IntraVUE – monitorování a dokumentace činnosti zařízení v průmyslových sítích Ethernet

IntraVUE – monitorování a dokumentace činnosti zařízení v průmyslových sítích Ethernet

V několika posledních letech se Ethernet stále častěji využívá i ve výrobním prostředí, např. v rámci protokolů a komunikačních systémů ModbusTCP, EtherNet/IP, Foundation Fieldbus HSE a Profinet. Významně roste počet propojovacích uzlů a připojených zařízení (PC, PLC, roboty, průmyslové přepínače, vzdálené I/O, měniče, čtečky čárového kódu, bezpečnostní kamery, přístupové systémy apod.) a s tím i nutnost jejich efektivního sledování v reálném čase.

Jakékoliv výpadky komunikace ve výrobním prostředí způsobují nežádoucí prostoje výroby, a tím obvykle i finanční ztráty většího rozsahu než při problémech v kancelářských ethernetových sítích.

Software Intravue (IntraVUE™) byl speciálně vytvořen s ohledem na rostoucí požadavky na rychlou a snadnou podporu ethernetových sítí s mnoha distribuovanými koncovými zařízeními umístěnými přímo ve výrobních provozech.

Díky nevídané uživatelské přátelskosti a komplexnosti provázaných informací je software Intravue určen především pro běžné technické pracovníky ve výrobním prostředí, kteří nejsou nutně specialisty na informační techniku, avšak zodpovídají za funkčnost svěřených výrobních zařízení.

Úkolem Intravue je zejména co nejrychleji diagnostikovat poruchové stavy, aby nedocházelo k přetížení síťových propojení nebo výpadkům zařízení, a v důsledku těchto komunikačních problémů ke snižování výrobní produktivity a finančním ztrátám.

Intravue – strategická koncepce

Základní charakteristika
Intravue je softwarové řešení pro vizualizaci, monitorování, diagnostiku a dokumentaci zařízení v sítích Ethernet, určené zejména pro uživatele v průmyslu. Automaticky zmapuje danou síť, zjistí všechna připojená zařízení, včetně jejich propojení, a vytvoří názorné grafické zobrazení topologie celé sítě. Poté v reálném čase monitoruje funkčnost sítě a všech zařízení, vznikající komunikační problémy okamžitě identifikuje a poskytuje efektivní podporu pro jejich urychlené odstranění.

Snadné a univerzální použití
Intravue nenahrazuje existující obecné a komplexní nástroje pro konfiguraci a správu ethernetových sítí, které jsou používány specialisty z oddělení IT. Vhodně doplňuje jejich funkce tak, aby to vyhovovalo zejména aplikačním inženýrům, specialistům na výrobní řídicí systémy a výrobním operátorům, pro které obecné nástroje nejsou příliš vhodné a většinu jejich funkcí by nevyužili. Tito výrobní specialisté však potřebují mít rychle k dispozici informace o nefunkčnosti komunikace mezi svěřenými výrobními zařízeními, aby mohli okamžitě reagovat a co nejrychleji zajistit jejich opětovné uvedení do provozu. Jejich potřebám je přizpůsobeno i intuitivní a uživatelsky přátelské ovládání systému Intravue. Z některých unikátních vlastností systému Intravue, jako je např. rychlá a názorná navigace po celé síti nebo okamžitě dostupná uživatelská dokumentace k jednotlivým zařízením, však mohou rovněž mít prospěch i specialisté z oddělení IT.

Obr. 1. Ilustrativní uspořádání systému Intravue umožňující lokální dohled nad celou sítí včetně všech koncových zařízení i její monitorování na dálku

Intravue je univerzální nástroj nezávislý na konkrétních dodavatelích aktivních síťových prvků a komunikujících zařízení nebo využívaných typech komunikačních protokolů Ethernetu. Může tedy fungovat i jako jednotné zastřešující uživatelské rozhraní pro sledování a diagnostiku heterogenních sítí.

