TAPS, Return loss, Jitter: Die wichtigsten Fachbegriffe kurz erklärt

Umfassende Bus- und Netzwerkanalysen erfordern häufig aufwändige Messtechniken und ein enormes Expertenwissen. Die Erfahrung lehrt, sich nicht auf ein einziges Messverfahren zu verlassen, sondern mehrere zu kombinieren, um Fehldiagnosen auszuschließen. Hierzu gehören

  • Messstellen (TAPs, Test-Access-Points) müssen rückwirkungsfrei arbeiten
  • Bei Messstellen ist das Return loss (Rückflussdämpfung) wichtig
  • Oft kommt es zu Fehlmessungen wegen längenabhängigen Grenzwerten
  • HDTDR-Messung – welche Grenzwerte machen Sinn
  • Wie liegt der Jitter (Taktabweichung)
  • Der richtige Umgang mit der Erdschleifenmesszange

 

Die Gefahren, Möglichkeiten und Verfahren sind häufig komplex und für den Anwender nicht ohne weiteres zu verstehen. In unserem Glossar werden die wichtigsten technische Begriffe und Fachausdrücke kurz erklärt.

Messstellen (TAPs)

Im Gegensatz zum klassischen Feldbus gibt es bei den Punkt-zu-Punkt verkabelten Ethernet-Netzwerken keine Möglichkeit, im laufenden Betrieb an einer beliebigen Stelle des Netzwerks einfach ein Diagnosegerät aufzuschalten, um den gesamten Datenverkehr zu erfassen. Es würde sofort zum Abbruch der Kommunikation und damit zum Anlagenstillstand kommen, wenn die Ethernet-Leitung unterbrochen wird, um ein Messgerät einzuschleifen.

Fehlerhafte TAPs (Messstellen) zeigen bis zu zwei Kurzschlüsse.

Fehlerhafte TAPs (Messstellen) zeigen bis zu zwei Kurzschlüsse.

Damit dennoch Messungen im Netzwerk möglich sind, werden sogenannte Test-Access-Points (TAP) an definierten Stellen als Messstelle fest eingebaut. Sie sollen für eine einfache Aufzeichnung und Analyse des Datenverkehrs sorgen, ohne dabei die Kommunikation im laufenden Betrieb zu unterbrechen. Der Ethernet-Verkehr wird auf die Ports der Messstelle gespiegelt, um den Netzwerkverkehr nicht zu beeinflussen. Hier muss darauf geachtet werden, dass die eingesetzten TAPs auch wirklich kurzschlussfrei sind (vgl. Open Automation 3/2019, „Die Profinet-Diagnose unter der Lupe“).

Return loss – Rückflussdämpfung

Die Rückflussdämpfung, englisch „Return loss“, ist ein Reflexionsfaktor. Er zeigt das Verhältnis vom eingespeisten Signal zum reflektierten Signal. Die Ursachen für Reflexionen können beschädigte Kabel, lose Steckverbindungen oder fehlerhafte Geräte sein. Wenn die reflektierten Signale zu stark sind, werden sie als Nutzdaten interpretiert. Das führt zu Fehlern in der Netzwerk-Kommunikation. Bei einem TAP mit Kurzschluss tritt genau diese Situation auf.

Längenabhängige Grenzwerte

Manche Lastenhefte enthalten längenabhängige Werte, beispielsweise für NEXT (near end crosstalk). Es geht hier um das Übersprechen der Signale auf nebeneinanderliegende Adernpaare. PROFINET-Leitungen haben zwei Adernpaare. Beim Anwender kommt immer dann Verwirrung auf, wenn er für NEXT einen Fehler misst, obwohl das Netzwerk einwandfrei funktioniert und auch keine Telegramme verloren gehen.

HDTDR-Messung

Eine weitere Analyse-Möglichkeit bietet die HDTDR-Messung (High Definition Time Domain Reflectometry). Dazu wird ein sehr kurzer Testimpuls auf die Leitung geschickt. Der an einer Schwachstelle reflektierte Teil des Signals wird vom HDTDR-Messgerät an der Einspeisestelle ausgewertet. Im gemessenen Beispiel waren die Reflexionen beim Fehler-TAP um den Faktor fünf stärker als bei der Vergleichsmessung mit dem einwandfreien TAP.

Bei der HDTDR-Messung wird der Kurzschluss-behaftete TAP als extreme Stoßstelle angezeigt.

Bei der HDTDR-Messung wird der Kurzschluss-behaftete TAP als extreme Stoßstelle angezeigt.

Jitter

Als Jitter bezeichnet man die zeitliche Abweichung vom Telegrammtakt bei der Datenkommunikation. Die Angaben erfolgt in der Regel in ns (Nanosekunden) oder Prozent. Je größer die Abweichung vom Idealzustand ist, desto größer ist das Risiko, dass die Übertragungsqualität unter dem Jitter leidet.

Erdschleifenmesszange

Eine Erdschleifenmesszange besteht aus zwei Spulen.  Über eine Spule wird auf die Leitung ein Strom induziert; mit der anderen Spule wird der resultierende Strom gemessen. Je nach Schleifenwiderstand ist der Strom in seiner Größe unterschiedlich hoch. In der Praxis wird manchmal festgestellt, dass der Widerstand zu hoch ist. In Folge wird eine bestehende Leitung gegen ein Kabel mit geringerem Widerstand ausgewechselt. Jedoch fließt dann mehr Strom. Damit kann mehr Leistung auf die Datenleitung eingekoppelt werden, wodurch sich das EMV-Verhalten der Anlage sogar weiter verschlechtert.

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