El bus CAN se ha utilizado ampliamente en maquinaria móvil durante décadas gracias a su fiabilidad, rendimiento en tiempo real y resistencia a entornos de trabajo exigentes.
Los equipos de construcción, la maquinaria agrícola, los vehículos de minería y otras máquinas todoterreno utilizan redes CAN para conectar:
ECU del motor
Sensores
Sistemas hidráulicos
Sin embargo, a medida que las máquinas incorporan más funciones inteligentes y generan mayores cantidades de datos, las redes CAN tradicionales pueden encontrarse con limitaciones de ancho de banda.
Aquí es donde CAN FD (CAN con velocidad de datos flexible) adquiere importancia.CAN FD mantiene las principales ventajas del CAN clásico, pero permite utilizar una mayor cantidad de datos por trama y una velocidad de transmisión más alta durante parte de la transmisión del mensaje.
En este artículo explicamos las diferencias entre CAN FD y CAN clásico y cuándo los fabricantes OEM deberían considerar CAN FD para aplicaciones de maquinaria móvil.
CAN clásico es el protocolo CAN tradicional utilizado ampliamente en aplicaciones automotrices y de maquinaria móvil.
Una trama CAN estándar puede transportar hasta:
8 bytes de datos
Esto ha sido suficiente para muchas funciones de las máquinas, entre ellas:
Datos del motor
Comandos hidráulicos
Información de sensores
Mensajes de diagnóstico
Controles del operador
Por ejemplo:
ECU del motor
↓
CAN clásico
↓
Controlador de la máquina
↓
HMI / Sistema hidráulico
Para muchas máquinas móviles, el CAN clásico sigue siendo una solución práctica y fiable.
CAN FD es una extensión del CAN clásico.
Sus principales ventajas incluyen:
Mayor cantidad de datos por trama
Mayor velocidad de transmisión durante la fase de datos
Transmisión más eficiente de grandes cantidades de información
Una trama CAN FD puede transportar hasta:
64 bytes de datos
En comparación con el CAN clásico:
CAN clásico
Carga útil máxima: 8 bytes
CAN FD
Carga útil máxima: 64 bytes
Esto significa que CAN FD puede transmitir más información en una sola trama.
En máquinas con un número creciente de sensores, dispositivos inteligentes y funciones de diagnóstico, esta tecnología puede proporcionar una mayor capacidad de comunicación.
| Característica | CAN clásico | CAN FD |
|---|---|---|
| Carga útil máxima | 8 bytes | 64 bytes |
| Velocidad de datos | Fija | Mayor durante la fase de datos |
| Complejidad de la red | Menor | Mayor |
| Base instalada | Muy amplia | En crecimiento |
| Uso habitual | Control tradicional de máquinas | Aplicaciones con mayor volumen de datos |
| Compatibilidad | Ecosistema maduro | Requiere dispositivos compatibles con CAN FD |
La diferencia más importante no es simplemente que CAN FD sea más rápido.
CAN FD ofrece mayor flexibilidad para sistemas que necesitan transmitir grandes cantidades de datos de forma eficiente.
La maquinaria móvil es cada vez más compleja desde el punto de vista electrónico.
Las máquinas modernas pueden incorporar:
Más sensores
Múltiples controladores
Sistemas de propulsión eléctrica
Funciones avanzadas de diagnóstico
Implementos inteligentes
Datos de mayor resolución
Funciones automatizadas
Todos estos elementos aumentan las necesidades de comunicación.
Consideremos una máquina que incluye:
ECU del motor
Sistema de batería
Controlador del motor eléctrico
E/S remotas
HMI
Sensores inteligentes
Controlador de la máquina
Si todos estos sistemas generan mensajes CAN con frecuencia, el ancho de banda disponible de una red CAN clásica puede resultar limitado.
CAN FD puede ayudar a aumentar la capacidad de comunicación sin necesidad de migrar inmediatamente toda la arquitectura de la máquina a Ethernet.
Con CAN clásico, los conjuntos de datos grandes deben dividirse en varios mensajes porque cada trama solo puede transportar 8 bytes.
CAN FD permite transportar hasta 64 bytes en una sola trama.
Por ejemplo:
Gran conjunto de datos
↓
CAN clásico
↓
Múltiples tramas
En comparación con:
Gran conjunto de datos
↓
CAN FD
↓
Menos tramas
Esto puede reducir la sobrecarga del protocolo y hacer que la transmisión de datos sea más eficiente.
Sin embargo, el beneficio real depende de la estructura de los mensajes y del diseño de la aplicación.
CAN FD también permite utilizar una velocidad de transmisión superior durante la fase de datos de la trama.
