Normierte Kommunikation

Ralf Moebus,Leiter ProduktmanagementAutomation und Netzwerk, U.I. Lapp

Landmaschinen haben sich in den letzten Jahren immer mehr zu High-Tech-Schaltzentralen entwickelt. Über diverse Touchscreens oder andere Eingabegeräte können Landwirte aus ihnen heraus die gesamte Bewirtschaftung steuern. Beispielsweise beim Precision Farming – hier werden die Dünger- und Pflanzenschutzmittelmengen über GPS positionsgenau dosiert. In diesem Zusammenhang entstehen wichtige Innovationen in der Landtechnik mittlerweile vielfach im Bereich der Elektronik. Fehlende oder unzureichende Kompatibilität zwischen den unterschiedlichen Systemen verschiedener Hersteller verhinderte in der Vergangenheit allerdings oft einen nutzenbringenden Einsatz der elektronisch gesteuerten Geräte. Mit dem Isobus und der entsprechenden internationalen Norm, der ISO 11783, wurde deshalb ein herstellerübergreifender Standard geschaffen, der die Entwicklungen in diesem Gebiet vorantreiben kann.

Die Isobus-Datentechnologie standardisiert im Wesentlichen die Kommunikation zwischen Traktoren und Anbaugeräten, aber auch den Datentransfer zwischen diesen mobilen Systemen und der landwirtschaftlichen Software im Büro. Des Weiteren wurden auch die physikalischen Verbindungen der Systeme, also die Stecker und Kabel vereinheitlicht. Durch diesen Standard, der weltweit durch nahezu alle Hersteller von Traktoren und Anbaugeräten unterstützt wird, kann dementsprechend die Kompatibilität der Systeme sichergestellt werden. Während also vorher beispielsweise eine Vielzahl an elektrischen und hydraulischen Verbindungen zwischen einem Traktor und einem Pflug unterschiedlicher Hersteller benötigt wurden, ist es seither nur noch notwendig, das Isobus-Kabel sowie zwei Hydraulikleitungen für Druck und Rücklauf zu koppeln. Physikalisch basiert der Isobus auf dem CAN-Bus, der in modernen landwirtschaftlichen Fahrzeugen bereits weit verbreitet ist. Die Datenübertragung findet deshalb auch auf zwei verdrillten Leitungen statt, die mit CAN-High und CAN-Low bezeichnet werden. Die Busleitungen sind beim Isobus nicht geschirmt, was Vorteile in Sachen Installationsaufwand und Kosten bringt. Dennoch ist er ausreichend robust gegenüber Störungen und ermöglicht Datenübertragungsraten von 250 kBit/s bei einer maximalen Leitungslänge von 40 m.

Ein Isobus-System besteht dann zumindest aus den Komponenten Isobus-Terminal, Traktor-Job-Rechner und Implement-Job-Rechner. Das Terminal stellt die Benutzerschnittstelle dar, über die der Benutzer die Funktionen der Anbaugeräte steuert. Der Implement-Job-Rechner befindet sich im Anbaugerät und steuert die dortigen Funktionen eigenständig. Um Reflexionen zu vermeiden, muss der Isobus terminiert werden. Das heißt, der Anschluss eines Abschlusswiderstands am Ende der Busleitung ist nötig. Beim Abkuppeln des Anhängers an der Steckdose des Traktors würde ein fix angebrachter Widerstand allerdings bedeuten, dass der Bus „offen“ wäre. Eine automatische Abschluss-Schaltung – eine TBC (Termination Bias Circuit) – die sich üblicherweise in der Isobus-Steckdose des Traktors befindet, übernimmt deshalb diese Aufgabe. Zwei zusätzliche Leitungen im Isobus-Kabel, die TBC-PWR sowie die TBC-RTN, versorgen die Schaltung.

