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Telegrammausleitung für gezielte Netzwerkanalysen

01  Der Test Access Port Scalance TAP104 von Siemens lässt sich einfach in ein Automatisierungsnetzwerk zur Telegrammausleitung einbinden

01  Der Test Access Port Scalance TAP104 von Siemens lässt sich einfach in ein Automatisierungsnetzwerk zur Telegrammausleitung einbinden

02  Integration des TAP104 in bestehende Netzwerkstrukturen, ohne ­Beeinflussung des Datenverkehrs oder der maximalen Leitungslänge (100 m)

02  Integration des TAP104 in bestehende Netzwerkstrukturen, ohne ­Beeinflussung des Datenverkehrs oder der maximalen Leitungslänge (100 m)

03  Einfache vorübergehende Installation von Scalance TAP104 zur Datendiagnose in einem Netzwerk mit Tischfuß

03  Einfache vorübergehende Installation von Scalance TAP104 zur Datendiagnose in einem Netzwerk mit Tischfuß

Stockt die Kommunikation in einem Netzwerk, muss rasch die Ursache dafür ­gefunden werden, um zum Beispiel Fertigungsprozesse nicht unnötig auszubremsen. In solchen Fällen können Management-Tools schnell einen Überblick im Netzwerk verschaffen, um den Fehler zu lokalisieren. Teilweise ist die Ursache jedoch erst durch eine gezielte Telegrammausleitung und Analyse der Telegramme auffindbar. Hierzu bietet Siemens einen Test Access Port an.

Heutige Fertigungsnetzwerke sind ohne Ethernet-Kommunikation kaum mehr denkbar. Im Gegensatz zu früher kommunizieren Automatisierungsanlagen im Zeitalter der Digitalisierung nicht mehr ausschließlich untereinander. Der Datenaustausch zwischen Maschinen und überlagerten Systemen bis hin zur Anbindung an cloudbasierte Tools und Datenbanken gewinnt immer mehr an Bedeutung. Wenn es in diesen Strukturen zu Kommunika­tionsproblemen kommt, wird die Ursachenforschung aufwendig. Besonders in Industrieanlagen müssen Datentelegramme gegen Einflüsse von außen, wie elektromagnetische Störungen, gut geschützt werden. Mittels Telegramm-Wiederholverfahren ist es zwar möglich, auf Telegrammzerstörungen zu reagieren, aber nach drei Wiederholungen melden die Systeme meistens einen Übermittlungsfehler. Die Ursachen hierfür können verschiedener Natur sein. Zu Kommunikationsproblemen kommt es beispielsweise durch zu lange oder zu kurze Telegramme. Diese entstehen, wenn Netzwerkschnittstellen falsch konfiguriert sind oder Applikationen fehlerhafte Telegramme erzeugen. Telegramme können aber auch auf ihrem Weg durchs Netzwerk durch äußere Einflüsse verändert werden. Wie bereits erwähnt, können EMV-Belastungen beispielsweise beim Anlauf eines großen Motors oder verschmutzte optische Verbindungen zu Telegrammzerstörungen in einem Kupfer- oder Lichtwellenleiter-Netzwerk führen. Speziell für die Industrie entwickelte Komponenten minimieren diese Einflüsse, aber durch die erhöhten mechanischen und thermischen Einflüsse in solchen Applikationen können über die Betriebszeit auch diese Komponenten geschwächt werden, sodass es dennoch zur Beeinflussung von Telegrammen kommt.

