Sporadische USB Kommunikationsfehler

Thema:

• Was sind typische Ursachen bei USB Fehlermeldungen durch die Steuerung oder der Software?

Technischer Hintergrund:

USB ist ganz allgemein gesprochen die Schnittstelle mit der höchsten Empfindlichkeit auf externe Signalstörungen (sogenannter "EMI = Elektromagnetischer Interferenz"). Die USB Schnittstelle wurde ursprünglich für den Einsatz in Büroumgebungen vorgesehen und wurden unter diesem Aspekt entwickelt. Mittlerweile wird USB auch teilweise in Industrieanwendungen eingesetzt. Aufgrund des häufig  höheren Risikos von Störstrahlungen in Industrie-Umgebungen (bedingt durch Motoren, Relais, Leistungsschalter, ...) kommt qualitativ hochwertigen USB-Kabeln, zuverlässigen industrie-erprobten USB-Hubs und Massnahmen zur Reduktion von möglichen EMI-Einflüssen eine wichtigere Bedeutung zu. Falls ein EMI Problem in einer Industrieanlage besteht wird häufig die USB Schnittstelle vor allen anderen (störfesteren) Bus-Systemen betroffen sein. 

Mögliche Ursachen und Verbesserungsmöglichkeiten:

• Zu lange USB Kabel (d.h. länger als 3m).
  -> Tritt das Problem nicht mehr auf wenn ein kürzeres USB Kabel installiert wird?
  
  
• USB-Kabel mit schlechter Qualität.
  -> Tritt das Problem nicht mehr auf wenn ein USB-Kabel eines anderen Anbieters installiert wird?
  
  
• USB-Kabel, die zu dicht an Motorkabeln sind (oder anderen induktiven Lasten).
  -> Tritt das Problem nicht mehr auf wenn das USB-Kabel anders verlegt wird oder die Kabel von Motoren geschirmt und geerdet werden?
  Querverweis: Wie legt man den Kabelschirm auf Erde?
  
  
• USB Hubs(!)
  USB Hubs sind oft eine Problemursache (basierend auf Support-Anfragen).
  -> Unsere ersten Hinweis ist immer mit einer direkten USB Verbindung (ohne Hub) zwischen PC und Steuerung zu testen. Falls die Kommunikation dann fehlerfrei möglich ist, ist der Hub mit grosser Wahrscheinlichkeit als Problemursache identifiziert. Es sollte dann auf diesen Hub verzichtet oder das Modell eines anderen Anbieters verwendet werden.
  Anmerkung:
  • Die USB Hubs der Firma EXSYS (-> http://exsys-shop.ch) wurden von uns in vielen Projekten erfolgreich eingesetzt. Es gibt sicher auch Hubs vieler anderer Herstellern, die ebenso problemlos funktionieren, aber von uns bisher nicht getestet oder aufgrund von fehlenden Rückmeldungen von Anwendern uns nicht bekannt sind. (Typischerweise werden bei Support-Anfragen nur Hub identifiziert, die nicht zuverlässig funktionieren.)
  • Mit den Hubs der Firmen Keterex und Advantech hatten wir leider bereits Kommunikationsfehler beobachtet. Falls einer dieser Hubs in Verwendung ist, empfehlen wir zu überprüfen, ob das Problem bei einer direkten USB-Verbindung oder dem Hub eines anderen Herstellers nicht mehr auftritt.
    
    

Ergänzende Hinweise:

• Beim Einsatz von USB in einer reinen Büroumgebung besteht weniger die Gefahr von Signalstörungen (EMI), da die USB-Kabel in der Regel sich nicht in der Nähe von Motoren oder anderen induktiven Lasten befinden (wie dies in Schaltschränken oder kompakten Industrie-Geräten der Fall sein kann).
  
  

• Falls man Büro- und Industrieanwendungen vergleicht sind ein Hauptunterschied die Art der zu übertragenden Daten und auch das Fehlerhandling.

  • Industrieanwendungen übertragen typischerweise viele kurze Datenpakete deren korrekten Inhalt über eine Checksumme (CRC) überprüft werden kann. Falls eine Steuerung ein Fehler anhand des CRCs oder ausbleibenden Reaktion (-> "Timeout") feststellt, meldet diese sofort einen Kommunikationsfehler. Die Anwendungssoftware der übergeordnete Steuerung (= "Master") oder der Anwender selber entscheiden dann wie auf den Fehler reagiert wird.
  • Büroanwendungen übertragen typischerweise sehr grosse Datenpakete (wie bei Kameras oder Festplatten) oder kleine Datenpakete (wie bei einer Maus), die ohnehin periodisch mit änderndem Dateninhalt immer wieder neu gesendet werden. Die meisten Programme im Büroumfeld melden deshalb Kommunikationsfehler nicht sofort, weil ein einzelner falscher Dateninhalt keine kritische Relevanz hat oder auch die Daten einfach nochmals gesendet werden. Ein solcher wiederholter Datenversand verlangsamt zwar das Systemverhalten, aber dies wird durch den Anwender meist nicht bemerkt. Ein verzögertes Reaktionsverhalten und das Timing ist bei Büroanwendungen auch meist nicht so kritisch (im Vergleich zu Industrieanwendungen).

  • Aufgrund der obigen Gründe scheinen Büroanwendungen aus Anwendersicht ohne Probleme zu funktionieren, obwohl Industriegeräte (mit identischem USB-Kabel oder Hub) eventuell sporadisch Fehler melden. 
    
    

Querverweis:

Bitte beachten Sie auch die folgenden ergänzenden Dokumente bei konkreten Problemen mit der USB-Schnittstelle oder dem Verbindungsaufbau bei der EPOS4 oder dem IDX:

• Tipps bei USB oder Firmware Update Problemen
• EPOS2 / EPOS4: Serial data frame Fehlermeldungen (USB / RS232) 
• EPOS4 / IDX: Testschritte bei USB-Verbindungsproblemen