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Die Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem
mit Teilnehmer mit Diagnoseeinheit.
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Unter einem Kommunikationssystem
versteht man ein System mit wenigstens zwei Teilnehmern, die über ein
Datennetz zum Zweck des gegenseitigen Austausches von Daten bzw.
der gegenseitigen Übertragung
von Daten miteinander verbunden sind.
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Teilnehmer sind beispielsweise zentrale
Automatisierungsgeräte,
Programmier-, Projektierungs- oder Bediengeräte, Peripheriegeräte wie z.B. Ein-/Ausgabe-Baugruppen,
Antriebe, Aktoren, Sensoren, speicherprogrammierbare Steuerungen
(SPS) oder andere Kontrolleinheiten, Computer, oder Maschinen, die
elektronische Daten mit anderen Teilnehmer austauschen, insbesondere
Daten von anderen Teilnehmern verarbeiten. Teilnehmer werden auch
Netzwerkknoten oder Knoten genannt.
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Unter Kontrolleinheiten werden im
Folgenden Regler- oder Steuerungseinheiten jeglicher Art verstanden,
aber auch beispielsweise Koppeleinheiten (sog. Switches) und/oder
Switch Controller. Als Datennetze werden beispielsweise geschaltete
Kommunikationssysteme, wie Switched Ethernet, Industrial Ethernet,
insbesondere aber auch isochrones Realtime Ethernet verwendet.
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In heutigen geschalteten Kommunikationssystemen
werden die Kommunikationsbeziehungen zwischen den Teilnehmern von
den Netzkomponenten über
dedizierte Netzsegmente geleitet. Damit werden Segmente entlastet,
die an der Kommunikation nicht beteiligt sind. Eine zentrale Einheit, über die die
gesamte Kommunikation abgewickelt wird, beispielsweise ein Repeater
bei einem Kommunikationsbus, existiert somit nicht mehr, wo mit auch
die Möglichkeit
verloren geht, eine zentrale Diagnose eines Kommunikationssystems
durchzuführen.
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Bisher wurde die Diagnose solcher
Kommunikationssysteme durch dezentral angeschlossene Analysatoren
durchgeführt.
Der Analysator wird an den entsprechenden Netzkomponenten angeschlossen
und zeichnet dort den Datenverkehr auf. Die Auswertung geschieht
durch manuelle Auswertung des Aufzeichnungsprotokolls. Für eine vollständige Aufzeichnung
muss der Analysator unter Umständen an
mehreren Punkten des Kommunikationssystems gleichzeitig angeschlossen
werden, da nicht zwangsläufig
alle Kommunikationsbeziehungen bezüglich ihres Pfades im Kommunikationssystem
einen einzigen Knoten durchlaufen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, ein verbessertes Kommunikationssystem anzugeben, das eine
zentrale Diagnose des Kommunikationssystems ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Kommunikationssystem
mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Teilnehmer gelöst, die
mittels wenigstens einer Kommunikationsverbindung miteinander verbunden
sind, wobei die Teilnehmer wenigstens eine Diagnoseeinheit aufweisen,
wobei die Diagnoseeinheit zur Diagnose von Daten, die den Datenaustausch wenigstens
einer Kommunikationsbeziehung zwischen wenigstens zwei Teilnehmern
betreffen, vorgesehen ist.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung weist die Diagnoseeinheit wenigstens eine Auswerteeinheit
auf, die zur Auswertung der diagnostizierten Daten vorgesehen ist.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung weist die Diagnoseeinheit wenigstens einen Pufferspeicher
auf, der zur Zwischenspeicherung der diagnostizierten Daten vorgesehen
ist. Die auf diese Weise ggf. ausgewerteten und zwischengespeicherten
Daten können
sehr leicht in einen Speicher des entsprechenden Teilnehmers transferiert werden,
da die Diagnoseeinheit im entsprechenden Teilnehmer integriert ist
und somit unmittelbar mit den übrigen
Komponenten des Teilnehmers, beispielsweise eines Rechners und damit
insbesondere auch mit einem Speicher des Teilnehmers verbunden ist und
Zugriff darauf hat. Die dort gespeicherten Daten können dann
zu einem beliebigen Zeitpunkt beispielsweise von einem anderen Teilnehmer
des Kommunikationssystems abgerufen und ausgewertet werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung handelt es sich bei dem Kommunikationssystem um ein geschaltetes
Kommunikationssystem von einem Ethernet-Typ oder einem Realtime Ethernet-Typ.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn es sich dabei um ein zyklisch
arbeitendes Kommunikationssystem handelt, bei welchem die Kommunikation zwischen
den Teilnehmern in Übertragungszyklen
erfolgt. Bei einem solchen schaltbaren Kommunikationssystem ist
zwischen zwei Teilnehmern jeweils mindestens eine Koppeleinheit
geschaltet, die mit beiden Teilnehmern verbunden ist. Jede Koppeleinheit
kann jedoch auch mit mehr als zwei Teilnehmern verbunden sein. Jeder
Teilnehmer ist mit mindestens einer Koppeleinheit, aber nicht direkt
mit einem anderen Teilnehmer verbunden. Unter Koppeleinheit versteht
man auch einen Switch. Ein solches Hochleistungsdatennetz besteht
in der Regel aus sehr vielen verteilten Teilnehmern, insbesondere
auch sehr vielen verteilten Switches. Diese Switches können separate
Netzteilnehmer sein, können
jedoch auch in einen Teilnehmer integriert sein. Für Echtzeitanwendungen
ist beim Durchgang der Telegramme durch das Kommunikationssystem
die Ankunftszeit bzw. Sendezeit der Telegramme bei den Switches
bzw. den übrigen
Teilnehmern sehr wichtig. Dadurch ist die Beobachtung von Telegrammen
sowie auch die zeitliche Verfolgung von Telegrammen im Kommunikationssystem,
beispielsweise für
das Nachvollziehen beim Eintreten von Fehlerereignissen, besonders
wichtig. Solche Aufzeichnungsmechanismen sind beispielsweise Statistiken über die
Nachrichten- bzw. Kommunikationsbelastung in einer Zeit einheit bzw.
