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IVG Göhringer optimiert Profinet-Netzwerke mit Troubleshooting-Erfahrung

Workshop: Troubleshooting-Praxis
IVG Göhringer optimiert Profinet-Netzwerke

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Stabile Netzwerke sind das Fundament für eine erfolgreiche Digitalisierung der Produktion. Profinet gilt als robust gegenüber Störeinflüssen – trotzdem kommt es in der Praxis immer wieder zu unerwarteten Ausfällen. Zu Ursachen schwirren verschiedene – sich teils widersprechende – Aussagen durch die Werkshallen, was die Anwender verunsichert. Mit seiner Troubleshooting-Erfahrung will IVG Göhringer im Rahmen des Automatisierungstreff 2020 für Klarheit sorgen.

Autor: Gerhard Bäurle, Technikjournalist, für IVG Göhringer

Inhaltsverzeichnis

1. Test-Access-Points (TAPs) ermöglichen Messungen
2. Profinet-Know-how erwerben
3. Ganzheitliches Profinet-Monitoring

Vertrauen ist gut, Kontrolle ist besser – das gilt in vielen Lebensbereichen, jedoch ganz besonders bei der Messtechnik für industrielle Bussysteme und Netzwerke. Wesentliche Anforderungen sind hier, dass die Messsysteme weder die Messergebnisse, die Funktion des Netzwerks noch den Datenverkehr beeinflussen dürfen. Umfassende Erfahrungen aus der langjährigen Troubleshooting-Praxis von IVG Göhringer aus Holzgerlingen zeigen, dass man im Zweifel genauer hinschauen muss. Damit die Anwender bei Störungen ihrer Profinet-Installation besser reagieren können, bietet das Unternehmen anlässlich des Automatisierungstreff 2020 in Böblingen zu den Themen Installation und Instandhaltung einen eintägigen Workshop an.

Im ersten Teil des eintägigen Workshops geht es schwerpunktmäßig um die Hardware. Die technischen Zusammenhänge werden erläutert und die Vor- und Nachteile der verschiedenen Diagnosemöglichkeiten besprochen. Dabei gibt es folgende Schwerpunkte:

  • Ist jede Messstelle (TAP, Test-Access-Point) rückwirkungsfrei?
  • Warum eine AC- und eine DC-Widerstandsmessung?
  • Return loss (Rückflussdämpfung) – was sind mögliche Ursachen?
  • Fehlmessungen wegen längenabhängigen Grenzwerten?
  • HDTDR-Messung – welche Grenzwerte machen Sinn?
  • Jitter – welche Taktabweichung ist tolerierbar?
  • Der richtige Umgang mit der Erdschleifenmesszange

Im Gegensatz zum klassischen Feldbus gibt es bei den Punkt-zu-Punkt verkabelten Ethernet-Netzwerken keine Möglichkeit, im laufenden Betrieb an einer beliebigen Stelle des Netzwerks einfach ein Diagnosegerät aufzuschalten. Es würde sofort zum Abbruch der Kommunikation und damit zum Anlagenstillstand kommen, wenn man die Ethernet-Leitung unterbricht, um ein Messgerät einzuschleifen.

Test-Access-Points (TAPs) ermöglichen Messungen

Damit trotzdem Messungen im Netzwerk möglich sind, werden sogenannte Test-Access-Points (TAPs) an definierten Stellen als Messstelle fest eingebaut. Sie sollen dafür sorgen, dass man einfach und ohne Unterbrechung der Kommunikation im laufenden Betrieb den Datenverkehr aufzeichnen und analysieren kann. Der Ethernet-Verkehr wird auf die Ports der Messstelle gespiegelt, um den Netzwerkverkehr nicht zu beeinflussen. Ein passiver TAP schützt das Netzwerk vor Störungen durch angeschlossene Diagnosegeräte.