Lokalisierung und Diagnose
Wenn Kommunikationsprobleme in einer Anlage auftreten, werden diese schnell von den beteiligten Komponenten gemeldet. Netzwerküberwachungssysteme wie Sinema Server von Siemens visualisieren für den Anwender das Problem und die betroffenen Geräte in einer Anlage. Auf diese Weise erkennt der Anwender, welcher Anlagenteil betroffen ist und zu welchen Einzelkomponenten hin die Kommunikation gestört ist. Über diesen Weg kann er dann den so lokalisierten Bereich seiner Anlage überprüfen, ob Komponenten ausgefallen sind, Leitungen mechanisch durch Bauarbeiten unterbrochen oder Schnittstellen durch Umwelteinflüsse wie Staub oder aggressive Gase in der Luft be­schädigt wurden.
Wird durch all diese Untersuchungen die Fehlerursache nicht gefunden, muss detaillierter nach dem Problem der Kommunikationsstörung geforscht werden. Die aktiven Netzwerkkomponenten aus der Produktfamilie ­Scalance von Siemens bieten hier Möglichkeiten, um den Datenverkehr aktiv beobachten zu können. Mit der Funk­tion eines Spiegel-Ports beispielsweise lässt sich der Datenverkehr eines betroffenen Ports zusätzlich auf einen parallelen Port ausleiten. Dabei werden dieselben Daten, die über den betroffenen Port fließen, auf einen zweiten Port am Switch gleichzeitig ausgeleitet. Über diesen Mechanismus ist mit einem handelsüblichen Telegramm-Analyse-Tool der Datenverkehr einsehbar. Nachteil dieser Ausleitung ist jedoch, dass für diese Diagnoseart ein freier Port benötigt wird und dass der Switch, wie es seine Aufgabe ist, nur unverfälschte Telegramme weiterleitet. Sollte die Ursache für die Kommunikationsstörung allerdings bei defekten ­Telegrammen liegen, so ist dies über den Spiegel-Port nicht erkennbar. Der Spiegel-Port wird meistens dazu verwendet, um Datenströme in vermaschten Netzwerken nachzuverfolgen und die richtige VLAN-Strukturierung zu überprüfen.

Detailanalyse ohne Wenn und Aber
Haben die herkömmlichen Diagnosewege keine brauchbare Spur für die Kommunikationsprobleme aufgezeigt, dann muss der „Patient“, wie ein Mensch zu einem Arzt, der eine genauere Untersuchung durchführen kann. Will ein Arzt der Ursache für Beschwerden auf den Grund gehen, dann wird eine Blutanalyse durchgeführt. Blut wird ausgeleitet und analysiert. Dies ist auch hier der richtige Weg, um bei Kommunikationsproblemen der Ursache auf den Grund zu gehen. Auf dem Kommunikationsweg zwischen den Teilnehmern müssen alle Telegramme – unverfälschte wie verfälschte – ausgeleitet und analysiert werden. Dies wird mit einem sogenannten TAP (Test Access Port) ermöglicht. Der TAP leitet ohne Beeinflussung der Kommunikation zwischen Teilnehmern, alle Telegramme aus beiden Senderichtungen zur weiteren Analyse aus. Über eine Analysesoftware werden sie anschließend aufbereitet und ausgewertet. Dort lässt sich dann in der zeitlich richtigen Reihenfolge die Kommunikation auf dem Netzwerk erkennen. Auf diese Weise werden zu kurze, zu lange oder beschädigte Telegramme erkannt. Fehlt in einem Hand­shake-Verfahren zwischen zwei Teilnehmern eine Antwort, lässt sich dies ebenfalls erkennen. Mit diesen detaillierten Informationen kann schnell auf die Ursache der Kommunika­tionsprobleme zurück geschlossen werden.

Fazit
Manche Kommunikationsprobleme lassen sich nur mit einer detaillierten Telegrammauswertung erkennen. Dazu bietet Siemens den Scalance TAP104 (Bild 1). Er ermöglicht eine rückwirkungsfreie Ausleitung aller Telegramme aus beiden Senderichtungen einer 100-Mbit/s-Kupfer-Datenverbindung. Dabei kommt es durch den Einbau eines TAP104 zwischen zwei aktiven Netzwerkteilnehmern zu keiner Reduzierung der maximal möglichen Verbindungslänge von 100 m (Bild 2). Der TAP104 im Simatic-S7-1500-Design ist für die Montage im Schaltschrank gedacht und kann an jeder beliebigen Stelle im Netzwerk eingesetzt werden. So lassen sich alle Datentelegramme in dieser Verbindung unverfälscht ausleiten. Wird der TAP104 zu Präventivzwecken vorsorglich eingebaut, kann er auch ohne Spannungsversorgung im Netzwerk verbleiben. Das Netzwerk nimmt ihn dann nicht wahr, so als wäre zwischen den beiden Teilnehmern lediglich eine Kabelverbindung. Für den Anwender stellt der TAP104 eine optimale Lösung zur Telegrammausleitung im Fehlerfall für alle industriellen Netzwerke dar, in denen eine zuverlässige Kommunikation höchste Priorität hat. (ih)

Dipl.-Ing. Michael Kasper ist als Produktmanager in der ­Siemens-Division Process Industries and Drives tätig. kasper.michael@siemens.com

Dipl.-Ing. Michael Kasper ist als Produktmanager in der ­Siemens-Division Process Industries and Drives tätig. kasper.michael@siemens.com