zu bestimmten Zeitpunkten, die Anzahl der empfangenen bzw. gesendeten
Telegramme pro Zeiteinheit, Fehlerstatistiken, beispielsweise wie
viele fehlerhafte Telegramme in welcher Zeiteinheit aufgetreten
sind, aber z.B. auch die Menge der Durchsatzdaten.
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In einem Switch existieren einige
solcher Aufzeichnungsmechanismen. Diese können jedoch nicht derart konfiguriert
werden, dass nur ausgewählte,
benötigte
Daten aufgezeichnet werden. Dagegen wird der gesamte Datenverkehr,
der durch den entsprechenden Teilnehmer bzw. Switch fliest, aufgezeichnet,
wobei die benötigten
Daten manuell aus den entsprechenden Protokolllisten des betreffenden Switch
bzw. Teilnehmers herausgefiltert werden müssen. Speziell für Echtzeitkommunikation
ist jedoch insbesondere die individuelle Aufzeichnung von Ereignissen
bezüglich
einzelner Telegramme, also spezifischer einzelner Transaktionen,
sehr wichtig. Eine solche Aufzeichnung muss mit einem entsprechenden
Zeitstempel versehen werden, um die gewünschten Ereignisse rückverfolgen
bzw. nachvollziehen zu können.
Dadurch lassen sich Rückschlüsse hinsichtlich
der Optimierung des Datenverkehrs des Kommunikationssystems insbesondere
bei einer Echtzeitkommunikation ziehen.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Diagnoseeinheit der Teilnehmer dazu vorgesehen,
die diagnostizierten und/oder ausgewerteten und/oder aufgezeichneten Daten
zu der Kommunikationsbeziehung zwischen wenigstens zwei Teilnehmern
mit einer eindeutigen Kennung zu versehen. Für einen zyklischen Betrieb des
Kommunikationssystems besteht die eindeutige Kennung dabei mindestens
aus zwei Teilen, wobei ein Teil zur Identifizierung der Zykluskennung
und der andere Teil zur Identifizierung der Kommunikationsbeziehung
zwischen den jeweiligen Teilnehmern vorgesehen ist. Die Zykluskennung
kann dabei beispielsweise die Zahl des aktuellen Kommunikationszyklus
sein, während
die Kommunikationsbeziehung beispielsweise durch ein sogenanntes
Frame-ID eines Datentelegramms identifiziert werden kann. Selbstverständlich sind
auch andere eindeutige Kennungsalternativen möglich. Ausgewählte Datenaufzeichnungen
können
so sehr leicht identifiziert werden und bestimmten Teilnehmern,
insbesondere bestimmten Kommunikationsbeziehungen bzw. Kommunikationsverbindungen
zwischen zwei oder mehr Teilnehmern, eindeutig zugeordnet werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, ist die Diagnoseeinheit der Teilnehmer zur Diagnostizierung
und/oder zur Auswertung und/oder zur Aufzeichnung verschiedener Ereignisse,
die beim Datenaustausch zwischen wenigstens zwei Teilnehmern auftreten,
vorgesehen. Besonders vorteilhaft ist dabei die Diagnostizierung und/oder
die Auswertung und/oder die Aufzeichnung von Fehlerereignissen.
Darüber
hinaus ist es insbesondere sehr vorteilhaft, dass die Diagnoseeinheit der
Teilnehmer zur Auswahl der Art und der Anzahl der zu diagnostizierenden
und/oder auszuwertenden und/oder aufzuzeichnenden Ereignisse, insbesondere
Fehlerereignisse, sowie des zugehörigen Datenvolumens vorgesehen
ist. Darüber
hinaus ist es ebenfalls sehr vorteilhaft, dass die Diagnoseeinheit zur
portspezifischen und/oder zur kommunikationsspezifischen Diagnostizierung
und/oder Auswertung und/oder Aufzeichnung des Datenverkehrs durch
einen Teilnehmer vorgesehen ist.
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Die Diagnoseeinheit eines Teilnehmers
ist beispielsweise so konfigurierbar, dass eine Auswahl von Ereignissen
oder einzelne Ereignisse, die eine oder mehrere Kommunikationsverbindungen
zwischen zwei oder mehreren Teilnehmern betreffen, individuell aufgezeichnet
werden können.
So werden insbesondere solche Ereignisse diagnostiziert, ausgewertet
und aufgezeichnet, die sich auf Transaktionen individueller einzelner
Telegramme beziehen. So kann beispielsweise der Eintreffzeitpunkt
bestimmter einzelner Telegramme erkannt und aufgezeichnet werden.