Die TAPs leisten auch wertvolle Dienste, wenn IVG Göhringer zu Anlagen gerufen wird, in denen es zu Störungen bei der Profinet-Kommunikation kommt – und das Instandhaltungspersonal den Fehler nicht findet. „Zwischenzeitlich schauen wir uns die TAPs als Erstes an, wenn während der Messung Telegramme verloren gehen“, berichtet Hans-Ludwig Göhringer aus einem Troubleshooting-Einsatz und fährt fort: „Häufig sind mit den TAPs Geräte zur Diagnose eingebaut, die selber Fehler im Datenverkehr verursachen“.

Profinet-Know-how erwerben

Im Workshop werden verschiedene Messmethoden und -verfahren besprochen – und welche Fallstricke lauern und wie sie umgangen werden können.

  • Kurzschluss:
    Anhand der AC- und DC-Widerstandsmessung mit einem Kabelzertifizierer wurde im beschriebenen Fall ein Kurzschluss zwischen den Datenleitungen festgestellt. Der Kurzschluss alleine ist schon problematisch, aber es gab auch einen TAP, bei dem vier unterschiedliche Resonanzfrequenzen ermittelt wurden – jeweils zwei auf der Empfangsleitung des kommenden Ports und zwei auf der Empfangsleitung des abgehenden Ports. Diese können sich unter dem Einfluss der Luftfeuchtigkeit im Feld noch leicht verändern. Wird nun ein Kabel mit einer zufällig ungünstigen Länge eingesetzt, kann es zu einer Schwingung kommen, welche die Kommunikation stört und zum Ausfall führt. Wird das Kabel verlängert oder verkürzt, kann der Fehler weg sein oder stärker in Erscheinung treten. In manchen Fällen kann ein ‚schlechteres‘ Kabel, welches die Norm gar nicht erfüllt, zu einem funktionierenden Netzwerk führen. „Jeder Anwender, der schon einmal Messergebnisse hatte, für die es keine Erklärung gab, sollte jetzt hellhörig werden“, so Hans-Ludwig Göhringer weiter.
    Im Grundsatz müssen die TAPs mit und ohne Spannung vollkommen rückwirkungsfrei arbeiten. Das ist mit einem Kabelzertifizierer schnell nachprüfbar. Dazu werden jeweils vor und nach dem TAP zwei Meter Profinet-Kabel angeschlossen und dann anhand der Kabelspezifikation des Profinet-Kabels durchgemessen. Neuere Kabelzertifizierer erkennen die Steckstellen per TDR-Messung, da an den Steckkontakten minimale Reflexionen auftreten. Ein Kabelzertifizierer darf die Messstelle nur als Steckstelle erkennen, ansonsten muss sie sich aber sowohl im bestromten als auch im unbestromten Zustand vollkommen passiv verhalten. Innerhalb eines Profinet-Kabels dürfen bis zu zwei zusätzliche Steckstellen vorhanden sein.
    Der Kurzschluss zeigt sich bei Kabelzertifizierern unabhängig davon, ob man eine Gleichstrom- oder Wechselstrommessung durchführt. Es gibt auch Messgeräte und Messverfahren am Markt, welche den Kurzschluss nicht anzeigen. Das führt zu manchen Diskussionen vor Ort. Diese sind jedoch schnell beendet, nachdem der TAP getauscht wurde und die Kommunikation ohne Telegrammverlust läuft. Es ist ja auch nicht zielführend, so lange am Messverfahren zu drehen, bis kein Fehler mehr festgestellt werden kann. Zudem gibt es eine Reihe weiterer Messverfahren, welche die Folgen des Kurzschlusses im TAP ebenfalls zeigen. Der Anwender kann mit diesen Kenntnissen seine Anlagen untersuchen – und nebenbei feststellen, ob in seinen Anlagen TAPs mit Konstruktionsfehler ‚Kurzschluss‘ vorhanden sind. Wer am Workshop teil nimmt, darf gerne eigene TAPs zu einem Live-Test mitbringen.
