EC-Inspector: Software zur Fehlersuche und Überwachung von EtherCAT® Netzwerken

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 vieler 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.

Systemarchitektur

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.

Analyse und Dekodierung des EtherCAT-Protokolls basierend auf der Netzwerkkonfigurationsdatei (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.

Überwachung von Prozessdatenvariablen

Zu den Grundfunktionen des EC-Inspectors gehört die grafische Anzeige der Prozessdaten, d.h. aller Ein- und Ausgangsdaten. Die letzten 500 (einstellbar) Werte jeder Variable werden im Chart über die Zeit exakt dargestellt. Eine Zoom-Funktion erlaubt die Betrachtung eines bestimmten Ausschnitts einschließlich der Bestimmung der genauen Werte. Die für das Monitoring relevanten Daten können optional in einer Watch List organisiert werden.

Die fortlaufende Anzeige kann entweder manuell, oder automatisch durch programmierbare Trigger-Bedingungen gestoppt werden. Eine Trigger-Bedingung kann eine bestimmte Variable (Eingang oder Ausgang) mit einem festen Wert, oder auch mit einer anderen Variable vergleichen. Verschiedene Vergleichsoperatoren stehen dabei zur Verfügung. Nach dem Auslösen eines Triggers können andere Variablen, oder auch sonstige Daten (Slave-Zustände, Fehlerzähler etc.) analysiert werden.

Überwachung von Slavezuständen

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.

Analyse von Kommunikationsproblemen, Frame-Fehlern, Verbindungsverlusten usw.

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.

Erfassung und Auswertung des Datenverkehrs (Wireshark-Datei)

EC-Inspector ermöglicht es, Live-Daten zu überwachen und den kompletten Verkehr in einer PCAP-Datei (parallel) zu speichern. Diese Datei kann auch mit dem EC-Inspector geladen und ausgewertet werden, um Prozessdaten und Fehler Zyklus für Zyklus zu analysieren. Dieses Feature ermöglicht eine einfache und schnelle Erkennung von Kommunikationsfehlern sowie eine symbolische Zuordnung aller Ein- und Ausgangsdaten. Auch die Analyse von PCAP-Dateien, die mit der Software Wireshark aufgezeichnet wurden, ist möglich.

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 und Offline Diagnose

  • Sammeln von Daten aus dem aktuellen Diagnosestatus und speichern in einer Capture-Datei
  • Offline-Untersuchungsmodus zur Analyse erfasster Daten
  • Die Aufnahmedatei kann zur weiteren Analyse durch eine andere Person per E-Mail gesendet werden
  • Verwenden Sie erfasste Daten als Dokumentation, z. B. für einen Statusbericht

Funktionen

  • Analyse und Auswertung des EtherCAT Protokolls
  • Verarbeitung der Konfigurationsdatei EtherCAT Network Information (ENI)
  • Ermittlung der zyklischen Prozessdaten (Eingänge und Ausgänge)
  • Ermittlung des Zustandes der Slaves
  • Ermittlung der Slave Fehlerzähler (Register 0x300 bis 0x313 im EtherCAT Slave Controllers)
  • Grafische Anzeige der Netzwerktopologie
  • Verarbeitung von PCAP (Wireshark) Dateien
  • Abspeicherung des Datenverkehrs in einer PCAP (Wireshark) Datei
  • Speicherung des aktuellen Zustandes (Snapshot)

Vorteile

  • Kein Eingriff an der bestehenden Steuerungssoftware erforderlich
  • Einsetzbar für neue Anlagen (Greenfield) und bestehende Installationen (Brownfield)
  • Unterstützung von verschiedenen handelsüblichen Netzwerk TAP Geräten
  • Keine Auswirkungen auf die vorhandene Applikation
  • Kein zusätzlicher Konfigurationsaufwand. Die bereits vorhandene ENI Datei genügt
  • Einheitliches Diagnosewerkzeug für Maschinen/Anlagen mit Steuerungen von verschiedenen Herstellern (Beckhoff, Bosch-Rexroth, Omron, CoDeSys, Yaskawa, etc.)
  • Keine Installation von WinPcap oder Npcap erforderlich

Mehr Informationen

Datasheets und Evaluierungsversionen gibt es in der Download Area.