ISOBUS messen und analysieren
Der ISOBUS hat einen fulminanten Siegeszug in der Landwirtschaft angetreten.
Dass man auch im ISOBUS messen kann und muss, ist für viele Techniker Neuland.
Die Grundlage für den ISOBUS legte Bosch bereits in den 1980er Jahren, mit der Entwicklung des CAN Bus. Man entdeckte schnell, welche fantastischen Möglichkeiten es gibt, wenn Steuergeräte schnell und sicher Daten austauschen können. Inzwischen sind in vielen Fahrzeugen weit mehr als fünfzig einzelne Steuergeräte verbaut, die über CAN kommunizieren. Wir sind inzwischen daran gewöhnt, dass unser Autoradio die Lautstärke verringert wenn wir langsamer fahren. Kaum jemand denkt darüber nach, woher das Radio eigentlich weiß, wie schnell das Auto fährt.
Warum gibt es den ISOBUS?
In der Landwirtschaft und dem kommunalen Einsatzfahrzeugen gab es soviel Elektronik lange Zeit nicht. Ein Traktor war ein Traktor und Elektronik war dort nicht verbaut. Zu störanfällig. Aber bald zogen auch hier die Steuerungen ein, die inzwischen alle Motorenhersteller einsetzen und die nicht zuletzt für Fahrspaß bei gleichzeitig umweltfreundlichem Betrieb der Maschine sorgen. Die Störanfälligkeit ist inzwischen gering und die Traktoren laufen wie die Pkws länger und zuverlässiger als je zuvor.
Gerade hier in der Landwirtschaft sind die Möglichkeiten vernetzter Steuergeräte fantastisch. Saatgut und Düngemittel werden nach den Eigenschaften des Bodens ausgebracht. Wie komplex die Sache wird, lässt sich erahnen, wenn eine neue Saatmaschine am Traktor angehängt wird und die dazu passenden Steuerelemente auf dem Display im Führerhaus erscheinen. Daten aus dem Traktor wie Drehzahl der Zapfwelle und Geschwindigkeit werden in die Saatmaschine gesendet, während von dort Bedienelemente und Kontrollanzeigen zum Traktor hin übertragen werden. Daran erfreuen sich nicht nur junge Bauern und die Arbeit geht schnell und mit unglaublicher Präzision und Effizienz von der Hand.
Seit 2007 arbeiten einige Firmen im Competence-Center-ISOBUS intensiv zusammen, um mit einem Standard zu erreichen, dass Maschinen unterschiedlicher Hersteller miteinander kompatibel sind. Der ISOBUS kommt nun so richtig in Fahrt, nachdem die größten Hürden genommen sind. Klar, die Systeme sind noch immer im Aufbau, manche Hersteller haben die Standardisierung falsch verstanden oder bewegen sich bewusst davon weg. Aber das kann die Bauern nicht mehr stoppen, sie sind auf dem besten Weg in eine digitale Landwirtschaft und die Fahrt wird schneller.
Was ist der ISOBUS?
Die Grundlage des ISOBUS ist der CAN-Bus. Will man im ISOBUS messen, gelten alle Grundlagen, die auch im CAN-Bus gelten. Eine Zweidraht-Leitung verbindet alle Steuergeräte, Sensoren und Aktoren miteinander. Wenn ein Teilnehmer etwas sendet, hören alle anderen mit. Es kann passieren, dass mehrere Teilnehmer gleichzeitig senden wollen. Durch eine Priorisierung wird sichergestellt, dass wichtige Nachrichten zuerst gesendet werden dürfen.
Der CAN-Standard legt zuerst eine physikalische Grundlage für die Kommunikation. Ein Spannungspegel bedeutet eine logische Eins, ein anderer eine Null. Komplizierte Parameter wurden beschrieben z.B. Bittiming. Clevere Rahmenbedingungen wurden geschaffen, um eine robuste Kommunikation zu ermöglichen.
Die zweite Ebene, die im CAN-Standard beschrieben ist, ist die logische Grundlage, die ebenfalls und auf eine einzigartige Weise für eine robuste Kommunikation sorgt. Zum Beispiel ist es Teilnehmern möglich, nicht verstandene Nachrichten für den gesamten Bus ungültig zu machen und damit eine Wiederholung der Nachricht auszulösen.
