Phoenix Contact FL Switch 2000 EtherNet/IP csomópont kiesés: Diagnózis és javítás Schneider M580 hálózatokhoz

A probléma: Véletlenszerű csomópont-kiesések rontják a termelés rendelkezésre állását

Egy Schneider Modicon M580 PAC minden 4–8 órában elveszíti az EtherNet/IP kapcsolatot a távoli I/O csomópontokkal egy Phoenix Contact FL Switch 2000 menedzselt hálózaton. Először is, az M580 CPU naplója „Connection Timeout” üzenetet mutat bizonyos I/O rack IP-címeknél szabálytalan időközönként. Másodszor, a kiesés 2–12 másodpercig tart, majd a kapcsolat automatikusan helyreáll. Ráadásul a gyár DCS rendszere a kiesett I/O-t folyamat hibaként rögzíti, ami felesleges riasztásokat és kezelői beavatkozásokat vált ki. Ennek következtében a termelősor műszakonként 3–5 alkalommal áll le egy olyan problémára, amelynek nem lenne szabad előfordulnia egy menedzselt ipari Ethernet hálózaton.

A legtöbb mérnök először a PLC-t hibáztatja. Azonban a véletlenszerű EtherNet/IP kiesések egy megfelelően konfigurált M580 esetén mindig az 1. vagy 2. réteg hálózati problémáira vezethetők vissza: CRC hibák rossz kábelek miatt, duplex eltérés, spanning tree újrakonvergencia vagy a CIP implicit üzenetek QoS éhezése. Ez az útmutató a Phoenix Contact FL Switch 2000 beépített diagnosztikai eszközeinek használatával mutatja be a szisztematikus hibakeresést. A BMENOC0311 Schneider Modicon M580 hálózati modul és a kapcsolódó M580 hardverek részleteiért tekintse meg termékkatalógusunkat.

1. lépés: Olvassa le a switch port statisztikákat minden más előtt

Először nyissa meg a Phoenix Contact FL Switch 2000 webes felületét a menedzsment IP-címén (alapértelmezett: 192.168.1.254). Navigáljon a Diagnostics → Port Statistics menüponthoz. Másodszor, ellenőrizze a CRC Error Count és Collision Count értékeket minden aktív portnál. Bármely 100 Mbps porton 0,01% feletti CRC hibaarány fizikai réteg problémára utal: sérült RJ45 csatlakozó, 100 méternél hosszabb kábel vagy hibás transceiver.

• 1. lépés: Rögzítse az alap CRC hibaszámokat a műszak elején.
• 2. lépés: Rögzítse újra a számokat az első kiesés után.
• 3. lépés: Számolja ki a hibák különbségét. Bármely port, amely 10 perc alatt több mint 500 CRC hibát mutat, azonnali kábelcserét igényel.
• 4. lépés: Ellenőrizze az Input Discards értéket. Ha nem nulla, az azt jelenti, hogy a switch puffer túlcsordul a forgalmi csúcsok alatt. Ez CIP implicit csomagvesztést okoz CRC hiba nélkül.

Továbbá használja az FL Switch 2000 LLDP (Link Layer Discovery Protocol) tábláját annak ellenőrzésére, hogy minden csatlakoztatott eszköz látható-e a helyes MAC címmel és portsebességgel. Egy hiányzó LLDP szomszéd bejegyzés azt jelenti, hogy a kapcsolat fizikailag legalább egyszer megszakadt a rendszerindítás óta. Exportálja az LLDP táblát SNMP MIB OID 1.0.8802.1.1.2 segítségével, és hasonlítsa össze a hálózati diagrammal. Hasonló LLDP és SNMP képességekkel rendelkező menedzselt ipari Ethernet switch esetén tekintse meg a TCSESM083F23F0 Schneider Ethernet TCP/IP menedzselt switch terméket.

