看老手是如何處理Profinet通訊故障的？

案例一

某菸廠在制絲車間的控制網路使用的是PROFINET的網路。現場反映PROFINET控制網路經常會出現網路中斷的故障現象。現場的網路拓撲如下圖1所示。

圖1、制絲車間PROFNET的網路拓撲結構

從上圖1可以看到S7-400的PLC連線到了SCLANCE XM414的交換，然後SCLANCE XM414的交換機再次級聯X200的交換機，再由X200的交換機去連線分散式IO站；有的二次級聯X200交換機後連線分散式IO站。且在有的分支線上的終端連線有S7-300PLC。圖2為圖1放大圖的部分。

圖2、拓撲圖的部分放大圖

在連線S7-400與SCALANCE XM414的網線進行資料抓包分析，可以看到透過此線路既有PNIO的通訊資料包也有S7的通訊資料包，且在一些時刻PNIO的通訊的頻繁程度與S7通訊的頻繁程度差不多，如下圖3所示。

圖3、PLC下連網路的資料抓包情況

對圖3中的資料包進行分析，如下圖4所示。從圖4可以看出有時S7的通訊負載高於PNIO的通訊負載。

圖4、S7通訊負載高於PNIO的通訊負載的情況

當圖4的情況發生且持續的時間很長，就會造成當PNIO的資料和S7通訊的資料都到達SCALANCE XM414的時候，XM400交換機把PNIO資料幀的優先順序由6變為了0，也就是PNIO的資料不具有了優先順序。此時當有大量的S7通訊的資料發生時就會造成PNIO的通訊延遲。這樣就會造成PNIO掉站的故障。

所以XM400的交換機雖然價格高，但它主要用於骨幹網的交換機而不是是用於PNIO通訊鏈路上的交換機。所以不能把XM400的交換機級聯在PNIO通訊的鏈路中。對於PNIO的通訊建議用PNIO的專用交換機X200系列交換機，X200交換機可以保證PNIO的優先順序出入X200交換機時不變。而此案例的特殊之處在於由於網路架構的不合理導致了S7通訊與PNIO的通訊共用邏輯鏈路且當通訊量大時就會出現PNIO通訊故障的現象。

案例二

（一）PLC系統硬體配置

該裝置採用的是CPU319-3PN/DP 、ET200S分散式I/O和 CP343-1通訊處理器組成的Profinet網路以及CPUCPU319-3PN/DP與EM277 、S7-200CN組成的Profibus網路。系統網路拓撲結構如下圖所示，紅色框中是PROFIBUS-DP網路，透過EM277與16個S7200CN PLC通訊。綠色框中是ET200S遠端IO模組，藍色框中是CP343-1 通訊子站模組，它們與PLC進行PROFINET 通訊。

（二）現場問題描述

在實際的生產過程中，該系統的PLC偶爾出現突然進入STOP模式的故障，導致整線停機，重新啟動或將撥動開關從RUN打到STOP，再打回RUN模式（暖啟動），故障就會消失。該裝置已經工作9年了，一直執行穩定，此種故障發生的時間和頻率沒有規律可尋。

（三）問題的分析與解決過程

（A）故障分析

（1）

我們首先想到的是進行硬體診斷

，檢視診斷緩衝區記錄的PLC報警資訊。但是，在故障狀態下檢視診斷緩衝區記錄如下圖所示：

我們將記錄上限調整為最大值（500條），但是都是I/O訪問錯誤。而且出錯的地址並不相同。檢視程式，I/O訪問錯誤組織塊OB122已存在，因此可以確定PLC的停止與此無關。但是，出錯時的故障資訊都被I/O訪問錯誤給頂掉了，

因此我們需要先解決I/O訪問錯誤的問題。

（2）尋找I/O訪問錯誤，

透過檢視訪問地址，以及硬體組態資訊，發現緩衝區所涉及到的地址為PROFIBUS網路中子站（EM277）的地址。這些子站在單個裝置中，由於生產需要，沒有生產的裝置需斷電。因此程式在定址的時候沒有找到相應硬體，從而產生報警。

將停開的裝置上電，再進行監控，發現大部分的報警資訊已經不再更新了。但是，

500條診斷緩衝區記錄還是被一個裝置的I/O錯誤佔用著

。繼續用上述方法查詢相關裝置。最終找到了是DP 地址為28的子站，為了擴容的考慮，廠家先把其硬體組態和程式下載至PLC，但實際的硬體是不存在的。（我們DP子站實際是有15個，但組態裡是16個）。因此，將該子站刪除，並把相應的讀取子站資訊的程式遮蔽掉。如下圖所示：

至此，PLC就不會產生I/O錯誤，診斷緩衝區中的診斷記錄也不再更新，下一步靜等故障的再次來臨

。

（3）找到元兇，

經過幾天的等待，故障終於再次發生，我們第一時間進行了模組資訊的讀取，並檢視診斷緩衝區，由於沒有I/O訪問錯誤的干擾，立即就發現了端倪。如下圖所示：

從診斷資訊中可以看出：在08：06：45。068到08：36：45。402時間內（不到400ms），有一個PROFINET IO模組（站編號：3）發生了硬體插拔錯誤，由於程式沒有OB83（硬體插拔錯誤中斷組織塊）導致CPU進入了STOP模式，隨後又立即回覆了正常。它的診斷地址是：8168。隨後我們立即在硬體組態中找到了它。