Nun kommen wir zur dritten Ebene, die das Protokoll regelt, also festlegt, wie eine Kommunikation statt zu finden hat. Diese Ebene hat man dem SAE J1939 Standard entnommen, der sich bereits für Antriebsstrang, Truck & Trailer Kommunikation sowie in Baumaschinen etabliert hatte. Hier kommen Signale und Parametergruppen zum Einsatz, die Kommunikation ist effektiv, was niedrige Baudraten mit weniger Problemen auf der physikalischen Ebene und größere Leitungslängen ermöglicht. Auf SAE J1939 aufbauend wurde für Marinezwecke das Protokoll NMEA 2000 entwickelt, das spezifische Parameter und Signale definiert. Bei der Definition des ISOBUS hat man sich der besten Zutaten aus all diesen Welten bedient und die Grundlage für eine herstellerübergreifende digitale Kommunikation in der Landwirtschaft gelegt. Welche unglaublichen Funktionen sich damit realisieren lassen, kann man schon jetzt in den Ausstellungsräumen der Hersteller und auf den Messen erahnen. Das Ende der Fahnenstange ist noch lange nicht erreicht.
Die Probleme und wie im ISOBUS messen?
Auf Bauern und Reparaturwerkstätten kommt damit ein neues Betätigungsfeld zu, die Wartung und Reparatur der ISOBUS-Geräte und ‑Anlagen. Das ist nicht unbedingt einfach. Natürlich müssen die Hersteller hier zuerst liefern. Die Anlagen müssen ordentlich aufgebaut sein und alle Elektronik muss bestens vor Einflüssen geschützt werden. Aber auch der Reparaturbetrieb muss in der Lage sein, festzustellen, ob ein Bus nun in Ordnung ist oder nicht. Eine Frage, die im Automobilbereich bereits seit Jahrzehnten umfangreiche Diskussionen auslöst. Die Foren der Bastler und Schrauber sind voll von Anfragen hilfesuchender Personen.
Digitale Kommunikation hat eine besondere Eigenschaft: sie fällt im Fehlerfall schlagartig aus. Ohne Vorwarnung ist im DAB+ Autoradio plötzlich Stille. Im analogen UKW-Autoradio wurde durch zunehmendes Rauschen klar, das man sich aus dem Abdeckungsbereich eines Senders bewegt. Digitalradio bleibt glasklar bis es ausfällt. Eins oder Null. Wenn es läuft, dann läuft es eben – eine Fehlersuche ist unmöglich.
Es ist also nur schwer zu beurteilen, ob eine digitale Kommunikation ausfallsicher ist oder nicht. Denn auch wenn es gerade eben so noch geht, ist der Inhalt der Nachricht glasklar. Der Ausfall kündigt sich eben nicht durch zunehmendes Rauschen an. Wir haben bereits in diesem Artikel beschrieben, warum es wichtig ist, auf der physikalischen, der analogen Ebene zu messen. Nur dort, im analogen Umfeld, können Sie beurteilen, wie gut die Signalqualität auf einem digitalen Bus ist und ob noch eine Störreserve bleibt oder ob die Kommunikation vielleicht nur gerade noch so gelingt.
Wenn der nagelneue Traktor unter der Hochspannungsleitung plötzlich stehen bleibt, in der Werkstatt und sonst überall aber problemlos läuft, dann kann schon mal der Gedanke an ein grundlegendes Problem aufkommen. Es ist also auch für den Hersteller von ISOBUS-Anlagen und für den ISOBUS-Anwender wichtig, ein brauchbares Messgerät in Händen zu haben, um die momentane Qualität seines Busses bewerten zu können.
Die GEMAC liefert mit Ihren CAN-Bus Mess- und Analysegeräten die Werkzeuge für eine Bewertung der wichtigen physikalischen Grundlage des Busses. Ein Ingenieur wird jetzt vielleicht auf den Oszillograph als Messmittel hinweisen. Wichtig ist aber nicht nur, überhaupt messen zu können, es muss auch eine Möglichkeit zum Vergleich zwischen Messungen hergestellt werden. Hier liefert der Qualitätswert eine umfassende Aussagekraft, die leicht vergleichbar ist. Die einzigartige Bildung dieses Wertes durch 64-fache Abtastung der Bits, lässt wiederholbare und vergleichbare Aussagen zu. Da die physikalischen Grundlagen die Gleichen wie im CAN sind, kann man auch im ISOBUS messen.
Dinge wie einfache Bedienbarkeit für Nicht-Elektroniker und ein simpler Messaufbau sind bei einem Oszilloskop nicht unbedingt gegeben. Zwar werden Speicheroszilloskope immer intelligenter wenn es um die Triggerung auf ein Ereignis geht, aber die Auswertung des Oszillogramms bleibt beim Anwender. Mit dem CANtouch hingegen kann jeder Techniker umgehen und seinen Bus prüfen. Für den Experten ist die Darstellung des Oszillogramms zusätzlich möglich.
Darüber hinaus stehen PC-Programme für den Datenempfang und die Dekodierung bereit, wobei spezifische ISOBUS-Nachrichten ebenso dekodiert werden wie Standard-J1939-Botschaften und NMEA2000-spezifische Inhalte. Selbst herstellerspezifische PGN’s und SPN’s lassen sich definieren. Damit ist die Dekodierung dieser speziellen Nachrichten möglich.