Andere Ereignisse werden entsprechend ignoriert. Solche Ereignisse
sind beispielsweise „Empfangszeitpunkt
von Datenpaket X", „Fehler
im Datenpaket Y",
etc. Darüber
hinaus kann auch die Anzahl der Ereignisse selbst konfiguriert werden,
beispielsweise in der Art, dass nach einer bestimmten Anzahl eines
oder mehrerer diagnostizierter Ereignisse eine entsprechende Meldung
ausgegeben wird. Analog gilt dies auch für das zugehörige Datenvolumen. Selbstverständlich ist
das Diagnostizieren, Auswerten und/oder Aufzeichnen beliebiger anderer
Ereignisse ebenfalls denkbar, insbesondere auch der gesamte Datenverkehr
in einem Teilnehmer in einer vorgebbaren Zeiteinheit, bzw. auch
der Datenverkehr eines beliebigen, ausgewählten Ports eines Teilnehmers.
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Zur Analyse von Fehlersituationen
bzw. zur Rückverfolgung
von aufgetretenen Fehlern ist es besonders vorteilhaft, dass die
Diagnoseeinheiten so konfigurierbar sind, dass ausgewählte Fehlerereignisse
diagnostiziert, ausgewertet und aufgezeichnet werden. Dazu können beispielsweise
sowohl mehrere unterschiedliche Kommunikationsverbindungen bzw.
-beziehungen zwischen mehreren Teilnehmern als auch einzelne Kommunikationsverbindungen bzw.
individuelle Telegramme betrachtet werden. Fehlerereignisse sind
z.B. fehlerhafter Zeitpunkt des Eintreffens von Telegrammen, Anzahl
eingetroffener Telegramme mit fehlerhaftem Inhalt, aber auch beispielsweise
das fehlerhafte Eintreffen von individuellen bestimmten Telegrammen,
z.B. Ausbleiben des Telegramms X. Dies hat insbesondere bei echtzeitkritischen
Daten bzw. in Kommunikationssystemen mit Echtzeitanwendungen entscheidende
Bedeutung, da bei solchen Fehlerereignissen, wie z.B. das Ausbleiben
von Telegrammen oder das nicht rechtzeitige Eintreffen von Telegrammen,
die Echtzeitfähigkeit nicht
mehr gewährleistet
ist. Eine Analyse insbesondere solcher Fehlerereignisse ist daher äußerst wichtig.
Auch die Diagnostizierung, Auswertung und Speicherung von Fehlerereignissen
ist selbstverständlich portspezifisch
und kommunikationsspezifisch möglich.
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Durch eine solche gezielte Diagnose
von beispielsweise ausgewählten
Kommunikationsbeziehungen kann die Menge der aufzuzeichnenden Informationen
bzw. Daten erheblich reduziert wer den. Dadurch vereinfacht sich
entsprechend die Auswertung der Daten ebenfalls. Darüber hinaus
kann die Auswahl der zu diagnostizierenden und/oder aufzuzeichnenden
Daten sehr schnell und leicht durch eine entsprechende Konfiguration
der betroffenen Diagnoseeinheiten an eventuell geänderte Randbedingungen
angepasst werden. So ist es beispielsweise aufgrund einer eingetroffenen
Fehlersituation sehr schnell und leicht möglich, zusätzlich zu den bereits aufzuzeichnenden
Ereignissen, Ereignisse, die mit einem bestimmten gewünschten
Telegramm korreliert sind, gesondert aufzuzeichnen. Desgleichen kann
die aufzuzeichnende Datenmenge reduziert werden, falls die Aufzeichnung
bestimmter Ereignisse nicht mehr notwendig erscheint.
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Nach einer besonders bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung ist wenigstens ein weiterer Teilnehmer vorgesehen,
der als zentrale Diagnosestation ausgebildet ist, wobei die zentrale
Diagnosestation Mittel zur Auswahl der zu diagnostizierenden und/oder
auszuwertenden und/oder aufzuzeichnenden Daten und Mittel zur entsprechenden
Konfigurierung der jeweiligen Diagnoseeinheiten der übrigen Teilnehmer
aufweist. Da in einem erfindungsgemäßen Kommunikationssystem in
jedem Netzknoten wenigstens eine Diagnoseeinheit integriert ist,
die Mittel zur Diagnostizierung und/oder Auswertung und/oder Aufzeichnung
von Daten aufweist, die zu insbesondere individuellen Kommunikationsbeziehungen
bzw. -verbindungen zwischen wenigstens zwei Teilnehmern gehören, und
die Teilnehmer in einem Kommunikationssystem naturgemäß miteinander
kommunizieren können,
kann eine solche erfindungsgemäße zentrale
Diagnosestation mit allen Teilnehmern und damit mit allen Diagnoseeinheiten in
Verbindung treten und den Diagnoseeinheiten der jeweiligen Teilnehmer
entsprechende Informationen und/oder Instruktionen übermitteln.
