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Moderne CAN-Boards für Medizinprodukte und Laborautomation

Übertragen von Steuerungsdaten
CAN-Boards von ESD Electronics mit Perspektiven für das Medizinprodukt

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In großen und komplexen Medizingeräten werden Daten über Bus-Lösungen übertragen. Moderne Bus-Systeme erfordern entsprechende Boards, die bei Bedarf sehr kompakt gebaut sein können. Wenn ein Zuwachs bei den zu übertragenden Datenmengen absehbar ist, sind ausbaufähige Varianten eine gute Wahl.

Dirk Flege, Renate Klebe-Klingemann
Esd Electronics, Hannover

Mit CAN-Boards der Serie CAN-PCIe/402 stehen Entwicklern und Herstellern von medizinischen Systemen Boards mit variierenden Leistungsmerkmalen zur Verfügung, die über bis zu vier CAN-Schnittstellen nach ISO 11898-2 verfügen. Angeboten werden sie von der Esd Electronics GmbH in Hannover.

Die Boards eignen sich für vielfältige Anwendungen, wie beispielsweise zur Motorensteuerung in Computertomographen oder Pumpensteuerung in Dialysegeräten. Die Serie enthält Bords mit ein, zwei oder vier aktiven CAN-Interfaces 3.3 V1 gemäß ISO11898-2 sowie mit oder ohne galvanische Trennung. Ihre Übertragungsraten bewegen sich zwischen 10 kbit/s und 1 MBit/s.

IP-CAN-Controller Esd ACC ist für alle CAN-Boards vorgesehen

Alle CAN-Boards dieser Serie verwenden den IP-CAN-Controller Esd ACC (Esd Advanced CAN Controller), der im Altera FPGA implementiert ist. Sie erlauben damit zusätzliche Diagnosen sowie eine höhere Leistungsfähigkeit auch bei mehreren Kanälen. Die Single-Lane-PCIe-Schnittstelle ist gemäß der PCI-Express-Spezifikation R1.0a ausgelegt.

Das Board CAN-PCIe/402-4/2Slot bietet vier CAN-Interfaces, verteilt auf zwei Einsteckplätze. Sie werden über vier DSub9-Steckverbinder in den Fronten angeschlossen. Nur einen Steckplatz benötigt dagegen die Version CAN-PCIe402-B4/1Slot. Hier stehen alle vier CAN-Schnittstellen über einen 37-poligen DSUB-Steckverbinder in der Front zur Verfügung.

Werden nur ein oder zwei CAN-Schnittstellen benötigt, kann auch auf die CAN-PCIe/402-1 beziehungsweise CAN-PCIe/402-2 zurückgegriffen werden. Diese Variante gibt es auch als Low-profile-Version mit ein oder zwei CAN-Interfaces (CAN-PCIe/402-1-LP and -LP2). Für Anwendungen, in denen es noch kompakter werden soll, kann ein CAN-Board mit PCIe-Mini oder M.2 die Lösung sein: Sie verfügen über zwei CAN-Schnittstellen oder auch CAN-USB/400 mit einer CAN-Schnittstelle.

Treiber sind für verschiedene Betriebssysteme verfügbar

Um die CAN-Boards unter verschiedenen Betriebssystemen (BS) wie Windows, Linux oder den Echtzeit-BS QNX und VxWorks nutzen zu können, sind entsprechende Treiber mit einheitlicher API verfügbar. So bleibt die API auch bei einer Umstellung auf ein anderes Betriebssystem oder CAN-Board erhalten. Über vorhandene Protokoll-Bibliotheken lässt sich zudem das Higher-Layer Protokoll CAN-Open nutzen. Die Boards unterstützen die Programmierschnittstelle CAN-Layer 2 (NTCAN-API). Bei allen Esd-Produkten erleichtern kostenlose Tools die Entwicklung, Inbetriebnahme und Fehlersuche auch in komplexen CAN-Netzen. Hierfür stehen fünf Programme bereit.

In Projekten, in denen CAN aufgrund der geringen Übertragungsrate an Grenzen stößt, ist unter Umständen CAN FD (Flexible Data Rate) eine Alternative. Baugruppen mit CAN-FD-Controller können bis zu 10 Mbit/s und 64 Byte Nutzdaten übertragen. Da sie auch das klassische CAN-Protokoll bedienen können, lassen sie sich in CAN-Projekten einsetzen und zu einem späteren Zeitpunkt auf CAN FD umstellen. So wäre es beispielsweise denkbar, eine Labor-Automation mit CAN-FD-Komponenten aufzubauen, die zunächst mit dem klassischen CAN kommuniziert. Steigt das Datenaufkommen, kann das Projekt komplett auf CAN-FD umgestellt werden, ohne nennenswerte Änderung bei der Infrastruktur. Mit diesen Reserven lassen sich zukunftssichere Projekte realisieren, ohne gleich auf das teurere Industrial-Ethernet umstellen zu müssen.

Für viele CAN-Anwendungen genügen Standard-Komponenten. Sollen aber Automatisierungsprojekte mit besonderen Anforderungen umgesetzt werden, bietet Esd Electronics seine Erfahrungen als Dienstleister an und unterstützt den Anwender bei der Entwicklung.

www.esd.eu


Über PCI-Express

Die Feldbusse CAN und CAN-Open werden vor allem in bildgebenden Geräten eingesetzt. Interfaces mit entsprechenden Schnittstellen finden sich in den Steuerrechnern von Computertomographen, digitalen Radiographie- und Mammographiesystemen oder Geräten der endoskopischen Chirurgie.

Als kostengünstige Kommunikationsbusse haben sie sich etabliert. Zum einen ermöglicht die standardisierte Kommunikation einen modularen Aufbau der komplexen Geräte. Zum anderen lassen sich die einzelnen Komponenten über das Bussystem zentral konfigurieren und überwachen.

Die fortschreitende Ablösung des rechnerinternen PCI-Busses durch den seriellen PCI-Express-Bus erfordert aber CAN-Boards mit einer entsprechenden Schnittstelle. PCI-Express (PCIe) ist im Gegensatz zu PCI kein paralleler Bus, sondern eine serielle, voll duplexfähige Punkt-zu-Punkt-Verbindung und bietet eine höhere Datenübertragungsrate pro Pin. Er ist weder elektrisch noch mechanisch kompatibel zum PCI-Bus oder zur Grafikkarten-Schnittstelle AGP. Um neuere Steuerrechner mit PCIe-Bus zu verwenden, müssen für die CAN-Kommunikation daher auch PCIe-Boards eingesetzt werden.

Arbeitsgruppen der Nutzerorganisation CAN in Automation (CiA) haben CAN-Profile definiert, die eine herstellerunabhängige Nutzung ermöglichen. Sie stellen für Laborautomation und medizinische Geräte eine standardisierte Kommunikation sicher. Dazu gehören die Profile CiA 312-4, 412-1, -2 und -6 sowie CiA 425-1 und -2. Über die CAN-Profile werden die zu übertragenden Prozessdaten und Konfigurationsparameter mit den dazugehörigen Formaten festgelegt.


Kontakt zum Hersteller:

Esd Electronics GmbH
Vahrenwalder Str. 207
30165 Hannover
Tel.: +49-(0)511-37298-0
E-Mail: info@esd.eu
www.esd.eu

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