In der ISO 11783-2 wurden für den Isobus und seine Anwendungsfelder vier verschiedene Steckverbindungen und dazu passende Kabel spezifiziert: Der Bus Extension Connector kommt als Steckverbindung im Fahrzeug zum Einsatz. Damit kann der Isobus um zusätzliche Steuergeräte erweitert werden. Es handelt sich dabei um einen vierpoligen Stecker, der CAN-H, CAN-L, TBC-PWR und TBC-RTN überträgt. Der In Cab Connector ist ebenfalls zum Anschließen von Steuergeräten gedacht. Aufgrund der integrierten TBC Schaltung erlaubt er jedoch ein An- und Abkoppeln von Steuergeräten während der Bus in Betrieb ist. Des Weiteren werden durch ihn ECU_PWR zur Versorgung des angeschlossenen Steuergeräts zur Verfügung gestellt. Für den Anschluss eines Diagnosegeräts wiederum kommt ein 9-poliger Rundsteckverbinder zur Anwendung – der Diagnostic Connector. Hierüber kann das Isobus-System im Servicefall diagnostiziert werden. Der Implement BUS Breakaway Connector ist schließlich der Steckverbinder, mit dem Anwender von Isobus-fähigen mobilen Arbeitsgeräten am häufigsten in Kontakt kommen. Über ihn wird das Anbaugerät mit dem Traktor verbunden. Die Steckverbindung besteht aus einer 9-poligen Steckdose am Zugfahrzeug und einem passenden Gegenstecker am Anhänger. Übertragen werden neben den Daten auch die Aktorik im Anbaugerät sowie die Stromversorgung für die Steuergeräte (ECU_PWR).

Für das zugehörige Kabel beschreibt die Norm die elektrischen Anforderungen folgendermaßen: Die beiden CAN-Bus-Leitungen sollen gemeinsam mit den zwei TBC-Leitungen verdrillt werden und einen Querschnitt von 0,5 bis 1 mm² aufweisen. Für die Aktorik-Versorgungsleitungen (Power) sind der Querschnittsbereich von 5 bis 8 mm² und Ströme bis zu 60 A vorgesehen. Zwei weitere Leitungen mit 2 bis 3 mm² (ECU PWR) und 25 A versorgen die Steuergeräte.

Hohe Temperaturbelastungen sind für landwirtschaftliche Geräte genauso üblich wie das Überfahren und Schleifen der Leitung am Boden. Zudem werden die Kabel über Jahre hinweg einer hohen UV-Belastung durch die Sonneneinstrahlung ausgesetzt. Die Stuttgarter Lapp-Gruppe hat deshalb Leitungen entwickelt, die die ISO 11783-2 erfüllen und gleichzeitig für die Umweltbedingungen in landwirtschaftlichen Maschinen geeignet sind: Die Unitronic-Isobus-Leitungen für die Anwendung zwischen Traktor und Anhänger sind so aufgebaut, dass sie mit Zug- und Torsionsbelastungen gut zurechtkommen. Für eine hohe mechanische Robustheit sowie Beständigkeit gegen die Sonneneinstrahlung können die Leitungen zusätzlich mit einem Kabelmantel aus schwarzem PUR (Polyurethan) ausgestattet werden. PUR besitzt außerdem eine sehr gute Resistenz gegen Kraftstoffe und Öle, wie sie bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen verwendet werden.

Der Isobus-Standard wird durch die Organisation AEF (Agricultural Industry Electronics Foundation) verwaltet und weiterentwickelt. Die Non-Profit-Organisation wurde durch die Firmen Agco, Claas, CNH, Grimme, John Deere, Kverneland Group und Pöttinger ins Leben gerufen. Sie hat einige Arbeitsgruppen gegründet, die sich um die Weiterentwicklung des Standards kümmern. Eine weitere Aufgabe der AEF ist, die Konformität der Isobus-Produkte zum Standard sicherzustellen. I

U.I. Lapp GmbH

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Nähere Informationen zum Unitronic BUS IS:

t1p.de/sykj