Přístup k informacím odkudkoliv
Serverová část aplikace Intravue průběžně skenuje připojenou síť a v reálném čase publikuje informace na svém webovém serveru. Všichni zájemci k nim mají přístup z běžného počítače vybaveného internetovým prohlížečem, na kterém již nemusí být instalován a udržován žádný další speciální software. Tato koncepce, využívající tzv. tenké webové klienty, umožňuje bezproblémový přístup různých uživatelů k potřebným informacím kdykoliv a odkudkoliv. Informace o provozu sítě je tak nejen možné mít k dispozici lokálně v místě jejího fyzického výskytu, ale pomocí systému Intravue lze monitorovat i územně vzdálenou síť nebo několik sítí (obr. 1).

Automatická výstražná hlášení
Intravue nepřetržitě monitoruje chod sítě a v případě, že se v ní vyskytnou nekomunikující zařízení, automaticky vyšle výstražná hlášení s konkrétními informacemi v podobě e-mailu nebo alarmového hlášení ve spolupracující operátorské aplikaci SCADA/HMI. Hlášení o nekomunikujícím zařízení lze selektivně rozesílat různým příjemcům podle toho, kdo má správu konkrétního zařízení na starosti.

Hlavní funkce

Grafická vizualizace topologie a chodu sítě
Automaticky vytvořená schematická topologie celé sítě, i s mnoha stovkami zařízení, je díky patentovanému hyperbolickému grafickému rozhraní umístěna pouze na jedné obrazovce. Zobrazení je velmi názorné, a orientace i ve velkých sítích je tudíž rychlá a přehledná. Uživatel nemusí přecházet mezi různými stránkami a v zobrazené síti se snadno dynamicky přesouvá a zvětšuje potřebné části. Lze se přepínat mezi různými režimy popisu zobrazených zařízení:

• IP View – podle IP adres,
• Device View – podle jména zařízení,
• Location View – podle umístění zařízení.

Obr. 2. Názorná vizualizace topologie a stavu sítě a zařízení

Schéma sítě lze pro větší názornost doplnit obrázky nebo fotografiemi všech nebo vybraných zařízení (obr. 2). Stavy komunikačních propojení mezi zařízeními jsou barevně odlišeny, takže jsou na první pohled patrné bezproblémové, přetížené (překročení nastavených alarmových mezí) nebo přerušené komunikace. Obdobně jsou barevně odlišeny stavy jednotlivých zařízení, včetně okamžité identifikace nově přidaných nebo přesunutých zařízení, popř. i zařízení se stejnou IP adresou nebo MAC adresou¹⁾. Po kliknutí pravým tlačítkem myši na zvolené propojení nebo zařízení se objeví okna s podrobnými informacemi.

Informace o propojení
Klíčové parametry komunikace – využití přenosového pásma a odezvy na ping²⁾ – jsou kromě aktuálních hodnot k dispozici také v podobě časového grafu zobrazujícího:

• využití přenosového pásma pro příjem,
• využití přenosového pásma pro vysílání,
• dobu odezvy na ping,
• chyby testu ping.

V grafu je zobrazen průběh těchto veličin za zvolené časové období i se znázorněním příslušné alarmové meze. Každému propojení v síťové topologii lze přiřadit individuální alarmové meze. To je výhodné pro různé typy přenosových cest, neboť bezdrátové přenosy, modemy, optické a dlouhé metalické segmenty mají různé doby odezvy.

Informace o zařízení
Kromě základních informací o zařízení, jako je jeho typ, jméno, IP nebo MAC adresa, jsou k dispozici záznamy důležitých informací o jeho činnosti (event log), jako jsou např.:

• trvající nefunkčnost zařízení,
• krátkodobé opakované výpadky, po kterých zařízení opět začne komunikovat,
• přesun zařízení na jiné místo sítě,
• změna IP adresy.

