EC-Inspector: Troubleshooting and Monitoring Tool for EtherCAT® Networks

Übersicht

Die Windows Applikation EC-Inspector ist ein intuitiv zu bedienendes Software-Werkzeug für die Analyse und Überwachung von EtherCAT Netzwerken. Das Programm kann autark und unabhängig von der Steuerung verwendet werden und funktioniert mit EtherCAT Master Controllern beliebiger Hersteller, z. B. Beckhoff, Omron, Bosch-Rexroth, Lenze, acontis. Der EC-Inspector analysiert mit Hilfe eines TAP (Test Access Point) Device den kompletten Datenverkehr zwischen dem Master und den EtherCAT Slaves. Dazu wird sowohl das Outgoing-Frame (Master → Slaves) als auch das Incoming-Frame (Master ← Slaves) aufgezeichnet und ausgewertet.

Rückwirkungsfreie EtherCAT Diagnose

Rückwirkungsfreie Diagnose: Ein Eingriff in die Steuerung und die EtherCAT Master Software bzw. der Konfiguration ist nicht erforderlich. Somit eignet sich der EC-Inspector sowohl für neue Installationen (Greenfield) als auch für bestehende Anlagen und Maschinen (Brownfield). Auf Grundlage der EtherCAT Netzwerk Konfigurationsdatei (ENI) erfolgt die Decodierung der Rohdaten (EtherCAT Frame) und deren Zuordnung zu den entsprechenden Variablen (Ein- und Ausgänge).

Neben der Überwachung von Prozessdaten kann der EC-Inspector auch zur Analyse von Kommunikationsstörungen auf dem EtherCAT Netzwerk verwendet werden. Sofern die EtherCAT Master Software die Slave Error Counter Register regelmäßig kontrolliert, können diese Daten auch vom EC-Inspector analysiert und die Störungen in der Topologie-Ansicht übersichtlich visualisiert werden.

System Architecture

In das vorhandene EtherCAT Netzwerk muss zum Abgreifen der EtherCAT Frames ein Test Access Point (TAP) eingebaut werden. In der Regel wird der TAP zwischen dem Master und dem ersten Slave platziert, aber auch zwischen zwei beliebigen anderen Slaves in der Einbau möglich. Allerdings können nur beim Einbau hinter dem Master alle Ein- und Ausgangsdaten vollständig analysiert werden, da bei Verwendung von LRW Kommandos die Ausgangsdaten von den Eingangsdaten überschrieben werden. Der TAP, z. B., Dualcomm ETAP-1000, sollte ein möglichst kurze Durchlaufverzögerung haben um das Netzwerk-Timing nicht zu stören.

Der „Monitor“-Port des TAPs wird dann über ein Standard Ethernet Kabel mit einem Laptop verbunden.

Analyzing and Decoding of EtherCAT Protocol based on network configuration file (ENI)

Die Dekodierung der aufgezeichneten EtherCAT Frames erfolgt auf Basis der EtherCAT Network Information (ENI) Datei. Diese Datei enthält die Definition des Prozessabbildes, aller Variablen einschließlich der Datentypen, sowie den Aufbau der zyklischen Frames. Die ENI Datei ist Bestandteil der EtherCAT Spezifikation ETG.2100 und kann von jeder herkömmlichen EtherCAT Konfigurationssoftware erzeugt werden.

Monitoring of Process Data Variables

Zu den Grundfunktionen des EC-Inspectors gehört die Anzeige der zyklischen Prozessdaten, d.h. aller Ein- und Ausgangsdaten. Die für das Monitoring relevanten Daten können optional in einer Watch List organisiert werden.

Monitoring of Slave States

Der Zustand der einzelnen Slaves kann in der Topologie-Ansicht anhand einer eindeutigen Farbcodierung (Init = Weiß, PreOp=Blau, SafeOp=Gelb, Op=Grün) schnell und einfach erkannt werden.