Duplex eltérés: a csendes CIP gyilkos

A duplex eltérés a Phoenix Contact FL Switch 2000 portja, amely Auto-Negotiate üzemmódban van, és egy Schneider Modicon M580 BME NOC 0311 Ethernet modul között, amely 100 Mbps Full-Duplex-re van kényszerítve, időszakos késői ütközéseket okoz. Először is, a switch oldala full-duplex kapcsolatot lát, és soha nem érzékeli az ütközéseket. Másodszor, az M580 NOC modul ütközéseket észlel, mert a switch kereteket küld azokon az időablakokon belül, amelyeket a NOC adásnak tekint. Ezért a NOC ezeket futt méretű keretekként rögzíti, és eldobja őket anélkül, hogy a switch oldalon CRC hibát generálna.

Javítsa azonnal a duplex eltérést:

• 1. lépés: Jelentkezzen be az M580 CPU rackbe a Unity Pro XL segítségével. Navigáljon a NOC 0311 → Ethernet Port Configuration menüponthoz. Jegyezze fel a jelenlegi duplex és sebesség beállítást.
• 2. lépés: Jelentkezzen be az FL Switch 2000 webes felületére. Navigáljon a Port Configuration → Port X menüponthoz. Állítsa a port sebességét explicit módon 100 Mbps Full-Duplex-re — ne használja az Auto-Negotiate opciót, ha a végberendezés fix beállítást használ.
• 3. lépés: Az Auto-MDI/X-t csak akkor tiltsa le, ha a kábel ismert keresztkábel. Minden patch kábel esetén tartsa engedélyezve az Auto-MDI/X-t.
• 4. lépés: Kényszerítse mindkét végét azonos sebességre és duplexre. Indítsa újra a NOC modult. Figyelje 2 órán keresztül.

Azonban a sebesség és duplex kényszerítése megszünteti az automatikus tárgyalás hibáin keresztüli kábelromlás észlelésének lehetőségét. Ezért ütemezzen negyedéves kábeltesztelést Fluke DTX-1800 kábelelemzővel minden kényszer-duplex kapcsolaton. A TDR hibatávolság ±1 m pontossága segít a csatlakozó sérülésének helymeghatározásában anélkül, hogy a teljes kábelt cserélni kellene.

RSTP konvergencia: Spanning Tree hangolása CIP időzítéshez

A Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) újrakonvergenciája egy Phoenix Contact FL Switch 2000 gyűrű vagy hálózati topológiában 1–6 másodpercet vesz igénybe, ha egy kapcsolat megszakad. Először is, ez az újrakonvergencia időablak minden EtherNet/IP implicit üzenetet elveszít. Másodszor, az M580 CIP kapcsolat időtúllépése alapértelmezett értéke 4 × RPI (Requested Packet Interval). Egy 10 ms RPI esetén az időtúllépés 40 ms. Ezért bármely 40 ms-nál hosszabb RSTP újrakonvergencia M580-nál kapcsolat időtúllépési hibát vált ki.

Optimalizálja az RSTP-t az ipari CIP időzítéshez:

• 1. lépés: Állítsa az RSTP Bridge Priority értékét az elsődleges switchen (a M580 CPU-hoz legközelebb esőn) 4096-ra. Az összes többi switchet állítsa 32768-ra. Ez determinisztikus spanning tree gyökérpontot biztosít.
• 2. lépés: Engedélyezze a PortFast (Edge Port) funkciót minden switch porton, amely I/O rackekhez, hajtásokhoz és végberendezésekhez csatlakozik. Az Edge portok kihagyják a 30 másodperces listening és learning állapotokat, és közvetlenül továbbítanak. Ez önmagában csökkenti a portonkénti konvergenciaidőt 30 másodpercről 500 ms alá.
• 3. lépés: Állítsa a Hello Time értékét 1 másodpercre. Állítsa a Max Age értékét 6 másodpercre. Állítsa a Forward Delay értékét 4 másodpercre. Ezek az értékek 3 switchből álló gyűrű esetén 1 másodperc alá csökkentik az RSTP konvergenciát.
• 4. lépés: Állítsa az M580 CIP RPI-t minimum 20 ms-re bármely olyan I/O esetén, amely tolerál egy 80 ms időtúllépési ablakot. Ez időt ad az RSTP konvergenciának a befejezésre, mielőtt a CIP időtúllépés bekövetkezik.