Informace zejména o krátkodobých výpadcích zařízení jsou velmi důležité, neboť tento typ problému nemusí být na první pohled patrný a velmi těžko se identifikuje. Eliminace krátkodobých výpadků zabraňuje např. částečným ztrátám přenášených dat, které by mohly zůstat nepovšimnuty.

Další unikátní vlastností systému Intravue je, že přímo u každého zařízení může zpřístupnit hypertextové odkazy na příslušnou elektronickou dokumentaci právě k tomuto konkrétnímu zařízení. Uživatelé tak mohou mít okamžitě k dispozici např.:

• pokyny pro odstavení nebo výměnu,
• uživatelský nebo servisní manuál,
• schéma zapojení, fotografie s pracovními postupy apod.

Mnoho ethernetových zařízení obsahuje vlastní webové stránky pro konfiguraci a diagnostiku. V tomto případě systém Intravue automaticky nastaví propojení s těmito stránkami, takže jsou rovněž ihned dostupné.

Odpadá tak složité hledání správných a aktuálních dokumentů, což je u větších sítí a koncových zařízení od různých dodavatelů obvykle velmi obtížné. Při problémech je velmi usnadněna správa zařízení a urychluje se jejich opětovné uvedení do provozu nebo výměna.

Historické záznamy
Mnoho dodavatelů, supervizorů nebo pracovníků oddělení IT musí řešit situaci, že koncový uživatel výrobní technologie s ethernetovou komunikací není spokojen s jejím chodem a ke zjištění příčin není dostatek podrobných a průkazných informací. Intravue obsahuje záznamník událostí (event log), kam jsou ukládány záznamy o veškerých nestandardních událostech s časovou značkou jejich vzniku. K dispozici jsou např. údaje o překročení stanovené propustnosti síťových propojení, přerušení komunikace zařízení, přesunech zařízení na síti, změně jejich adres, přidání nových zařízení aj.

Vyhledávání zařízení
Identifikace zařízení se stejnými IP, nebo dokonce MAC adresami je obvykle velmi obtížná. Vyhledávací dialog systému Intravue umožňuje hledat zařízení podle jejich IP adresy, MAC adresy nebo názvu. Pro vyhledávání lze zadat i zástupný znak * nebo jen částečný řetězec. Mezi nalezenými zařízeními je možné se následně přepínat se současným vycentrováním hlavního hyperbolického zobrazení sítě na příslušné zařízení.

Dokumentace sítě
Poté, co Intravue zjistí skutečnou topologii sítě, lze aktuální stav kdykoliv velmi jednoduše zdokumentovat. K dispozici je buď export textových informací do souboru CSV pro jeho další použití (např. v aplikacích MS Excel nebo Access) nebo uložení topologie sítě v grafickém formátu pro její pozdější zobrazení off-line přímo v hyperbolickém grafickém prostředí systému Intravue.

Automatické nastavení IP adresy
V průmyslových aplikacích se pro určitá zařízení na síti používají pevné IP adresy, což v běžných kancelářských aplikacích není obvyklé. Volitelný modul Device Recovery Mechanism systému Intravue zajistí automatické přidělení správné pevné IP adresy novému zařízení, které nahradí původní zařízení. V případě poruchy se tak pouze fyzicky vymění zařízení a systém Intravue ihned provede potřebnou konfiguraci; to šetří čas a odstraňuje riziko chyb.

Spolupráce se systémy SCADA/HMI
Intravue nemusí být pouze samostatně provozovaná aplikace, ale lze ji výhodně využívat i v prostředí vizualizačních aplikací kategorie SCADA/HMI. Tyto aplikace používají výrobní operátoři nebo supervizoři, kteří mají v reálném čase velmi těsný kontakt se zařízeními ve výrobním procesu. Grafické znázornění topologie a stavu sítě poskytované systémem Intravue může být vnořeno přímo do prostředí vizualizační aplikace, jako je např. Wonderware InTouch, a operátoři se nemusí přepínat mezi aplikacemi, aby zjistili stav komunikací v celé síti (obr. 3).

