Protokollanalyse und Bestimmung der Phasenabweichung

Die notwendigen Netzprozesse und die dazugehörigen Protokolle müssen analysiert werden. Um ein methodisches Vorgehen bei der Fehlersuche in Echtzeit-Netzwerken durchzuführen, muss das Zusammenwirken der verschiedenen Protokollebenen von Netzwerkebene bis hin zur Transport-und Anwendungsebene analysiert werden. Durch den Einsatz von Netzanalyse- und Überwachungssystemen soll die Fehlerbehebungszeit so kurz wie möglich gehalten werden.

Jitter- und Wandermessungen

Neben der Protokoll- und der Analyse des Nachrichtenaustauschs ist eine Kontrolle der Frequenz-und Phasenabweichung der Synchronisationssignale unerläslich. Frequenz-, Zeit- und Phasenfehler können zu Synchronisationsproblemen führen. Wander ist Jitter mit sehr langsamen Phasenänderungen. Die Grenze wurde von der ITU-T G.810 bei 10 Hz festgelegt. Gibt es Probleme mit einer Station, bietet sich die 1-PPS-Analyse an. Mit der 1-PPS-Time-Error-Delay-Messung lassen sich kritische, konstante, asymmetrische Laufzeiten erkennen und lokalisieren. Mit der 1-PPS-Wander-Analyse können dynamische Effekte erkannt werden.

Für die Wandermessung ist eine externe, möglichst genaue Referenztaktquelle notwendig. Es kann auch das nächst höherwertige Taktsignal der Synchronisationskette verwendet werden. Das zu messende Signal wird der Eingangsbuchse des Messgerätes zugeführt. Für die Zuführung des Referenztaktes steht eine separate Buchse zur Verfügung. An dieser Buchse können Taktsignale sowie Datensignale zugeführt werden.

Als Maßeinheit für die Wanderamplitude hat sich der absolute Betrag im ns-Bereich als praktikabel erwiesen. Die niedrigen Frequenz-Komponenten erfordern entsprechend lange Messzeiten. Als Messergebnisse bekommt man den TIE (Time Interval Error) über der Zeit. Dieser Messwert ist die Basis für weitere Messanalysen (MTIE, TDEV).

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Gemeinsam mit der Technische Akademie Esslingen e.V. stellt die elektro AUTOMATION in dieser Serie Hintergründe und Einsatzszenarien in aktuellen Technikfeldern zusammen. Tipps zu Seminarangeboten erleichtern die Planung einer praxisorientierten Weiterbildung: hier.pro/E4WZJ

Das Precision Time Protocol

Das PTP ist laut IEEE 1588 und IEC 61588 ein spezielles Netzwerkprotokoll, dessen Aufgabe darin besteht, eine gemeinsame Zeitbasis für die in einem Netzwerk verknüpften Geräte zu schaffen. Dabei liegt der Fokus auf einer hohen Genauigkeit sowie auf räumlich begrenzten Netzwerken, wie sie in der Automatisierung bzw. in der Antriebstechnik weit verbreitet sind. Mithilfe des PTP lassen sich Genauigkeiten im Bereich von Nano- bis zu wenigen Mikrosekunden erreichen. Die in einem PTP-Netzwerk kommunizierenden Uhren werden als Master- und Slave-Clocks definiert. Über den sogenannten Best-Master-Clock-Algorithmus wird der Netzwerkteilnehmer ermittelt, der die genaueste Zeitbasis darstellt. Diese Referenz bzw. Grandmaster-Uhr muss bei jeder Änderung der Topologie des Netzes erneut definiert und das Netz synchronisiert werden. Netzwerkteilnehmer, die sowohl Master- als auch Slave-Funktion übernehmen, werden als sogenannte Boundary Clocks bezeichnet.