  • Return loss – Rückflussdämpfung:
    Die Rückflussdämpfung, englisch ‚Return loss‘, ist ein Reflexionsfaktor. Er zeigt das Verhältnis vom eingespeisten Signal zum reflektierten Signal. Die Ursachen für Reflexionen können beschädigte Kabel, lose Steckverbindungen oder fehlerhafte Geräte sein. Wenn die reflektierten Signale zu stark sind, werden sie als Nutzdaten interpretiert. Das führt zu Fehlern in der Netzwerk-Kommunikation. Bei einem TAP mit Kurzschluss hat man genau diese Situation.
  • Längenabhängige Grenzwerte:
    Manchen Lastenheften enthalten längenabhängige Werte, beispielsweise für NEXT (near end crosstalk). Es geht hier um das Übersprechen der Signale auf nebeneinanderliegenden Adernpaaren. Profinet-Leitungen haben zwei Adernpaare. Beim Anwender kommt immer dann Verwirrung auf, wenn er für NEXT einen Fehler misst, obwohl das Netzwerk einwandfrei funktioniert und auch keine Telegramme verloren gehen.
  • HDTDR-Messung:
    Eine weitere Möglichkeit ist die HDTDR-Messung (High Definition Time Domain Reflectometry). Dazu wird ein sehr kurzer Testimpuls auf die Leitung geschickt. Der an einer Schwachstelle reflektierte Teil des Signals wird vom HDTDR-Messgerät an der Einspeisestelle ausgewertet. Im gemessenen Beispiel waren die Reflexionen beim Fehler-TAP um den Faktor fünf stärker als bei der Vergleichsmessung mit dem einwandfreien TAP.
  • Jitter:
    Als Jitter bezeichnet man die zeitliche Abweichung vom Telegrammtakt bei der Datenkommunikation. Die Angabe erfolgt in der Regel in Nanosekunden (ns) oder Prozent. Je größer die Abweichung vom Idealzustand ist, desto größer ist das Risiko, dass die Übertragungsqualität unter dem Jitter leidet.
  • Erdschleifenmesszange:
    Eine Erdschleifenmesszange besteht aus zwei Spulen. Über eine Spule wird auf die Leitung ein Strom induziert, und mit der anderen Spule wird der resultierende Strom gemessen. Je nach Schleifenwiderstand ist der Strom in seiner Größe unterschiedlich hoch. In der Praxis wird manchmal festgestellt, dass der Widerstand zu hoch ist – und eine bestehende Leitung gegen ein Kabel mit geringerem Widerstand ausgewechselt. Dann fließt jedoch mehr Strom, womit mehr Leistung auf die Datenleitung eingekoppelt wird und sich das EMV-Verhalten der Anlage verschlechtert.

Ganzheitliches Profinet-Monitoring

Im zweiten Teil des Workshops wird das Profinet-Monitoring- und Diagnosesystem Herakles besprochen. Das umfassende Software-Werkzeug bietet eine schnelle und aussagefähige Diagnose von Profinet-basierten Produktionsanlagen. Neben einem systematischen Monitoring über Netzwerkgrenzen hinweg bietet die Lösung vielfältige Diagnosemöglichkeiten und warnt den Instandhalter frühzeitig vor drohenden Ausfällen. Das System validiert das Netzwerk regelmäßig und bietet ein umfassendes Gerätemanagement für alle Profinet-Teilnehmer über die gesamte Fabrik. Es lässt sich ohne zusätzliche Hardware in eine bestehende Infrastruktur integrieren – auch im laufenden Betrieb. (co)

Weitere Informationen zum Workshop und Anmeldung


Kontakt:

IVG Göhringer
Hans-Ludwig Göhringer
Mönchweg 5
71088 Holzgerlingen
Tel.: +49 7031 60788-0
E-Mail: info@i-v-g.de
Website: www.i-v-g.de

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