Jak wygląda monitoring sieci Profinet?

Jak osiągnąć stabilną pracę sieć? Jak maksymalnie zminimalizować ryzyko przestojów?

Mądry Polak po szkodzie, tak mówi jedno z popularnych przysłów, które dobrze oddaje sytuację panującą w wielu zakładach przemysłowych w kontekście utrzymania pracy maszyn. Choć tyle mówi się o predykcji oraz o czwartej rewolucji przemysłowej, analizie danych i łączeniu wszystkiego z chmurą. Wiele zakładów produkcyjnych woli gasić pożar zamiast nie dopuszczać do jego powstania. Oczywiście nie jest to regułą, na przykład branża automotive jest prekursorem, jeśli chodzi o wprowadzanie nowych technologii do praktycznych zastosowań. Wiele nowo powstałych zakładów również ochoczo podchodzi do wszelkich nowinek technologiczne od cobotów po aplikacje chmurowe, czyli coraz popularniejszą digitalizację procesów przemysłowych. Monitoring aplikacji jest istotny nie tylko ze względu na zachowanie ciągłości procesu, ale również zwiększa bezpieczeństwo oraz umożliwia analizę dużej ilości danych. Jest to szeroki temat, który porusza wiele ciekawych zagadnień.

A jak to wszystko wygląda w kontekście sieci Profinet, która staje się coraz bardziej popularna i w znacznym stopniu wypiera wysłużonego Profibusa?

Zacznijmy od tego, że to właśnie sieć przemysłowa jako nośnik informacji procesowych jest obszarem, w którym bardzo często możemy zaobserwować anomalnie wynikające z niepoprawnej pracy maszyn. Monitoring oraz analiza pracy sieci a konkretnie pewnych wartości jakościowych, umożliwia określenie stanu magistrali. Ma to zastosowanie zarówno podczas szukanie skutków awarii jak również przewidywaniu ich wystąpienia oraz oceny stabilności. Szukając odpowiedzi na zadane wcześniej pytania, czyli jak osiągnąć stabilną pracę sieć a tym samym zminimalizować ryzyko wystąpienia awarii, omówię jedno z rozwiązań firmy Indu-Sol.

Podstawy diagnostyki sieci Profinet

Zanim jednak przejdziemy do omówienia konkretnego analizatora należy przynajmniej zapoznać się z podstawowymi wartościami, które określają stabilność sieci Profinet. Na wstępie dodam, że temat diagnostyki sieci może wydawać się dość trudny, szczególnie na początku. Oczywiście nie jest też tak skomplikowany, ponieważ z pomocą przychodzi wiele dedykowanych rozwiązań, z którymi diagnostyka nie jest już taka straszna.

Ogólnie diagnostyka czy też ocena stabilności sieci opera się o analizę pewnych wartości świadczących o jakości transmisji danych. Podstawowe z nich to:

Jitter – odchylenie rzeczywistego od zadeklarowanego czasu aktualizacji. Wyrażane jest w procentach [%], najlepiej zobrazować to na przykładzie: załóżmy, że dany pakiet informacji od wyspy I/O powinien przychodzić do sterownika cyklicznie co 4ms (jest to tak zwany update time ustawiany indywidualnie w narzędziu inżynieryjnym np. TIA Portal, dla każdego z urządzeń w sieci) – czyli czas aktualizacji. Jeśli dany telegram przyjdzie spóźniony np. po 6ms interwał opóźnienia względem zadeklarowanego czasu aktualizacji to 2ms – czyli jitter wyniesie 50%.
Frame gaps – brakujące telegramy, czyli liczba pakietów w zasadzie ‘’pustych miejsc (gap)’’, które z jakiś przyczyn nie zostały dostarczone do sterownika PLC.
Error frames – uszkodzony lub niekompletny pakiet informacji
Load ratio – stosunek pakietów Profinet do innych np. TCP/IP
Netload – obciążenie sieci, mierzone dla 100 Mb/s.

Jeśli znamy podstawowe wartości jakościowe, należy również poznać wartości graniczne, których przekroczenie będzie świadczyło o zachwianiu stabilności komunikacji Profinet.

