigkeit (Baudrate) entsprechend der Gesamtlänge und der Qualität der Verkabelung an.

3. Adressierung und Konfiguration der Identifikatoren (ID)

Jeder Knoten im CAN-Bus (Motor, Automatisierung, Sensor…) muss eine eindeutige Kennung (ID) besitzen:

• Die ID bestimmt die Priorität der Nachrichten (je niedriger die ID, desto höher die Priorität).

• Vermeiden Sie Adresskonflikte: Zwei Knoten dürfen niemals mit derselben ID senden.

• Konfigurieren Sie die Kommunikationsgeschwindigkeit (Baudrate) identisch für alle Geräte.

• Überwachen Sie bei den ersten Tests die CAN-Fehlerzähler (Bitfehler, ACK-Fehler, Bus-off), um die Integrität des Netzwerks zu validieren.

Ein ACK-Fehler weist oft auf ein Problem mit der Verkabelung, der Terminierung oder auf einen fehlenden/nicht konfigurierten Knoten hin.

4. Kommunikationsprotokoll und Motorsteuerung

Für die Steuerung von Motoren über den CAN-Bus ist das Profil CiA 402 (auch DS402 genannt) die Referenz.

Dieses Protokoll, definiert von der CAN in Automation (CiA), standardisiert die Steuerungen von Umrichtern und Servomotoren.

• Es verwaltet die wichtigsten Steuermodi:

  • Geschwindigkeitsmodus (Speed mode)

  • Drehmomentmodus (Torque mode)

  • Positionsmodus (Position mode)

• Die ausgetauschten Rahmen folgen einer Zustandslogik (aktivieren, deaktivieren, Fehler, bereit zum Einschalten usw.).

• Ein Masterknoten (oft eine industrielle Steuerung – PLC oder ein eingebetteter Mikrocontroller – MCU) steuert die Slaves (Motorcontroller).

• Es ist wichtig, eine Sicherheitslogik zu integrieren:

  • Not-Aus (E-Stop) hardware- oder softwaremäßig verkabelt.

  • Software-Watchdog, um den Kommunikationsverlust zu erkennen und das System in einen sicheren Zustand zu versetzen.

 Die Einhaltung von CiA 402 erleichtert die Interoperabilität zwischen Produkten verschiedener Hersteller.

Fazit

Die Steuerung eines Motorcontrollers über den CAN-Bus kombiniert Robustheit, Modularität und Standardisierung — vorausgesetzt, es werden einige grundlegende Regeln beachtet:

lineare Topologie, korrekte Terminierung, sorgfältige Verkabelung, eindeutige IDs und standardisiertes Protokoll (CiA 402).

Durch das Beherrschen dieser Grundlagen kann der Ingenieur oder Techniker eine zuverlässige Kommunikation und eine präzise Motorsteuerung gewährleisten, sei es für eine Industriemaschine, einen mobilen Roboter oder ein Elektrofahrzeug.

*: Die in diesem Artikel präsentierten technischen Informationen sind als Richtlinien gedacht. Sie ersetzen nicht die offiziellen Anleitungen der Hersteller. Vor jeder Installation, Handhabung oder Nutzung konsultieren Sie bitte die Produktdokumentation und beachten Sie die Sicherheitsanweisungen. Die Website Torque.works kann nicht für eine unsachgemäße Verwendung oder eine falsche Interpretation der bereitgestellten Informationen verantwortlich gemacht werden.