Промышленный Ethernet: где кроется проблема?

Когда Джон Леннон пел в песне «Баллада о Джоне и Йоко»: «ты знаешь: это не легко; ты знаешь, как трудно это может быть», он не имел в виду поиски причин неисправностей в промышленном Ethernet, но эти слова хорошо передают суть проблемы. Поскольку Ethernet становится, а в принципе уже стал промышленным стандартом связи, стоит познакомиться с диагностическими инструментами, которые огут помочь найти источники проблем.

В опросе, проводившемся Control Engineering,  читателей спрашивали об их опыте, связанном с построением и обслуживанием промышленной сетей связи. Какие протоколы они используют, надежны ли сети, и какие диагностические инструменты они используют, а в каких нуждаются?

Более 80% звонков в нашу фирму с просьбой о поддержке касаются практически одних и тех же проблем, связанных с физической инфраструктурой сети, – утверждает Мара Уайт, менеджер по развитию в Fluke Networks.

Марти Янсонс, консультант по вопросам сетевых решений в Siemens Industry, считает адресацию в протоколе IP самым большим источником сетевых проблем. – Неправильные IP-адреса или неверная конфигурация, приводящая к тому, что в сети оказывается много устройств с одним и тем же адресом, может быть причиной головной боли.

Майкл Фрэйн, менеджер по сетевым решениям в Molex, делит проблемы сетевой инфраструктуры на три основные категории:

• аппарат (вместе с подключениями и переходниками),
• конфигурация сети,
• дефектные и/или несовместимые устройства в сети.

Источники проблем, связанных с конфигурацией на линии прикладная программа – сеть обычно найти труднее, – утверждает Фрэйн. Может потребоваться использование как инструменты, анализирующие протокол (например, SNMP), отдельные слои сети, а также сами устройства.

«Железо» или программа? Не все так просто

Откуда ты знаешь, искать ли источник сбоя в программном обеспечении или в самой инфраструктуре сети? Фрэйн говорит: — Проблемы с аппаратом, к примеру, могут требовать применения инструмента, проверяющего физическую структуру, чтобы измерить значения сигналов и их качество. Диагностические инструменты протокола и/или специальные тестеры устройств могут определить, почему устройство не работает: виновата прикладная программа, или же устройство просто неисправно.

? Вероятно, придется использовать комбинацию инструментов (предметных и программных) – подчеркивает Янсонс. Он советует начинать поиски источника проблемы с программы мониторинга сети, установленной на дополнительном компьютере.

? Начинаешь видеть зависимости, царящие в сети, – констатирует Уайт. – Если ты в состоянии определить, в какой части сети находится проблема, и какой машины она касается, то с помощью тестера физической оболочки сети установишь, что не так.

Инструменты для технического обслуживания и диагностики сети очень разнообразны: от портативных тестеров до устройств, постоянно работающих в сети, и компьютерных программ, анализирующих поток данных в отдельных протоколах.

Некоторые из современных диагностических устройств не требуют квалифицированного обслуживающего персонала с многолетним опытом в области построения сетей и коммуникационных протоколов, поскольку они сами анализируют ключевые данные. Таким свойством обладают часто даже небольшие, портативные устройства.

Симптомы проблем

Другим диагностическим инструментом физической оболочки сети является рефлектометр TDR (ang. time-domain reflectometer – рефлектометр во временной области). Принцип действия рефлектометра сети заключается в отправке сигналов по сетевому кабелю и замере возвращающихся отражений, которые могут быть симптомами замыканий, разрывов, загиба кабеля или просто слишком большой длины или неподходящего типа кабеля.

Рефлектометры TDR анализируют сопротивление аппарата путем замера силы отражения и положения, в котором отражение произошло (на основании времени, прошедшего между отправки тестирующего пучка и его возвращением). Когда мы имеем дело, например, с поврежденным кабелем, его сопротивление переменному току в месте повреждения отличается от номинального. Когда до этого места доходит электрический импульс, генерируемый рефлектометром, часть сигнала отражается и возвращается к рефлектометру. Чем больше повреждение, тем больше отражение. Чем дальше от рефлектометра находится повреждение, тем больше времени требуется для того, чтобы отражение вернулось к источнику и могло быть зарегистрировано. Зная время, номинальное сопротивление кабеля и скорость, с которой сигнал передается в кабеле, рефлектометр может точно вычислить место, в котором произошло повреждение.

Часто требуется, чтобы новая система в сети Еthernet была на 100% протестирована и сертифицирована при помощи рефлектометра. Тестеры устройств доступны в промышленных исполнениях, позволяющих проверять кабели, используемые всеми промышленными  протоколами связи типа Ethernet.

Сетевые карты с разными интерфейсами

Диагностика сети может быть выполнена не только с помощью портативных устройств, но и с помощью специальных коммуникационных карт и программного обеспечения, доступного для стационарных и портативных компьютеров. – Обычно свичи Еthernet имеют встроенные диагностические функции, которые позволяют не только найти проблему,но с помощью открытых протоколов – таких, как SNMP – также диагностировать причину проблемы на уровне конкретного порта, а не всего устройства – утверждает Янсонс.

Поиск источников проблемы в промышленных сетях Еthernet является трудной задачей, которая обычно не может сводиться к выполнению одних и тех же последовательных  шагов. Это, скорее, творческий поиск причин аварии с помощью того, что есть у нас в чемоданчике. Control Engineering советует, какие инструменты должны найтись в таком чемоданчике, и когда их следует применить.

Проект, работа, наладка

– Диагностика сети является одним из трех этапов, обусловливающих успешное развитие промышленных сетей. Первый этап включает проект, установку и выдачу сертификата на основании тестов. Второй — это работа сети и периодический контроль и техническое обслуживание. Последним этапом является наладка после возникновения аварии – тогда обычно выполняется традиционная диагностика, – так на страницах Control Engineering писал в 2002 году Ник Джоунс из Woodhead Connectivity (в настоящее время — Molex).

Рекомендации, которые приготовил Стив Зупончич, менеджер по промышленным и гражданским решениям в Rockwell Automation, относительно подбора компонентов промышленного Ethernet, ранее уже помещались на страницах Control Engineering — стоит поискать в таблице 10 позиции, о которых следует помнить, применяя Ethernet в промышленности. В этой статье помещен комплект из 10 советов, которые позволят твоей сети работать производительно и надежно.