Insbesondere beim Einsatz eines erfindungsgemäßen Kommunikationssystems im
Echtzeitanwendungsbereich, bei der der Kommunikationsverkehr innerhalb
des Kommunikationssystems aller Teilnehmer untereinander entsprechend
vorgeplant ist, um die Echtzeitbedingungen einzu halten, sind die
Kennung der Daten und alle Netzknoten, die von diesen durchlaufen
werden, bekannt. Bei der Planung eines solchen Echtzeitdatenverkehrs
im Voraus wird in der Regel im Automatisierungsbereich auf ein so
genanntes Projektierungstool zurückgegriffen,
welches insbesondere auch Teil der zentralen Diagnosestation ist,
oder diese umfasst. Die Auswahl der aufzuzeichnenden bzw. zu diagnostizierenden
Ereignisse, insbesondere Fehlerereignisse, kann dann beispielsweise
durch manuelle Kennzeichnung durch einen Anwender aber auch automatisch
durch das Projektierungstool, und damit der zentralen Diagnosestation
selbst erfolgen. Anhand der so ausgewählten relevanten Ereignisse
ermittelt bzw. kennt die zentrale Diagnosestation die Kennung der
Daten und alle Knoten, die von diesen durchlaufen werden. Die zentrale
Diagnosestation erzeugt auf Basis dieser Informationen die entsprechenden
Konfigurationsinformationen und sendet diese an alle betroffenen
Teilnehmer bzw. Netzknoten, die die integrierten Diagnoseeinheiten
der Netzknoten bzw. Kommunikationsteilnehmer entsprechend konfigurieren,
um die zu diagnostizierenden und aufzuzeichnenden Daten zu erhalten.
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Es ist auch denkbar, dass das Projektierungstool
nicht in dem als zentrale Diagnosestation ausgebildeten Teilnehmer
integriert ist. In diesem Fall müssen
die entsprechenden Konfigurationsinformationen vom Projektierungstool
auf die zentrale Diagnosestation übermittelt werden. Dies ist
beispielsweise per Datenaustausch mittels Infrarotschnittstelle
oder Funkverbindung denkbar, jedoch ist auch ein Datentransfer über Disketten
möglich.
Weitere übliche Übertragungswege
sind selbstverständlich
ebenfalls möglich.
Eine andere Alternative zur Konfigurierung der einzelnen Diagnoseeinheiten
der Teilnehmer besteht darin, dass die zentrale Diagnosestation über Broadcast-Mechanismen
allen Knoten des Netzwerks mitteilt, beispielsweise welche Kommunikationsverbindungen
bzw. Telegramme überwacht
werden sollen. Jeder Netzknoten prüft daraufhin anhand seiner
aktuellen Projektierung, ob er Sender, Empfänger oder Durchleiter betroffener
Telegramme ist und stellt seine Diagnoseeinheiten entsprechend ein.
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Durch die Realisierung einer solchen
zentralen Diagnosestation ist eine Verteilung von mehreren Analysatoren
im Netzwerk überflüssig, was
sowohl eine Kosten- als auch eine Zeitersparnis bedeutet. Des Weiteren
muss die Topologie eines Netzwerks nicht mehr verändert werden,
was ansonsten immer dann notwendig ist, wenn ein zusätzlicher
Analysator in eine Strecke eingeschleift werden muss. Des Weiteren
liegen die entsprechenden Diagnoseinformationen unabhängig von
der zentralen Diagnosestation immer vor, wodurch eine Fehleranalyse
im Nachhinein möglich
wird. Falls die Konfigurierung über Broadcast-Mechanismen
gewählt
wird, muss der Weg eines Telegramms durch ein Netzwerk auch nicht
bekannt sein, da die entsprechenden Netzknoten eine Überprüfung der
zu überwachenden
und gegebenenfalls aufzuzeichnenden Diagnosedaten selbst übernehmen.
Durch eine solche gezielte Diagnose von Kommunikationsbeziehungen
kann die Menge der aufzuzeichnenden Informationen reduziert werden.
Die Auswertung der Daten vereinfacht sich somit signifikant. Des
Weiteren werden die Anforderungen an die Ressourcen der Netzknoten
wesentlich reduziert. Die Ausführung
einer solchen zentralen Diagnosestation ist dabei auch in der Form möglich, dass
die zentrale Diagnosestation mobil ausgeführt ist, d.h., dass die zentrale
Diagnosestation sich zu einem beliebigen Zeitpunkt an das Kommunikationsnetz
anschließen
und entsprechend einwählen
kann und nicht notwendigerweise permanent am Kommunikationssystem
angeschlossen sein muss. Somit ist auch ein beliebiger remote-Zugriff
auf die entsprechenden Diagnoseinformationen sehr leicht und flexibel
möglich.
Entsprechende Ausführungen
mit einem Notebook sind denkbar und möglich. Auch ein Einwählen über eine
geeignete Funkanbindung ist selbstverständlich möglich.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die zentrale Diagnosestation zur Abrufung und/oder
Auswertung der, durch die jeweiligen Diagnoseeinheiten der übri gen Teilnehmer
des Kommunikationssystems aufgezeichneten Daten vorgesehen. Die
diagnostizierten Daten werden in den einzelnen Netzknoten von den
in den jeweiligen Teilnehmer integrierten Diagnoseeinheiten überwacht,
gegebenenfalls in einem so genannten Zwischenpuffer gespeichert
und anschließend
in einen weiteren Speicher des Teilnehmers transferiert. Von dort
aus können
sie sehr leicht von der zentralen Diagnosestation abgerufen werden
und innerhalb der zentralen Diagnosestation online ausgewertet werden.
