Traktoren: Auf dem Weg zum Hightech-Produkt - neue

In der Praxisx
Hydraulik
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5/2005
Bus-System
Traktoren: Auf dem Weg
zum Hightech-Produkt
Datenverarbeitung und Kommunikation auf dem Traktor, Teil 2
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können Sie sich
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Eine Analyse der Produktneuigkeiten der vergangen Jahre und aktuelle
Entwicklungstendenzen auf dem Landmaschinensektor verdeutlichen
den Trend hin zum High-Tech-Produkt. Elektrohydraulik und zunehmende digitale Verarbeitungskapazitäten nämlich erlauben einen hohen
Grad an Prozeßautomation zu.Schlußteil des Berichtes.
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Das im ersten Teil dieses Artikels
(siehe fluidmarkt 2005, Seite 66) beschriebene landwirtschaftliche Bus-System LBS
konnte sich allerdings nicht auf dem Markt
durchsetzen, da die internationale Unterstützung fehlt: Einigen Traktorherstellern
war das LBS unter anderem mit einer Übertragungs-rate von 125 kBaud zu langsam.
Somit forcierten sie stattdessen die Entwicklung eines anderen, international anerkannteren Busses. Es entstand der ISOBUS, genormt in der ISO 11783, Teil 1-11.
Tabelle 1 beschreibt die Schichten, aus
denen der ISOBUS besteht. Zum Groß-teil
basiert der ISOBUS auf dem LBS. Aber
dennoch gibt es folgende, essen-tielle Änderungen in Vergleich zum LBS:
Die ISO-Norm definiert andere Basiskomponenten: die Auftragsbearbeitung,
auch Task Controller genannt, die Benutzerschnittstelle (Virtual terminal), der
Traktorrechner und der Ge-räterechner
(siehe Bild 2). Die ISO-Norm geht hierbei
von einer Trennung von Traktor- und Gerä-
Bild 1:Sämaschine und Traktor [Pöttinger].
Bild 3: Aufbau eines Geräteterminals
auf dem Traktor [Amazone].
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te-Bus aus. Das LBS faßt beide zusammen.
Der ISOBUS verwendet den CAN 2.0b mit
250 kbaud Übertragungsrate. Die Identifier der Datenpakete auf dem Bus ist 29Bit
lang (LBS 11Bit). Zudem wurde der Aufbau des Identifer exakt dem Aufbau des
Identifer aus der SAE J1939 angepaßt. Die
SAE spezifiziert die Datenkommunikation
in Antriebs-strang (z.B. Motorsteuerung)
und ist somit für den Traktorbus die
Grundlage. Durch die Anpassung der Identifer werden Adreßkonflikte zwischen
Traktor und Gerätebus vermieden. Somit
können die Datenpakete für Kommunikation im Antriebsstrang und Kommunikation zwischen Traktor und Arbeitsgerät auf
demselben Bus versendet werden.
Regelkreis erforderlich
Die Automatisierung eines Prozesses bedeutet in der Regel auch den Aufbau einer
Steuerung oder einer Regelung. Vorteil-
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haft an einer Steuerung ist die hohe Geschwindigkeit und das geringe Kostenniveau, da die Regelgröße nicht zurückgeführt
wird. Allerdings ist die fehlende Rückmeldung in der Landwirtschaft gleichzeitig ein
Nachteil, da oftmals eine Rückkopplung
notwendig ist, um die Parameterschwankungen bei den landwirtschaftlichen Prozessen erfassen und ausregeln zu können.
Für einen optimalen Arbeitsprozeß ist
somit die Installation eines Regelkreises
notwendig. Für interne Baugruppen wie
das Hubwerk sind diese schon auf dem
Traktor aufgebaut. Soll eine dieser Komponenten in einen vom Gerät geregelten
Arbeitsprozeß einbezogen werden, ist nur
noch die Sollwertvorgabe notwendig.
Komplizierter wird der Aufbau eines Regelkreises, der über die genannten Funktionen hinausgeht. Dies ist häufig der Fall,
wenn Anbaugeräte in die Regelung mit
einbezogen werden. Dann müssen die Daten, die für den Regelungsprozeß notwendig sind, über den Bus versendet werden.