Jitter	≤ 50%
Frame gaps	0
Error frames	0
Load ratio	100:1
Netload	< 20%

Bardziej szczegółowo wartości jakościowe dla sieci Profinet (i nie tylko) omawiamy na naszym webinarium. Zachęcam do zapoznania się z tym materiałem, ponieważ zawiera dużo ciekawych i praktycznych informacji odnośnie diagnostyki sieci Profinet (link poniżej).

Diagnostyka w oprogramowaniu inżynieryjnym

Całkowicie zasadnym zdaje się pytanie: czy diagnostyka sieci jest możliwa z poziomu sterownika PLC? Konkretniej poprzez oprogramowanie inżynieryjne, które służy do zaprogramowania logiki sterującej. W końcu to sterownik odpowiedzialny jest za zarządzanie pracą instalacji, a więc poniekąd również zarządza siecią przemysłową. W oprogramowaniu inżynieryjnym np. TIA Portal, skonfigurujemy takie wartości jak update time czy watchdog time, są to istotne wartości z punktu widzenia pracy sieci. W buforze diagnostycznym sprawdzimy natomiast to, kiedy dane urządzenia czy moduły, straciły połączenie ze sterownikiem PLC. Teraz kiedy wiemy już jakie wartości określają jakość sieci Profinet oraz to co w kontekście sieci przemysłowej widzimy w oprogramowaniu inżynieryjnym, należy zadać sobie pytanie co z tą diagnostyką?

Diagnostyka ‘’urządzeń w sieci’’ a nie ‘’sieci’’

Bufor diagnostyczny dostarcza informacji odnośnie statusu urządzeń w sieci, komunikują się poprawnie ze sterownikiem lub jest z nimi jakiś problem. Pytanie jaki? Tego niestety już się nie dowiemy. Nie dowiemy się również tego jak wygląda jakość połączenie. Na przykład funkcja watchdog domyślnie zadziała wtedy, kiedy po 3 cyklach sterownik PLC nie otrzyma pakietów od danego urządzenia. Co było tego przyczyną?

Diagnostyka sieci Profinet

Prawdziwa diagnostyka zaczyna się od poznania parametrów jakościowych określających stabilność sieci Profinet. Prawidłowa analiza danych jest kluczowa w celu ustalenia przyczyn awarii systemu lub w celu zapobiegnięcia powstania problemu tzw. predykcja. Rozwiązaniem umożliwiającym jedno i drugie jest PN-INspektor.

PN-INspektor

Poglądowy schemat podłączenia PN-INspektora w sieci Profinet.

Zainstalowany w sieci maszyny, analizator Profinet dostarcza wszystkich niezbędnych informacji w jasnej oraz przejrzystej formie. Dopiero po analizie wartości określających jakość połączenia Profinet jesteśmy w stanie ocenić stabilność sieci. Mówiąc wprost, znając parametry sieci wiemy czy nasza maszyna pracuje stabilnie. Badanie stabilności jest jak wizyta u lekarza. Idziemy, kiedy coś nas boli, ale możemy też iść „prewencyjnie”, aby sprawdzić podstawowe wyniki np. badanie krwi.

Podsumowanie najważniejszych parametrów jakościowych, określających stabilność sieci Profinet (web interfejs PN-INspektora)

Analizując wartości jakościowe sieci Profinet takie jak Jitter, czy Netload, sprawdzimy jakie są przyczyny zatrzymań procesu lub ocenimy stabilność, aby w przyszłości do takich zatrzymań nie dochodziło. To jest całe clou diagnostyki sieci Profinet. Praktyczna informacja, z której jasno wynika co jest do poprawy oraz gdzie należy szukać przyczyny awarii. Oczywiście chcąc posiadać pełne spektrum informacji przyda nam się jeszcze parę innych rozwiązań, jak na przykład oprogramowanie PROscan Active V2 (o którym szerzej jest napisane tutaj). Natomiast tylko pasywny analizator sieci Profinet jak PN-INspektro dostarczy nam najważniejszych parametrów jakościowych, w bezpieczny i niemal bezinwazyjny dla całego procesu sposób.

Mądry Polak, przed szkodą

Wracając do wstępu, chciałbym sparafrazować nieco popularne przysłowie odwracając jego znaczenie. Bądźmy mądrym Polakami przed szkodą, działajmy z predykcją i pełną świadomością tego czy nasza sieć pracuje na 100% stabilnie i zgodnie z zaleceniami.

Autor: Tymoteusz Wojniak