Darüber
hinaus kann die zentrale Diagnosestation nach dem Abrufen der Diagnosedaten
aus den einzelnen Diagnoseeinheiten auch vom Kommunikationssystem
abgekoppelt werden. Eine entsprechende Auswertung der abgerufenen
Informationen kann offline auf dem Gerät selbst erfolgen. Sind als
Ergebnis dieser Auswertungen neue bzw. andere Diagnoseinformationen
notwendig, können
in beiden Fällen
die Diagnoseeinheiten der einzelnen Netzknoten unmittelbar neu konfiguriert
werden, um sofort andere Diagnosedaten zu liefern.
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Das Kommunikationssystem kann vorteilhafterweise
selbst ein Automatisierungssystem darstellen, es kann jedoch auch
in Automatisierungssystemen, insbesondere bei Verpackungsmaschinen, Pressen,
Kunststoffspritzmaschinen, Textilmaschinen, Druckmaschinen, Werkzeugmaschinen,
Robotern, Handlingsystemen, Holzverarbeitungsmaschinen, Glasverarbeitungsmaschinen,
Keramikverarbeitungsmaschinen sowie Hebezeugen eingesetzt bzw. verwendet
werden.
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Von besonderem Vorteil ist es auch,
wenn ein Teilnehmer in einem erfindungsgemäßen Kommunikationssystem ein
Automatisierungsgerät
ist. Ein solcher Teilnehmer kann insbesondere ein Netzknoten mit
einer integrierten Koppeleinheit sein, wobei es von besonderem Vorteil
ist, wenn die integrierte Koppeleinheit ein Realtime Ethernet Switch
ist.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand
der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben
und erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Kommunikationssystems
und
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2 ein
Beispiel für
Diagnosedaten
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1 zeigt
ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Kommunikationssystems 1.
Das gezeigte Kommunikationssystem 1 stellt beispielsweise
ein verteiltes, echtzeitfähiges
Automatisierungssystem dar. Das vorliegende Kommunikationssystem 1 ist
darüber
hinaus ein geschaltetes Kommunikationsnetz, wobei es sich um ein
Realtime Ethernet-System
handelt. Das vorliegende Kommunikationssystem 1 ist ein
zyklisch arbeitendes System d.h. eine Datenübertragung in einem oder mehreren Übertragungszyklen
stattfindet.
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Das gezeigte Kommunikationssystem
besteht aus mehreren Teilnehmern, die gleichzeitig sowohl als Sender
als auch als Empfänger
ausgeprägt sein
können.
Insbesondere besteht das Kommunikationssystem 1 aus einem
ersten Teilnehmer 2, einem zweiten Teilnehmer 3,
sowie weiteren Teilnehmern 17, 18, 19, 20, 21,
die beispielsweise als Rechner und/oder Automatisierungsgeräte, z.B.
als Antriebe, ausgeführt
sein können.
Jeder der Teilnehmer des Kommunikationssystems 1 weist
eine zugehörige Koppeleinheit
auf, die im folgenden auch als Switch bezeichnet wird. Die Koppeleinheiten
dienen zum Senden und/oder zum Empfangen und/oder zur Weiterleitung
der zu übertragenden
Daten. Die abgebildeten Koppeleinheiten bzw. Switches sind bevorzugt als
Realtime Ethernet Switches ausgebildet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden nur
die Switches 5, 6 des ersten bzw. des zweiten
Teilnehmers, sowie der Switch 16 des Teilnehmers 20 bezeichnet. Bei
allen Teilnehmern ist der zugehörige
Switch beispielhaft in den jeweiligen Teilnehmer integriert. Ein Teilnehmer
ist als zentrale Diagnosestation 13 ausgebildet. Die zentrale
Diagnosestation 13 kann beispielsweise auch in einen Steuerungsrechner
eines Automatisierungssystems integriert sein. Die Verbindung der
Teilnehmer untereinander ist durch Kommunikationsverbindungen gewährleistet,
von denen der Übersichtlichkeit
halber nur die Verbindung zwischen Teilnehmer 2 und Teilnehmer 3 durch
die Kommunikationsverbindungen 4a, 4b, 4c und 4d bezeichnet
sind. Die Teilnehmer werden auch als Netzknoten bezeichnet.
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Jeder der Switches weist mehrere
Ports auf, die der Übersichtlichkeit
halber nicht gezeigt und auch nicht bezeichnet wurden. Die Kommunikationsverbindungen,
die jeweils in bzw. an einem Switch enden, symbolisieren die verschiedenen
Ports. Jede der vorliegenden Switches weist erfindungsgemäß wenigstens
eine Diagnoseeinheit auf, von denen der Übersichtlichkeit halber nur
die Diagnoseeinheit 7 des ersten Teilnehmers 2,
die Diagnoseeinheit 8 des zweiten Teilnehmers 3 sowie
die Diagnoseeinheit 15 des Teilnehmers 20 bezeichnet
wurden. Eine solche Diagnoseeinheit ist zur Diagnose von Daten vorgesehen,
die den Datenaustausch zwischen Netzteilnehmern, beispielsweise
zwischen dem ersten Teilnehmer 2 und dem zweiten Teilnehmer 3 betreffen.