Remote Control Messages
Zu diesen Zweck bietet der ISOBUS die Systematik der ‘Remote Control Messages’
(RCM), bestehend aus dem Gerätebefehl
‘Remote Control Command’ (RCC) und
der Traktorantwort ‘Remote Control Response’ (RCR). Interessant ist besonders
der Reglermodus, der vom Traktor per
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„Für einen optimalen
Arbeitsprozeß ist die
Installation eines Regelkreises notwendig“
Dipl.Ing. A. Schumacher, Wiss. Mitarbeiter am
Institut für Landmaschinen und Fluidtechnik
RCR-Telegramm dem Gerät signalisiert
wird. In der ISO 11783 sind folgende vier
Zustände definiert:
– Driver Mode: Der Fahrer kontrolliert den
Zielparameter.
– Remote Control Mode: Der Traktorrechner versucht dem Zielparameter zu folgen. Dies ist der ‘normale’ Regelungsmodus.
– Error driver/system interrupt: Ein Fahrer
oder Systemeingriff bedingt den Abbruch der Regelung.
– Not available: Der Zielparameter steht
zur Zeit einer Regelung nicht zur Verfügung.
Somit erfolgt der Aufbau eines Regelkreises zwischen Gerät und Traktor nicht starr
und isoliert für sich, sondern die Informationen eines Regelkreis werden über den
Bus gesendet, die Sollwerte als Anfrage
vom Gerät (RCC) und die tatsächlichen Istwerte als Antwort vom Traktor in der RCR.
Es wird deutlich, daß durch ein solches
Bus-System eine offene Struktur entstanden ist, die eine flexible Reglerbildung
zwischen Gerät und Traktor erlaubt.
Mit dieser Regelkreisstruktur lassen sich
auf der einen Seite die bereits vorhandenen Kommunikationsmethoden vereinfachen. Verfügt entweder der Traktor oder
das Anbaugerät nicht über ein Bus-System,
so werden die Anbaugeräte, die über einen
eigenen Bordrechner verfügen, mit einem
separaten Terminal versehen. Das Terminal muß dann auf dem Traktor während
des Gebrauchs des Anbaugerätes installiert werden. Bild 3 zeigt beispielhaft die
konventionelle Installation des Terminals.
Deutlich werden dabei die Kabelleitungen,
die relativ frei vom Gerät zum Traktor geführt werden.
Virtuelles Terminal
Mit einen Bus-System kann die Installation
deutlich vereinfacht werden. Das Anbaugerät wird an den Bus angeschlossen. Auf
Bild 4: Virtuelles Kommunikationsterminal
[Müller Elektronik].
Bild 2: Schematischer Aufbau des ISOBUS [Freimann].
Bild 5: Vario Terminal für LBS und ISOBUS [Fendt].
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Bus-System
„Mit einem Bus-System
kann die Installation
deutlich
vereinfacht werden“
Geräte gleichberechtigt sind.
Daher können auch verschiedene Arbeitsgeräte die gleichen Aktoren gleichzeitig in
Anspruch nehmen. Dies
Prof. Dr.Ing. Dr. h.c. H.H. Harms, Leiter führt naturgemäß zu Kondes Instituts für Landmaschinen und flikten. Um die Konflikte zu
vermeiden, muß der TraktorFluidtechnik
rechner als Schnittstelle zwischen Gerätebus und traktorinternem Bus
dem virtuellen Terminal des Bus-Systems
die Priorität der Zugriffe festlegen. Und
(Benutzerschnittstelle im Traktor, Bild 4)
kontrollieren, ob die Sollwerte innerhalb
wird für die Maschine ein spezielles Beder definierten Grenzenliegen.
dienlayout ausgegeben, so daß der Fahrer
Aufgrund der fortschreitenden Entwikdie Maschine genauso steuern kann, wie
klung im Bereich Elektronik und Assistenzüber das firmeneigene Terminal.
systeme auf den Traktoren sind die EinAuf der anderen Seite bietet der ISOBUS
griffsmöglichkeiten, die dem Arbeitsgerät
aber noch deutlich mehr Vorteile. Durch
zur Verfügung stehen, mannigfaltig. Mit
den Zugriff auf Daten des Traktorbusses
den zur Zeit in Serie gehenden Lenkassi(z.B. Motorbetriebszustände) und die
stenzsystemen kann das Gerät sogar den
Möglichkeit, auch dort Sollwerte vorzugeTraktor bedarfsgerecht navigieren. Da
ben, entstehen dem Anbaugerät neue Freiheitsgrade in Bezug auf die Regelung des
Arbeitsprozesses.