Továbbá fontolja meg a Device Level Ring (DLR) topológiát, ha Phoenix Contact switch-ei és Schneider I/O moduljai támogatják azt. A DLR kevesebb, mint 3 ms helyreállítást biztosít az RSTP 1 másodperces minimumához képest. Ellenőrizze, hogy az FL Switch 2000 firmware verziója 1.44 vagy újabb-e a DLR supervisor mód támogatásához. EtherNet/IP tap és gyűrű topológia hardverekhez tekintse meg a 1783-ETAP Allen Bradley 3 portos EtherNet/IP tap terméket.

QoS DSCP jelölés: Védelem a CIP implicit forgalom éhezése ellen

Egy gyártócsarnok, ahol Modbus TCP, PROFINET, videokamerák és EtherNet/IP fut ugyanazon Phoenix Contact FL Switch 2000 VLAN-on, veszélyezteti a CIP implicit üzenetek éhezését forgalmi csúcsok alatt. Először is, a videófolyamok 30–80 Mbps sávszélességet fogyasztanak egy 100 Mbps porton. Másodszor, a CIP implicit üzenetek csomagonként csak 44–128 bájtosak, de az RPI időablakon belüli kézbesítést igényelnek. Ezért egy videófolyam csúcs éhezést okoz a CIP sorban, és ugyanazokat a kiesési tüneteket produkálja, mint egy kábelhiba.

Állítsa be a QoS-t az FL Switch 2000-en:

• 1. lépés: Navigáljon a QoS → DSCP Mapping menüponthoz az FL Switch 2000 webes felületén. Térképezze a DSCP 46 (Expedited Forwarding) értéket a 7-es sorba (legmagasabb prioritás).
• 2. lépés: Az M580 NOC 0311 modulon állítsa be a DSCP értéket a CIP I/O forgalomhoz 46-ra. Ez minden CIP implicit üzenetet EF prioritással jelöl.
• 3. lépés: Térképezze az összes Modbus TCP forgalmat DSCP 26-ra (AF31), 4-es sorba.
• 4. lépés: Térképezze az összes videó- és nagy adatátviteli forgalmat DSCP 0-ra, 0-s sorba (best effort).
• 5. lépés: Engedélyezze a Strict Priority Queuing-et a 7-es sorra. Ez garantálja, hogy a CIP csomagok először hagyják el a switch-et, függetlenül a többi forgalom terhelésétől.

Továbbá szegmentálja a videokamerákat és a nagy adatforgalmat külön VLAN-ra (VLAN 20), amely 802.1Q trunkon kapcsolódik a menedzsment VLAN-hoz (VLAN 10). Alkalmazzon 20 Mbps bejövő sebességkorlátozást a kamerákhoz csatlakozó portokon, hogy megakadályozza a videócsúcsok eljutását a CIP switch fabric-hez. Schneider M580 redundáns processzor konfigurációk esetén a VLAN szegmentálás különösen fontos a redundancia heartbeat forgalom védelméhez.

Következtetés és javasolt lépések

A Phoenix Contact FL Switch 2000 EtherNet/IP csomópont-kiesések a Schneider M580 hálózatokon mindig diagnosztizálható okkal rendelkeznek. Először olvassa le a port CRC hibaszámlálókat és az Input Discard értékeket, mielőtt bármilyen konfigurációt módosítana. Másodszor, javítsa a duplex eltérést azzal, hogy mind a switch portot, mind az M580 NOC modult 100 Mbps Full-Duplex-re kényszeríti. Harmadszor, hangolja az RSTP-t PortFast engedélyezésével az edge portokon, Bridge Priority 4096 beállításával a root switchnél, és Hello Time 1 másodpercre állításával, hogy az újrakonvergencia 1 másodperc alatt maradjon. Negyedszer, adjon hozzá QoS DSCP 46 jelölést a CIP implicit üzenetekhez és Strict Priority Queuing-et az FL Switch 2000-en a forgalmi éhezés megszüntetéséhez. Végül válassza szét a videó- és nagy adatforgalmat VLAN 20-ra 20 Mbps bejövő sebességkorlátozással. Alkalmazza mind a négy javítást együtt — egyetlen megoldás ritkán szünteti meg az összes kiesési módot egy termelő hálózatban.