Die Netzwerkdiagnose

Die Netzwerkdiagnose

Die Profinet-IO-Spezifikation definiert eine Vielzahl von Funktionen wie zum Beispiel den gleichzeitigen Zugriff auf Geräte durch mehrere SPSen, die Unterstützung von Medienredundanz, das Erfassen von Topologie-Information aus der Anlage, den Gerätetausch ohne erneutes Verwenden eines Parametriergerätes oder auch Anwendungen mit sehr kurzen Zykluszeiten und geringem Jitter. Je nach geforderter Funktionalität ergeben sich spezielle Anforderungen an Monitoring-Lösungen. Ein Beispiel dafür ist das Link Layer Discovery Protocol (LLDP), welches für den Austausch von Information zwischen direkt benachbarten Geräten verwendet wird. Im Ergebnis „weiß“ ein Kommunikationsteilnehmer, mit welchen anderen Teilnehmern er verbunden ist und welche Eigenschaften die Verbindung hat. Eine Überwachung des Informationsaustausches kann aber nur in der direkten Verbindung zwischen benachbarten Geräten erfolgen.

Das Verwenden der verschiedenen IT-Protokolle in den Conformance Classes eröffnet aber auch neue Möglichkeiten. Das Simple Network Management Protocol (SNMP) etwa erlaubt über den Zugriff auf Management Information Bases (MIB) das Auslesen von Information über den Zustand des Gerätes, der Kommunikationsschnittstellen und der Kommunikation. So gibt es eine MIB-Spezifikation, die Information zur Verwaltung der Ethernet-Schnittstelle zur Verfügung stellt. Durch das Auslesen entsprechender Zähler lässt sich das gehäufte Auftreten zerstörter Frames feststellen. Ein Monitor muss in diesem Fall aktiv im Netzwerk kommunizieren.

Soviel zu den grundlegenden Anforderungen an Busmonitore am Ethernet. Je nach Einsatzszenario sind weitere Aspekte von Bedeutung und müssen entsprechend in künftigen Tools berücksichtigt werden:

Einsatzszenario A – Test der Geräte-Implementierung

Im einfachsten Fall möchte der potenzielle Nutzer des Netzwerkdiagnosetools damit die Richtigkeit und Vollständigkeit seiner Geräte-Implementierung testen. Diesen Test wird er üblicherweise in einem Testbett zusammen mit weiteren marktgängigen Geräten sowie unter Umständen unter Verwendung bestimmter Testprogramme durchführen. Je nach Topologie – Linien- oder Sternstrukturen – kann die Aufzeichnung der Daten wie bereits erwähnt über Mirror-Ports oder Taps erfolgen. Da es um die Funktionsweise eines einzigen Gerätes geht, stellt die Überwachung der Kommunikation zwischen benachbarten Teilnehmern keine große Schwierigkeit dar. Hierzu ist lediglich ein Tap an entsprechender Stelle einzubringen. Auch der Testfall, dass mehrere Steuerungen auf das Device zugreifen, lässt sich mit Hilfe mehrerer Taps durchführen. Die Monitoring-Anwendung muss in diesem Fall entsprechende Synchronisationsmechanismen unterstützen.

Einsatzszenario B – Inbetriebsetzung, Kommunikationsoptimierung und Fehlersuche in Automatisierungsanlagen

Bei diesem Szenario wird es der Anwender immer mit einer vorgegebenen Kommunikationsstruktur zu tun haben, bei der die Automatisierungsgeräte durchaus zum Teil in Stern- und zum Teil in Linienstruktur miteinander verbunden sein können. Üblicherweise findet sich hier ein Switch/Router, der die Verbindung zum zentralen Firmennetz herstellt. Ein PC mit Visualisierungs-Software ist in der Regel ebenfalls in das Netz integriert. Im ungünstigsten Fall existiert hier weder die Möglichkeit, Daten über Mirror-Ports zu erfassen, noch können Taps eingebracht werden. Dafür gibt es folgende Gründe:

• Mirror-Ports finden sich nur in der Klasse der „Managed Switches“. Diese verfügen im Unterschied zu „Unmanaged Switches“ über mehr Funktionalität, die sich über entsprechende Schnittstellen (Web, serielles Terminal) verwalten lässt. Diesem Vorteil steht allerdings ein deutlich höherer Preis gegenüber. Hinzu kommt, dass ein zum Mirror-Port erklärter Port für die Nutzdatenkommunikation nicht mehr zur Verfügung steht. Unter Umständen treibt dies die Kosten für die Kommunikations-Infrastruktur weiter in die Höhe.
• Sind erst einmal alle Kabel verlegt und die Installation abgenommen, ist es meist nicht mehr einfach, Verkabelungen wieder aufzutrennen und Taps einzubringen.

Die Profinet-IO-Spezifikation definiert für diese Fälle eine Reihe von Funktionen (Erfassen der angeschlossenen Geräte und ihrer Eigenschaften/Auslesen von Datenobjekten) und in die Geräte zu implementierende Objekte, über die sich ein aktuelles Systemabbild erfassen lässt. Bei Vorhandensein eines Netzwerkzuganges zum System kann die aktive Komponente eines Monitors angeschlossen werden. Dieser Bestandteil des Monitors kann im Unterschied zum passiven Teil, der Daten lediglich erfasst und auswertet, selber Daten mit Geräten austauschen. Diese Komponente dient dazu, Information aus den vorhandenen Profinet-IO-Geräten – wie etwa deren symbolische Namen, bereits vergebene IP-Adressen oder auch die Eigenschaften der bereits aufgebauten Kommunikationsbeziehungen – zu erfassen. Auf diese Weise ist der Ist-Zustand des Kommunikationssystems und der Geräte darstellbar. Abweichungen vom Ist-Zustand kann der Inbetriebnehmer über die Kenntnis des Soll-Zustandes identifizieren – im Idealfall wird er dabei vom Diagnosetool unterstützt.

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