Analysis of Communication Problems Frame Errors, Link Loss, etc.

Ein Teil der Datenkommunikation, die vom EC-Inspector erfasst werden, beinhalten Informationen, welche Aufschluss über die Übertragungsqualität des Netzwerks zulassen. Der EC-Inspector verarbeitet diese Informationen entsprechend und zeigt die Ergebnisse grafisch an.
Beispielsweise können auf Grundlage der Slave- und Port-spezifischen Fehlerzähler der Ort bzw. die Ursache möglicher Fehler ermittelt werden (beispielsweise schlechte Kabel oder fehlerhafte Steckverbindungen). In der Topologie-Ansicht wird dies durch entsprechende Symbole signalisiert. Daneben wird jeder neue auftretende Fehler auch gemeldet und protokolliert.

Processing of previously captured frames (Wireshark file)

Die EC-Inspector Funktion zur Auswertung einer bereits existierenden Datenaufzeichnung (Wireshark PCAP Datei) erlaubt das einfache und schnelle Aufspüren von Kommunikationsstörungen, aber auch die symbolische Auswertung aller Ein- und Ausgangsdaten.

Nach dem Laden der PCAP Datei kann diese in verschiedenen, einstellbaren Geschwindigkeiten, oder auch in Einzelschritten (Zyklus für Zyklus) ausgewertet werden. Die Arbeitsweise des EC-Inspector gleicht hierbei einem Oszilloskop, dessen Eingangssignale (entsprechend der Probe des Oszilloskops) aus der PCAP-Datei ermittelt werden. Beispielsweise kann hier eine bestimmte Prozessdatenvariable selektiert werden, dann zeigt der EC-Inspektor den zeitlichen Verlauf des Signals an, so wie dieser sich aus den PCAP-Daten ergibt.
Beim Zustandswechsel eines Slaves (z.B. von OPERATIONAL nach SAFEOP) wird im Message-Fenster ein Protokolleintrag mit Zeitstempel etc. erzeugt. So kann beispielsweise der genaue Zeitpunkt eines Fehlers ermittelt werden.

Entsprechende Trigger- und Suchfunktionen ermöglichen es, gezielt bei einer bestimmten Situation bzw. beim Erkennen eines Fehlers die Verarbeitung (Aufzeichnung) zu stoppen. Beispielweise kann beim Erreichen eines bestimmten Variablenwertes gestoppt werden, oder wenn ein Slave den Zustand Operational verlässt.
Mit dem EC-Inspector steht somit ein leistungsfähiges grafisches Wireshark Oszilloskop bzw. ein grafischer Wireshark-Debugger zur Verfügung!

Snapshot and Offline Diagnosis

  • Collect data from the current diagnosis state and save it into a capture file
  • Offline investigation mode for analyzing captured data
  • Capture file can be emailed for further analysis by someone else
  • Use captured data as documentation, like for a status report

Features

  • Analyzing and Decoding the EtherCAT Protocol
  • Utilizes the EtherCAT Network Information (ENI) file
  • Monitoring of Process Data Variables
  • Monitoring of Slave States
  • Monitoring of Slave Error Counters (ESC registers 0x300 to 0x313)
  • Graphical View of Network Topology
  • Processing of Previously Captured and Saved Raw Network Traffic (Wireshark files)
  • Take Snapshots to Save to Files

Advantages

  • No integration with the existing master controller required
  • No specific TAP device required, even a regular switch device may be used
  • No impact (e.g. timing, load) on the existing network and application
  • No changes to existing software required
  • Very small engineering effort: simply use the existing ENI file
  • Use the same tool to analyze machines operated by controllers from different manufacturers (Beckhoff, Bosch-Rexroth, Omron, Yaskawa, etc.)
  • No installation of Windows Packet Capture Library & Driver (WinPcap / Npcap) required

Mehr Informationen

Datasheets und Evaluierungsversionen gibt es in der Download Area.