Esto ayuda a reducir el tiempo necesario para transmitir mensajes de mayor tamaño.
La fase de arbitraje mantiene el mecanismo de acceso basado en prioridades propio de CAN, mientras que la fase de datos puede funcionar a una velocidad superior.
Esto hace que CAN FD sea una opción interesante cuando los ingenieros quieren mantener una comunicación basada en CAN y, al mismo tiempo, aumentar el ancho de banda disponible.
CAN FD puede ser útil en diferentes tipos de aplicaciones.
Las máquinas eléctricas suelen requerir comunicación entre:
Sistemas de gestión de baterías
Inversores
Controladores de motores
Controladores principales de la máquina
Sistemas de gestión térmica
Estos sistemas pueden generar más datos que las máquinas hidráulicas o diésel tradicionales.
CAN FD puede proporcionar ancho de banda adicional para estas redes.
Las máquinas modernas utilizan cada vez más sensores inteligentes capaces de proporcionar mucha más información que los dispositivos analógicos convencionales.
Algunos ejemplos son:
Sensores inteligentes de posición
Sensores de presión avanzados
IMU
Sensores multiparámetro
CAN FD permite transmitir conjuntos de datos de sensores de mayor tamaño de forma más eficiente.
Los fabricantes OEM necesitan cada vez más acceder a información detallada de la máquina para:
Diagnóstico
Servicio remoto
Registro de datos
Mantenimiento predictivo
Las tramas CAN FD de mayor tamaño pueden facilitar la transferencia de información de diagnóstico y estado entre diferentes dispositivos.
No necesariamente.
El CAN clásico sigue siendo muy adecuado para muchas aplicaciones de maquinaria móvil.
Por ejemplo:
Control hidráulico sencillo
Redes básicas de sensores
Comunicación del motor mediante J1939
E/S remotas
Controles del operador
Si la red dispone de suficiente ancho de banda y funciona de forma fiable, puede no existir ninguna razón para sustituirla.
CAN FD resulta más interesante cuando:
La carga del bus es elevada
Se añaden más dispositivos
Se necesitan mensajes de mayor tamaño
Se requiere una transferencia de datos más rápida
Se prevé una futura ampliación del sistema
La elección adecuada depende de la arquitectura de cada máquina.
Muchas máquinas móviles ya utilizan J1939 y CANopen.
Los fabricantes OEM no deberían asumir que los dispositivos CAN clásicos existentes pueden funcionar directamente en una red CAN FD sin comprobar previamente su compatibilidad.
Entre los aspectos importantes que deben evaluarse se encuentran:
Compatibilidad del hardware
Compatibilidad del protocolo
Configuración de la red
Configuración de la velocidad de transmisión
Necesidad de gateways
En muchas máquinas, CAN clásico y CAN FD pueden coexistir en redes independientes.
Por ejemplo:
CAN 1
J1939 / CAN clásico
↓
ECU del motor
CAN 2
CANopen / CAN clásico
↓
E/S remotas
CAN 3
CAN FD
↓
Dispositivos avanzados
Un controlador con múltiples interfaces CAN puede conectar estos diferentes subsistemas.
CAN FD tampoco debe considerarse necesariamente un sustituto de Ethernet.
Cada tecnología responde a diferentes necesidades.
Una máquina futura puede utilizar una arquitectura como:
Sensores / Actuadores
↓
CAN clásico
↓
Controladores locales
↓
CAN FD
↓
Controlador principal
↓
Ethernet
↓
HMI / Gateway / Conectividad
El CAN clásico puede seguir gestionando funciones sencillas de control en tiempo real.
CAN FD puede proporcionar ancho de banda adicional entre dispositivos inteligentes.
Ethernet puede utilizarse para aplicaciones de mayor ancho de banda, como cámaras, transferencia de grandes volúmenes de datos y funciones avanzadas de conectividad.
De esta forma, las diferentes tecnologías pueden formar una arquitectura de comunicación híbrida.
CAN FD puede ser una opción a considerar cuando:
La red CAN clásica se acerca a sus límites de ancho de banda
La máquina incorpora numerosos dispositivos inteligentes
Es necesario transmitir más datos de diagnóstico
Los sistemas de propulsión eléctrica generan una mayor demanda de datos
Las futuras funciones de software requieren mayor capacidad de comunicación
Se está diseñando una nueva plataforma de máquinas con posibilidades de ampliación a largo plazo
Sin embargo, los ingenieros también deben considerar:
Disponibilidad de componentes
Compatibilidad con dispositivos existentes
Complejidad del desarrollo
Requisitos de la red
Costes
CAN FD debería utilizarse para resolver una necesidad real de comunicación, no simplemente porque sea una tecnología más reciente.
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