Obr. 3. Začlenění Intravue přímo do prostředí vizualizace Wonderware InTouch

Obě aplikace lze propojit i pro alarmová hlášení, takže informace o nekomunikujících nebo přemístěných síťových zařízeních zjištěných systémem Intravue se objeví v alarmovém okně aplikace SCADA/HMI. Operátoři se ihned dozvědí o vzniklých problémech a mohou okamžitě podniknout opatření k jejich odstranění.

Typické problémy identifikované pomocí Intravue

Intravue poskytuje uživatelům účinný a snadno použitelný nástroj pro průběžnou identifikaci a dokumentaci mnoha komunikačních problémů vyskytujících se v průmyslových automatizačních systémech. K nejčastějším příčinám problémů patří zejména:

• neznalost topologie sítě,
• malá propustnost – vyčerpávání přenosového pásma,
• dočasné, opakované nebo trvalé ztráty síťového spojení se zařízením,
• přesuny zařízení na jiné místo v síti,
• připojení cizích nebo nových zařízení k síti, včetně bezdrátového přístupu,
• vadné komunikační karty, konektory nebo terminátory,
• poškozená kabeláž,
• zdvojené IP nebo MAC adresy,
• chybné nastavení přepínačů (full/half duplex aj.),
• vlivy elektromagnetického pole – problémy s uzemněním.

Typičtí uživatelé

Softwarový systém Intravue je určen pro pracovníky, kteří potřebují mít názorné a snadno použitelné uživatelské rozhraní pro přehled o provozované ethernetové síti v průmyslovém prostředí, ať při jejím oživování nebo v průběhu běžného provozu. Jde typicky o tyto uživatele:

• Techničtí pracovníci zodpovědní za chod automatizačních systémů podniku, kteří mohou Intravue použít v režimu Server pro nepřetržitý dohled (24 × 7), včetně rychlého přístupu k dokumentaci či interním webovým stránkám koncových zařízení, zvoleným datům SNMP MIB apod. Veškeré informace jsou jim dostupné z libovolného klientského pracoviště vybaveného prohlížečem MS Internet Explorer (tenký klient).

• Aplikační inženýři nebo technici využívající Intravue na své mobilní pracovní stanici (notebook) při oživování síťových řešení na bázi ethernetových komunikací.

• Systémoví integrátoři při vývoji, dodávce nebo údržbě svých řešení pro koncové zákazníky.

• Výrobní operátoři, kteří Intravue používají jako doplňující součást svých vizualizačních aplikací kategorie SCADA/HMI (Wonderware InTouch aj.).

• Specialisté na informační techniku využívající Intravue jako doplňkový nástroj pro rychlé zjištění skutečného stavu sítě, rychlou navigaci v síti a okamžitý přístup k dokumentaci průmyslových koncových zařízení, se kterými běžně nepracují.

Finanční přínosy

Jednoduché obnovení po poruše
Intravue okamžitě detekuje nefunkční propojení nebo nekomunikující zařízení a automaticky o této skutečnosti informuje příslušné pracovníky nebo výrobní operátory. Ihned jsou k dispozici podrobné informace o nefunkčním zařízení a související doplňující dokumenty pro co největší usnadnění a urychlení nápravy vzniklého problému.

Schopnost systému Intravue zajistit automatickou rekonfiguraci porouchaných zařízení s pevnou IP adresou zabraňuje omylům a zkracuje dobu odstávky na minimum.

Snížení nákladů na podporu
Díky názornému grafickému zobrazení sítě a problémových částí mají i běžní uživatelé průmyslových sítí možnost zjistit a lokalizovat komunikační problémy. Mnoho problémů v ethernetových průmyslových aplikacích vzniká v důsledku „obyčejných„ chyb v komunikačních propojeních nebo výskytu nekomunikujících zařízení na síti. Průběžné „živé“ sledování sítě včetně barevných změn zobrazení v problémových oblastech okamžitě upozorňuje na vznikající problémy. To umožňuje výrobním pracovníkům rychle a lokálně zasahovat přímo, bez nutnosti využívat lidské zdroje z oddělení IT nebo externí specialisty.

