Znajomość struktury sieci przemysłowej czyli urządzeń w niej występujących, sposobu w jaki poszczególne urządzenia są ze sobą połączone itp.  jest niezwykle istotna zwłaszcza dla administratorów tej sieci i przede wszystkim służb utrzymania ruchu. Wiedza ta jest niezbędna do szybkiej lokalizacji urządzeń w których wystąpiła awaria, odpowiedniego ich diagnozowania i sprawnej wymiany.

Często dużym problemem dla inżynierów utrzymania ruchu jest dostępność odpowiedniej dokumentacji struktury sieci oraz bieżąca jej aktualizacja w przypadku wprowadzanych zmianach w topologii urządzeń.

Dlatego też ważnym i dużym ułatwieniem stał się opracowany przez IEEE (ang. Institute of  Electricaland Electronics Engineers) i opisany w IEEE 802.1AB mechanizm automatycznego rozpoznania topologii dowolnej sieci w postaci protokołu LLDP.

Czym w praktyce jest  LLDP (Link Layer Discovery Protocol)?

Każde urządzenie ethernetowe spełniające standard IEEE802, które ma włączoną usługę (aktywnego agenta) LLDP wysyła co określony czas (zwykle kilkanaście sekund) komunikat do wszystkich sąsiednich urządzeń. Komunikat w postaci specjalnej ramki danych zawiera sieciowe informacje identyfikujące takie jak adres MAC (Media Access Control), adres IP, opis urządzenia, numer portu z którego taka ramka została wysłana – w przypadku switchy również numer portu którym była dostarczona – oraz wiele innych. Dane te przesyłane są następne przez wszystkie urządzenia występujące w sieci a następnie gromadzone w odpowiedniej tabeli danych zwanej MIB (Discovery Management Information Base). Informacje z tabeli MIB można odczytać za pomocą popularnego i powszechnie znanego w ethernecie protokołu Simple Network Management Protocol (SNMP) a w przypadku ethernetu przemysłowego również za pośrednictwem acyklicznego odczytu rekordów komunikacji Profinet.

Tak uzyskane informacje mogą zostać np. zobrazowane za pomocą wielu diagnostycznych narzędzi sieciowych i odwzorowane w postaci graficznej topologii sieci. Poniżej przykładowy widok takiej topologii wykonany za pomocą oprogramowania diagnostycznego z oferty Phoenix Contact.

Warto zaznaczyć, że w przeciwieństwie do tradycyjnych urządzeń ethernetowych, wszystkie urządzenia Profinet (ang. Profinet Devices) standardowo obsługują protokół Link Layer Discovery zdefiniowany w standardzie IEEE 802.1AB. Niesie to ze sobą bardzo wiele korzyści nie tylko w momencie uruchamiania i konfiguracji urządzeń. Inżynierowie utrzymania ruchu docenią tę zaletę zwłaszcza w przypadku awarii urządzeń Profinetowych nie tylko ze względu na możliwość bardzo szybkiej diagnozy i łatwej lokalizacji uszkodzonego modułu ale przede wszystkim ze względu na możliwość wymiany urządzenia sieciowego bez konieczności jego konfiguracji czy też adresacji.

Jak  LLDP działa z Profinetem?

Otóż na etapie konfiguracji i uruchomienia sieci Profinet urządzenia wymieniają między sobą komunikaty LLDP, dzięki czemu informacje o właściwej topologii sieci zostaje pobrana i zapisana do sterownika PLC pełniącego funkcję kontrolera Profinetu. Jeśli później podczas normalnej pracy zostaną wykryte jakiekolwiek zmiany w tej topologii np. podłączone do portów przewody zostaną zamienione, któreś z urządzeń ulegnie uszkodzeniu lub zostanie odłączone poprzez np. przerwany przewód komunikacyjny itp. to wówczas kontroler natychmiast zgłosi odpowiedni alarm i postąpi zgodnie z zaprogramowaną procedurą jego obsługi. Może np. wyświetlić stosowny komunikat informujący o uszkodzeniu konkretnego urządzenia lub zatrzymać cały proces.

Ale to nie wszystko. Przeanalizujmy przykładową, poniższą aplikację:

• Sterownik AXC 1050 pracuje w tej aplikacji jako kontroler profinetu i cyklicznie komunikuje się z pozostałymi trzema urządzeniami I/O za pomocą tego protokołu.
• Użyty w aplikacji switch ethernetowy posiada usługę LLDP.

Jak już wspomniano wszystkie użyte w aplikacji urządzenia profinetowe usługę LLDP mają w standardzie.

Dzięki temu kontroler AXC 1050 od momentu początkowej konfiguracji zna prawidłową i oczekiwaną topologię sieci i może ją na bieżąco weryfikować. Przypuśćmy teraz, że urządzenie nr 3 (połączone do urządzenia nr 2 tego samego typu) uległo jakiemuś nieoczekiwanemu uszkodzeniu. Sterownik PLC stracił komunikację z tym urządzeniem, zatrzymał proces, wyświetlił stosowny komunikat na panelu operatorskim HMI. Wezwani inżynierowie utrzymania ruchu po szybkiej diagnozie zdecydowali się na wymianę urządzenia aby jak najszybciej przywrócić ciągłość procesu. Ale jak to szybko zrobić nie mając informacji o konfiguracji sieciowej wymienianego modułu, czyli jego nazwie, adresie IP, itp. ?

Otóż w przypadku Profinetu i wspomnianej obsłudze LLDP taka konfiguracja nie jest nam w ogóle potrzebna.

Wystarczy odłączyć uszkodzone urządzenie, w jego miejsce wstawić nowe urządzenie tego samego typu, podłączyć przewód komunikacyjny oraz zasilający i gotowe!

Po kilku sekundach wszystko działa! Sterownik PLC przechowujący domyślną, prawidłową topologię sieci profinetowej wykryje, że w prawidłowym miejscu topologii  znajduje się prawidłowe urządzenie które z jakichś powodów nie ma sieciowej konfiguracji (nazwy oraz adresu IP) więc wyśle do niego odpowiedni pakiet informacji konfigurujących. Kilkanaście sekund i awaria usunięta. Prawda, że proste!

Dowiedz się więcej o Profinecie i zobaczyć działanie LLDP w praktyce, na szkoleniu:

Podstawy komunikacji PROFINET I/O

• Zdobędziesz podstawową wiedzę teoretyczną i praktyczną z zakresu realizacji komunikacji PROFINET I/O w środowisku przemysłowym.
• Będziesz potrafił dobrać odpowiednie urządzenia, skonfigurować je, zaprogramować oraz zdiagnozować ich poprawne działanie

Szkolenie jest bezpłatne. Ze względu na ograniczoną ilość miejsc obowiązuje rejestracja uczestników.

Do zobaczenia!

Autor:

Tomasz Salamon – Ekspert ds. Wsparcia Technicznego