EC-Monitor: Software Bibliothek zur Überwachung und Protokollierung von EtherCAT® Netzwerken

Übersicht

Mit Hilfe der EC-Monitor Software-Bibliothek ist es möglich, den Datenverkehr eines EtherCAT Netzwerkes zu analysieren und auszuwerten. Die Bibliothek erfasst hierbei die Daten des Netzwerks und stellt diese dann der Applikation zur Verfügung. Neben den Prozessdaten (Ein- und Ausgänge) werden auch die Slave Zustände, die Slave Fehlerzähler und weitere Daten aus den EtherCAT Frames herausgefiltert.

Die Bibliothek kann autark und unabhängig von der Steuerung verwendet werden und funktioniert mit EtherCAT Master Controllern beliebiger Hersteller, z. B. Beckhoff, Omron, Bosch-Rexroth, Lenze, ACS Motion Control, acontis, CoDeSys. Der EC-Monitor erfasst hierbei unter Verwendung 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) ausgewertet.

Dekodierung auf Basis der EtherCAT Network Information (ENI) Datei

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 (Link setzen), kann von jeder herkömmlichen EtherCAT Konfigurationssoftware erzeugt werden und wird in der Regel vom EtherCAT Master ebenfalls benötigt. Somit entsteht kein zusätzlicher Engineering Aufwand.

System Architektur

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 ist der Einbau möglich. Allerdings können nur direkt 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 eine möglichst kurze Durchlaufverzögerung haben um das Netzwerk-Timing nicht zu stören.

Ein Eingriff in die Steuerung und die EtherCAT Master Software bzw. der Konfiguration ist nicht erforderlich. Somit eignet sich der EC-Monitor sowohl für neue Installationen (Greenfield) als auch für bestehende Anlagen und Maschinen (Brownfield).

Software Architektur

Die EC-Monitor Bibliothek kann ohne Anpassungen auf den Betriebssystemen Windows, Linux, QNX, etc. verwendet werden. Die Anbindung des Netzwerk-Controllers wird erfolgt über einen speziellen Treiber von acontis, den Link Layer. Für zahlreiche Ethernet Controller stehen eigens entwickelte und hoch-performante Link Layer  zur Verfügung.

Der EC-Monitor verarbeitet die ENI Datei vollständig und ermittelt daraus, u.a. die Anzahl der Slaves, die Struktur des Prozessabbildes, die Variablennamen und Offset. Auf Basis dieser Daten kann sich die Applikation dynamisch an unterschiedliche Netzwerkkonfigurationen anpassen.

Anwendungsbeispiele

Anwendungsbeispiel: Diagnose Tool

Die EC-Monitor Bibliothek stellt die Daten für eine vom Anwender zu erstellende EtherCAT Diagnosesoftware zur Verfügung. Dieses Tool kann neben der Anzeige der Topologie und der Prozessdaten auch zur Lokalisierung von Kommunikationsstörungen verwendet werden. Unter der Voraussetzung, dass die EtherCAT Master Software die Slave Error Counter Register regelmäßig kontrolliert, können diese Daten auch vom EC-Monitor erfasst und der Applikation zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt werden. Auf Grundlage der Slave- und Port-spezifischen Fehlerzähler können so der Ort bzw. die Ursache möglicher Fehler ermittelt werden (beispielsweise schlechte Kabel oder fehlerhafte Steckverbindungen). Ein Beispiel für ein solches Tool ist der acontis EC-Inspector.

Anwendungsbeispiel: IIoT Gateway, (Embedded) Edge Device

Eine wichtige Funktionalität der EC-Monitor Bibliothek ist die lückenlose Erfassung aller Prozessdaten. Dies ist Voraussetzung um Applikationen zur Qualitätssicherung (Condition Monitoring ) oder zur vorausschauenden Wartung (Predictive Maintenance ) zu realisieren. Die erfassten Daten können, z. B. auf einem PC oder in einem embedded Gerät mit entsprechenden Algorithmen analysiert und weiterverarbeitet werden. Die gesammelten Informationen können dann, z. B. auf einem zentralen Server oder in einer Cloud gespeichert werden. Die Überwachung des Herstellungsprozesses ist, u.a. die Voraussetzung für die vollständige Rückverfolgbarkeit eines Produktes.

Anwendungsbeispiel: Überwachung kritischer Anwendungen

Die EC-Monitor Bibliothek erlaubt die lückenlose Auswertung der gesamten Prozessdaten eines EtherCAT Netzwerkes in Echtzeit. Für sicherheitskritische Anwendungen können diese Daten auf einem anderen System von einer Applikation überprüft werden. Dieses Überwachungssystem kontrolliert somit die Hauptanwendung und kann im Fehlerfall entsprechenden Maßnahmen zum Abschalten der Anlage bzw. Maschine ergreifen.

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)
  • Verarbeitung von PCAP (Wireshark) Dateien
  • Abspeicherung des Datenverkehrs in einer PCAP (Wireshark) Datei

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.)

Mehr Informationen

Datasheets und Evaluierungsversionen gibt es in der Download Area.