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Die Diagnoseeinheiten sind so konfigurierbar,
insbesondere durch die zentrale Diagnosestation 13, dass
jeweils nur eine vorgebbare Auswahl von Ereignissen, insbesondere
Fehlerereignisse, die die Kommunikationsverbindungen zwischen Teilnehmern
betreffen, beispielsweise Transaktionen einzelner Telegramme, individuell
diagnostiziert, ausgewertet und aufgezeichnet werden können. Andere Ereignisse
werden entsprechend ignoriert. Solche auszuwählende Ereignisse sind beispielsweise „Empfangszeitpunkt
von Datenpaket X im Teilnehmer 2'', „fehlerhafter
Zeitpunkt des Eintreffens von Telegramm Y im Teilnehmer 3'', etc. Selbstverständlich ist das
Diagnostizieren, Auswerten und/oder Aufzeichnen beliebiger anderer
Ereig nisse ebenfalls denkbar, insbesondere auch die Aufzeichnung
des gesamten Datenverkehrs von beispielsweise Teilnehmer 3 in
einer vorgebbaren Zeiteinheit. Durch eine solche gezielte Diagnose
von Kommunikationsbeziehungen kann die Menge der aufzuzeichnenden
Informationen reduziert werden. Die Auswertung der Daten vereinfacht
sich somit signifikant. Des Weiteren werden die Anforderungen an
die Ressourcen der Netzknoten wesentlich reduziert.
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Bei den Netzteilnehmern wurden teilweise mehrere
Diagnoseeinheiten je Teilnehmer dargestellt, aber nicht bezeichnet.
Zur Darstellung, dass die in den jeweiligen Netzteilnehmern, bzw.
Switches integrierten Diagnoseeinheiten portspezifisch Daten diagnostizieren
bzw. auswerten bzw. aufzeichnen, wurde je eine Diagnoseeinheit pro
eingehender bzw. abgehender Kommunikationsverbindung dargestellt. Bevorzugt
ist die jeweilige Diagnoseeinheit so ausgeführt, dass nur eine einzige
Diagnoseeinheit in dem entsprechenden Teilnehmer bzw. Switch integriert
ist, wobei jeder Port des entsprechenden Switch bzw. Netzteilnehmers
separat diagnostiziert werden kann. Die entsprechenden Netzteilnehmer
können
jedoch bei Bedarf auch mehrere Diagnoseeinheiten aufweisen.
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Jede der Diagnoseeinheiten ist mit
wenigstens einer Auswerteeinheit, die zur Auswertung der diagnostizierten
Daten vorgesehen ist, und wenigstens einem Pufferspeicher ausgestattet.
Der Übersichtlichkeit
halber wurden nur bei den Diagnoseeinheiten 7 bzw. 8 der
Teilnehmer 2 bzw. 3 die entsprechenden Auswerteeinheiten 9 bzw. 10 sowie
die Pufferspeicher 11 bzw. 12 dargestellt. Auf
die Darstellung und Bezeichnung der Auswerteeinheiten bzw. Pufferspeicher
in den übrigen
Diagnoseeinheiten wurde aus Übersichtlichkeitsgründen verzichtet.
Die Pufferspeicher 11, 12 sind zur Zwischenspeicherung der
diagnostizierten Daten beispielweise der Daten vorgesehen, die vom
ersten Teilnehmer 2 an den zweiten Teilnehmer 3 gesendet
werden oder auch umgekehrt. Vor der Zwischenspeicherung werden die
diagnostizierten Daten ggf. in den entsprechenden Auswerteeinheiten 9, 10 ausgewertet.
Die zwischengespeicherten Daten werden anschließend beispielsweise in einen
Speicher der entsprechenden Teilnehmer transferiert, von wo aus
sie zu einem beliebigen, insbesondere auch späteren Zeitpunkt beispielsweise
von der zentralen Diagnosestation 13 abgerufen und zentral
ausgewertet werden. Die Diagnoseinformationen liegen also permanent
in den Speichern der Teilnehmer vor, wodurch eine Fehleranalyse
auch im Nachhinein möglich
ist.
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Die zentrale Diagnosestation 13 ist über die Kommunikationsverbindung 14 beispielsweise
mit dem im Teilnehmer 20 integrierten Switch 16,
genauer mit der, im Switch 16 integrierten Diagnoseeinheit 15 verbunden
und auf diese Weise Teilnehmer des Kommunikationsnetzes 1.
Die zentrale Diagnosestation 13 kann als Netzteilnehmer
auf alle anderen Teilnehmer zugreifen. Sie ist darüber hinaus
so ausgebildet, dass sie die Diagnoseeinheiten der übrigen Teilnehmer
konfigurieren, die Daten der Diagnoseeinheiten der übrigen Teilnehmer,
die beispielsweise in den Pufferspeichern bzw. in anderen Speichern
der Teilnehmer selbst zwischengespeichert wurden bzw. ggf. ausgewertet
wurden, abrufen und separat auswerten kann, d.h., dadurch ist eine
zentrale Diagnose des Kommunikationssystems 1 durch die
zentrale Diagnosestation 13 möglich. Die Auswertung der auf diese
Weise abgerufenen Diagnosedaten kann innerhalb der zentralen Diagnosestation 13 online
erfolgen. Die zentrale Diagnosestation 13 kann nach dem
Abrufen der Diagnosedaten aus den einzelnen Diagnoseeinheiten aber
auch vom Kommunikationssystem 1 abgekoppelt und die entsprechende
Auswertung offline erfolgen. Sind als Ergebnis dieser Auswertungen
neue bzw. andere Diagnoseinformationen notwendig, können in
beiden Fällen
die Diagnoseeinheiten der einzelnen Netzknoten unmittelbar neu konfiguriert
werden, um sofort andere Diagnosedaten zu liefern.