Weitere Parameter erforderlich
Beispielsweise hat eine über einen eigenes
Terminal gesteuerte Sämaschine als Informationen für ihren Arbeitsprozeß nur die
Daten, die ihr die Sensoren liefern. Mit diesen Daten kann sie dann ihre Arbeitsweise
einstellen, daß ein – unter diesen Bedingungen – optimales Arbeitsergebnis entsteht. Es ist aber klar, daß der Arbeitsprozeß weiter optimiert werden könnte, wenn
das Arbeitsgerät Parameter vorgeben
kann, die über ihre Systemgrenzen hinaus
Einfluß haben. Etwa die Fahrgeschwindigkeit oder Hubwerkshöhe.
Kaskadierte Regelung als Lösung
Mit dem ISOBUS wurde diese Möglichkeit
verwirklicht: Das Anbaugerät kann über
die Remote Control Message Gerätebefehle (z.B. für den Motor) an den Traktorrechner senden. Dieser generiert aus dem Gerätebefehl die notwendigen Sollgrößen
und sendet dann den Befehl an das entsprechende Steuergerät. Es entsteht somit
eine kaskadierte Regelung: Den internen
Traktorregelkreisen werden durch die
übergeordneten Regelkreise des Anbaugerätes Steuerkommandos vorgegeben. Infolgedessen kann das Anbaugerät auf den
Traktor einwirken, es kann den Traktor
steuern. Kritisch ist in diesem Zusammenhang die Tatsache, daß an dem Bus alle
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aber der ISOBUS sehr neu ist – im Jahre
2002/2003 lagen zum Teil nur Entwürfe
für die ISO 11783 vor – ist die Marktdurchdringung noch nicht sehr weit fortgeschritten. Es sind allerdings schon Traktoren verschiedener Hersteller und Anbaugeräte
mit ISOBUS verfügbar (Bild 5) oder mit
ISOBUS-kompatiblen Geräten ausgestattet, so daß davon ausgegangen werden
kann, daß der Trend ‘Gerät steuert Traktor’
in Zukunft weiter umgesetzt werden wird.
Webguide
www.tu-bs.de
TU Braunschweig, IFL
Direkter Zugriff unter www.fluid.de
Code eintragen und go drücken flu7178
Nummer
Titel
ISO 11786 Agricultural tractors and machinery –
Tractor-mounted sensor interface – Specifications
ISO 11783 Tractors, machinery for agriculture and forestry –
Part 1
Serial control and communications data network –
Part 1: General standard for Agriculture Mobile Data
Communications
ISO 11783 Tractors, machinery for agriculture and forestry –
Part 2
Serial control and communications data network –
Part 2: Physical Layer
ISO 11783 Tractors, machinery for agriculture and forestry –
Part 3
Serial control and communications data network –
Part 3: Data Link Layer
ISO 11783 Tractors, machinery for agriculture and forestry –
Part 4
Serial control and communications data network –
Part 4: Network Layer for Agriculture Mobile Data
Communications
ISO 11783 Tractors, machinery for agriculture and forestry –
Part 5
Serial control and communications data network –
Part 5: Network Management for Agriculture Mobile
Data Communications
ISO 11783 Tractors, machinery for agriculture and forestry –
Part 6
Serial control and communications data network –
Part 6: Virtual Terminal
ISO 11783 Tractors, machinery for agriculture and forestry –
Part 7
Serial control and communications data network –
Part 7: Basic Messages Applications Layer for
Agriculture
ISO 11783 Tractors, machinery for agriculture and forestry –
Part 8
Serial control and communications data network –
Part 8: Power Train Applications Layer
ISO 11783 Tractors, machinery for agriculture and forestry –
Part 9
Serial control and communications data network –
Part 9: Data Dictionary for Agriculture Mobile Data
Communications
ISO 11783 Tractors, machinery for agriculture and forestry –
Part 10
Serial control and communications data network –
Part 10: Implements Messages Applications Layer
for Agriculture
ISO 11783 Tractors, machinery for agriculture and forestry – Serial
Part 11
control and communications data network – Part 11:
Management Computer Messages for Agriculture
*) Eine 1:1-Zuordnung zwischen den DIN- und ISO-Normen ist hier nicht möglich.
Tabelle 1: Bestandteile der ISONorm 11783
Äquivalenz zu DIN*)
DIN 9684-1
–
teilweise DIN 9684-2
teilweise DIN 9684-3
teilweise DIN 9684-2
und DIN 9684-3
teilweise DIN 9684-3
E DIN 9684-4
teilweise DIN 9684-3
–
teilweise DIN 9684-3
und E DIN 9684-5
teilweise DIN 9684-3
und E DIN 9684-5
E DIN 9684-5