Zvýšení dostupnosti výrobních zařízení
Intravue díky nepřetržitému skenování sítě zachycuje a dokumentuje i přechodné chyby, tj. stavy, kdy je opakovaně dočasně přerušena komunikace, která se poté opět obnoví a vše je zdánlivě v pořádku. Zařízení obvykle nepřestanou fungovat bez příčiny, avšak varovné příznaky, např. signalizované výpadky komunikace, většinou nejsou nikde zaznamenány. Intravue ale zaznamenává všechny výpadky komunikace, takže je lze analyzovat a předcházet vzniku skutečného problému – definitivnímu a neočekávanému výpadku zařízení.

Zvýšení bezpečnosti
Vzhledem k tomu, že v průmyslovém prostředí většinou není možné fyzicky zabránit přístupu do sítě, je velmi užitečné, že Intravue umožňuje okamžitě identifikovat nová zařízení, která se připojila na síť. Zjišťuje i přesuny nebo odstranění zařízení ze sítě, včetně podrobných informací, jako jsou čas, místo a adresa. V případě bezdrátových připojení Intravue umožňuje zjistit i pohyb zařízení mezi jednotlivými přístupovými body a poslední známé spojení před ztrátou signálu. Intravue tak poskytuje možnost účinně předejít neoprávněnému narušení výrobního prostředí, ať již z nedbalosti, nebo zlého úmyslu.

Společnost Network Vision
Systém Intravue je produkt společnosti Network Vision, Inc., která se specializuje na vývoj snadno použitelných softwarových nástrojů pro podporu sítí Ethernet. Zaměřuje se zejména na průmyslové ethernetové sítě a zařízení, které se stále častěji používají v aplikacích průmyslové automatizace, inteligentních budovách, dopravě apod. Softwarový systém Intravue, který byl představen v tomto článku, je „vlajkovou lodí“ produktů firmy Network Vision.

Celosvětová distribuční síť firmy Network Vision zajišťuje lokální obchodní i technickou podporu. Součástí této sítě a autorizovaným distributorem pro Českou republiku a Slovenskou republiku je firma Pantek (CS), s. r. o.

Další informace o systému Intravue lze najít na webových adresách http://www.pantek.cz a http://www.intravue.net

Ing. Zbyněk Červenka,
Pantek (CS) s. r. o.

¹⁾ MAC adresa, Media Access Control address, je unikátní 48bitový identifikátor každého zařízení v sítích odpovídajících normě IEEE 802, který využívají různé protokoly pracující na linkové vrstvě modelu ISO/OSI, resp. její subvrstvě MAC. Dříve bývala MAC adresa přidělována výrobcem a byla zaručena její jedinečnost, ovšem u modernějších zařízení je možné ji změnit a může se stát, že se omylem vyskytnou dvě zařízení se stejnou MAC adresou. IP adresa (Internet Protocol Address) je identifikátor zařízení pracujícího v síti založené na využití protokolu IP, tedy v sítích internetu nebo intranetu. V internetu je IP adresa 32bitová (IPv4) a je přidělována buď jako pevná adresa, nebo jako tzv. dynamická adresa, která je platná jen po dobu, kdy je zařízení připojeno k internetu. V obou případech však jde, nevznikne-li při přidělování adresy chyba, o jedinečnou adresu. V neveřejném intranetu je přidělování IP adres v podstatě libovolné, ovšem i zde by měla být zaručena jejich jedinečnost. Dvě zařízení se stejnou IP nebo MAC adresou v jedné síti způsobí komunikační problémy (pozn. red.).
²⁾ Ping je utilita určená ke zjištění funkčnosti komunikace se zařízením s určitou IP adresou. Její činnost spočívá v odeslání paketu na danou IP adresu a registraci odezvy na odeslaný paket. Zjišťuje se, zda odezva vůbec přichází, a měří se doba odezvy (pozn. red.).