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Insbesondere bei einem, wie hier
gezeigten verteilten, echtzeitkritischen Automatisierungssystem
ist die Kommunikation aller Teilnehmer untereinander entsprechend
vorgeplant, um die Echtzeitbedingungen einzuhalten. Dadurch sind
die Kennungen der Daten sowie alle Netzknoten, bzw. Teilnehmer, die
von diesen durchlaufen werden, bekannt. Bei der Planung eines solchen
Echtzeitdatenverkehrs im Voraus wird in der Regel im Automatisierungsbereich auf
ein so genanntes Projektierungstool zurückgegriffen, welches bevorzugt
Teil der zentralen Diagnosestation 13 ist. Die Auswahl
der aufzuzeichnenden bzw. zu diagnostizierenden Ereignisse, insbesondere der
Fehlerereignisse, kann beispielsweise durch manuelle Kennzeichnung
durch einen Anwender aber auch durch eine automatische Auswahl durch
das Projektierungstool, und damit der zentralen Diagnosestation 13 selbst
erfolgen. Anhand der so ausgewählten,
relevanten Ereignisse erzeugt die zentrale Diagnosestation 13 die
entsprechenden Konfigurationsinformationen und sendet diese an alle
betroffenen Teilnehmer bzw. Netzknoten beispielsweise Teilnehmer 2 bzw. 3,
die die integrierten Diagnoseeinheiten 5 bzw. 6 so
konfigurieren, um die gewünschten Diagnosedaten
zu erhalten.
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Es ist auch denkbar, dass das Projektierungstool
nicht in der zentralen Diagnosestation 13 integriert ist.
In diesem Fall müssen
die entsprechenden Konfigurationsinformationen vom Projektierungstool
auf die zentrale Diagnosestation 13 übermittelt werden. Dies ist
beispielsweise per Datenaustausch mittels Infrarotschnittstelle
oder Funkverbindung denkbar, jedoch ist auch ein Datentransfer über Disketten
möglich.
Weitere übliche Übertragungswege
sind selbstverständlich
ebenfalls möglich.
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Eine andere Alternative zur Konfigurierung der
einzelnen Diagnoseeinheiten der Teilnehmer besteht darin, dass die
zentrale Diagnosestation über Broadcast-Mechanismen
allen Knoten des Netzwerks mitteilt, beispielsweise die Kommunikation zwischen
Teilnehmer 2 und 3 zu überwachen. Jeder Netzknoten
prüft daraufhin
anhand seiner aktuellen Projektierung, ob er Sender, Empfänger oder
Durchleiter betroffener Telegramme ist und stellt seine Diagnoseeinheiten
entsprechend ein. In die sem Fall wären die Teilnehmer 17, 18 und 19 als
Durchleiter und die Teilnehmer 2, 3 sowohl als
Sender als auch als Empfänger
betroffen. Die anderen Teilnehmer 20, 21 wären davon
nicht betroffen.
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Die Ausführung der zentrale Diagnosestation 13 ist
dabei auch als mobile Station beispielsweise als Notebook möglich, d.h.,
dass die zentrale Diagnosestation 13 sich zu einem beliebigen
Zeitpunkt an einen beliebigen Teilnehmer des Kommunikationsnetzes 1 anschließen und
somit in das Kommunikationsnetz 1 einwählen kann und nicht notwendigerweise permanent
am Kommunikationssystem 1 angeschlossen sein muss. Somit
ist auch ein beliebiger remote-Zugriff insbesondere zu einem beliebigen
späteren
Zeitpunkt auf die entsprechenden Diagnoseinformationen der einzelnen
Netzteilnehmer sehr leicht, flexibel und zentral möglich. Das
Einwählen über eine
geeignete Funkanbindung ist selbstverständlich ebenfalls möglich.
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Durch die Realisierung einer solchen
zentralen Diagnosestation 13 ist eine Verteilung von mehreren
Analysatoren im Netzwerk überflüssig, was
sowohl eine Kosten- als auch eine Zeitersparnis bedeutet. Des Weiteren
muss die Topologie eines Netzwerks nicht mehr verändert werden,
was ansonsten immer dann notwendig ist, wenn ein zusätzlicher Analysator
in eine Strecke eingeschleift werden muss. Falls die Konfigurierung über Broadcast-Mechanismen
gewählt
wird, muss der Weg eines Telegramms durch ein Netzwerk auch nicht
bekannt sein, da die entsprechenden Netzknoten eine Überprüfung der
zu überwachenden
und gegebenenfalls aufzuzeichnenden Diagnosedaten selbst übernehmen.
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2 zeigt
einen Auszug einer beispielhaften Darstellung von Diagnosedaten
in der zentralen Diagnosestation 13 in Form einer Tabelle
29. In dem hier gezeigten Beispiel sollte beispielsweise der Datenverkehr
zwischen den Teilnehmern 2 und 3 aus 1 im Zeitintervall 0.00
bis 1.00 einer beliebigen Zeiteinheit auf Eintreten beliebiger Ereignisse überwacht
werden.
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In der ersten Spalte 22 der
Tabelle 29 sind die Zeitpunkte aufgelistet, zu denen ein Ereignis
in dem relevanten Zeitintervall eingetreten ist. Um die aufgezeichneten
Ereignisse eindeutig einer bestimmten Kommunikationsbeziehung zwischen
beispielsweise zwei Teilnehmern zuordnen zu können, versehen die Diagnoseeinheiten
der Teilnehmer die diagnostizierten bzw. aufgezeichneten Ereignisse
erfindungsgemäß mit einer
eindeutigen Kennung. Für
einen zyklischen Betrieb des beispielhaften Kommunikationssystems 1 aus 1 besteht die eindeutige Kennung
dabei beispielsweise aus zwei Teilen, wobei ein Teil beispielsweise
den Kommunikationszyklus und der andere Teil die Kommunikationsbeziehung
zwischen den beteiligten Teilnehmern, beispielsweise Teilnehmer 2 und 3,
also den Sender bzw. Empfänger
kennzeichnet. In der zweiten Spalte 23 der Tabelle 29 ist
deshalb bei jedem aufgezeichneten Ereignis der entsprechende Kommunikationszyklus
aufgeführt,
in dem das Ereignis eingetreten ist. In der dritten Spalte 24 ist
mittels einer sogenannten Frame-ID eindeutig der Sender des betreffenden
Datenpakets und gleichzeitig der zugehörige Empfänger identifizierbar. Im vorliegenden
Beispiel ist anhand der beispielhaften Frame-ID „234" eindeutig beispielsweise Teilnehmer 2 als
Sender und Teilnehmer 3 als Empfänger der gesendeten Daten identifizierbar.
In der vierten Spalte 25 der Tabelle 29 wird schließlich der
Weg des Datenpakets über
alle Zwischenstationen bis zum Empfänger einschließlich des
jeweiligen Status des gesendeten Datenpakets aufgelistet. In der
fünften
Spalte 26 wird das Eintreffen des Datenpakets beim Empfänger dokumentiert.
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Im vorliegenden Beispiel sind also
im relevanten Zeitintervall zwei Ereignisse eingetreten, die die
Kommunikationsbeziehung zwischen Teilnehmer 2 als Sender
und Teilnehmer 3 als Empfänger betreffen. Das erste Ereignis
ist in der ersten Zeile 27 der Tabelle 29 aufgelistet,
und zeigt dass ein Da tenpaket im Kommunikationszyklus „016" vom Teilnehmer 2 über Teilnehmer 17,
Teilnehmer 18 und Teilnehmer 19 völlig korrekt
an Teilnehmer 3 gesendet und von diesem zum Zeitpunkt „0.12" empfangen wurde.
Das zweite beispielhafte Ereignis ist in der zweiten Zeile 28 der
Tabelle 29 aufgelistet, und zeigt dass ein Datenpaket im Kommunikationszyklus „105" vom Teilnehmer 2 an
Teilnehmer 17 korrekt weitergeleitet wurde, jedoch beim
Weitersenden des Datenpakets auf dem Weg zu Teilnehmer 18 ein
Fehler auf der Leitung vorlag (CRC – cyclical redundancy check;
Prüfsummencheck),
sodass das Datenpaket nicht oder nur fehlerhaft von Teilnehmer 18 empfangen
werden konnte und infolgedessen nicht zum richtigen Empfänger, Teilnehmer 3,
gelangen konnte.
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Durch eine solche gezielte Diagnose
von ausgewählten
Kommunikationsbeziehungen kann die Menge der aufzuzeichnenden Informationen
bzw. Daten erheblich reduziert werden. Dadurch vereinfacht sich
die Auswertung der Daten ebenfalls entsprechend. Darüber hinaus
kann die Auswahl der zu diagnostizierenden und/oder aufzuzeichnenden
Daten sehr schnell und leicht durch eine entsprechende Konfiguration
der betroffenen Diagnoseeinheiten an eventuell geänderte Randbedingungen
angepasst werden. So ist es beispielsweise aufgrund einer eingetroffenen
Fehlersituation sehr schnell und leicht möglich, zusätzlich zu den bereits aufzuzeichnenden Ereignissen,
Ereignisse, die mit einem bestimmten gewünschten Telegramm korreliert
sind, gesondert aufzuzeichnen. Desgleichen kann die aufzuzeichnende
Datenmenge reduziert werden, falls die Aufzeichnung bestimmter Ereignisse
nicht mehr notwendig erscheint.
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Zusammengefasst betrifft die Erfindung
ein verteiltes Kommunikationssystem 1, insbesondere ein
echtzeitkritisches, zyklisches Realtime Ethernet System in der Automatisierungstechnik,
mit mehreren Teilnehmern, von denen jeder mit wenigstens einer Diagnoseeinheit 7, 8, 15 zur
Diagnose und Aufzeichnung von Daten, die den Datenaustausch von Teilnehmern
betreffen, ausgestattet ist, und einem weiteren Teilnehmer, der
als zentrale Diagnosestation 13 ausgebildet ist, wobei
die zentrale Diagnosestation 13 eine zentrale Diagnose
des gesamten Kommunikationssystems 1 durch Konfigurierung
der Diagnoseeinheiten 7, 8, 15 der Teilnehmer
sowie Abrufung und Auswertung der aufgezeichneten Diagnosedaten
durch die Diagnoseeinheiten 7, 8, 15 der Teilnehmer
durchführt.