它是ET200S遠端IO模組（地址為3）下面掛著的電機啟動器上的電源模組PM-D，

如下圖所示：

（B）故障處理

隨後我們立即趕到裝置現場，找到了該模組，如下圖所示，先沒碰PM-D電源模組，而是晃動下面的接線端子，在晃動的過程中會發現該模組SF紅燈閃一下就滅，可以確定問題就出現在這裡。用力按下電源模組，聽見一聲“咔”，再次晃動接線端子，SF紅燈不再亮了。為了再次確認問題的癥結是否是這裡。我們又返回PLC處，檢視診斷資訊，剛才PM-D電源模組SF紅燈閃時都有記錄，並且和PLC發生故障時的診斷資訊一致。至此，兵不見血刃解決問題。

（四）經驗總結

（1）遺留的問題

本次的故障實際上很明顯，就是PROFINET 網路中的其中一個節點發生了模組鬆動，

從而觸發硬體插拔故障，而PLC沒有相應的中斷組織塊（OB83），導致CPU進入STOP模式

。且PLC的診斷資訊已經定位到了該點，只是

I/O錯誤將該診斷資訊頂掉

了，給判斷增加了難度。

（2）改進方法

因此，在做專案的時候，儘量保證PLC正常執行時不要報系統錯誤，雖然有相應的組織塊保證CPU不至於進入STOP模式，但是會給判斷其他故障帶來難度。關於Profibus網路故障分析例項可以參考以前分享過的一篇文章《為了一個自控專案，我差點告老還鄉》！

Profinet通訊故障處理方法

（一）透過狀態 LED 進行PROFINET IO通訊初步診斷

1。概述

SIMATIC 裝置 PROFINET 介面的每個埠都有一個 LED 指示燈。藉助於 PROFINET 裝置的 LED 的狀態和錯誤指示燈，可以診斷出通訊中的錯誤或 PROFINET 模組的錯誤狀態。

2。 LED指示燈含義

下表彙總了 S7-1500、ET 200MP、ET 200SP 和 ET 200AL 系統中這些 LED 指示燈的含義：

表 1 PROFINET 介面埠LED 指示燈含義1

下表彙總了 S7-300、400、ET 200M、ET 200S 、ET200ECO PN和 ET 200PRO 系統中這些 LED 指示燈的含義：

表 2 PROFINET 介面埠LED 指示燈含義2

（二）PROFINET IO通訊物理連線故障初步診斷

1。概述

在做PROFINET IO 通訊除錯時經常遇到PROFINET IO通訊不通的情況，在使用多種診斷工具進行診斷時，可能會發現有物理連線鏈路的問題存在，這裡介紹一下透過哪些工具發現物理連線問題，以及基本的排查物理連線問題的方法。

2。確認物理連線故障

如果PROFINET IO 通訊存在物理連線鏈路故障，那麼通常可以透過以下幾個工具或方式發現故障，有時可能需要綜合多方面進行判斷：

2。1、透過乙太網線測線儀進行測試（電纜）

圖 1 乙太網線測線儀

2。2、透過鐳射筆簡單測試或透過專業光纖檢測儀器測試（光纜）

圖 2 鐳射筆簡單測試

圖 3 專業光纖檢測儀器測試

2。3、透過觀察PROFINET 埠LED指示燈狀態

表 3 ET200M PN埠指示燈含義

2。4、如果裝置分配了IP地址，可以透過Ping指令測試到裝置的網路連線狀態

圖 4 網路暢通Ping指令結果

2。5、透過PST工具進行乙太網節點掃描

圖 7 PST工具掃描乙太網節點結果

2。6、透過STEP7軟體線上診斷

圖 8 STEP7編輯乙太網節點功能

圖 9 裝置乙太網介面連線狀態

圖 10 TIA Step7 可訪問裝置掃描功能

3。如何排查解決物理連線故障

如果發現了物理連線故障，那麼如何排查故障點，如何解決鏈路故障呢？下面就以下常用的幾個方面進行介紹。

3。1。檢查乙太網電纜接頭

如果乙太網電纜發生物理連線的故障，首先可以檢查乙太網電纜插頭接線是否有問題，包括連線線序是否正確、交叉直連方式是否正確、接線是否牢固可靠等，可以選擇重新制作乙太網接頭，以下是西門子常用的乙太網電纜插頭的接線方法：

圖 11 IE FC RJ45 Plug 2x2插頭

下表描述了製作非交叉電纜時 IE FC RJ45 Plug 2x2 的針腳分配和 IE FC 2x2 電纜四種顏色導線之間的對應關係。透過在一個接頭上交換髮送和接收線對也可以製作交叉電纜。

表 4 針腳分配

圖 12 IE FC RJ45 Plug 4x2插頭

下表描述了製作非交叉電纜時 IE FC RJ45 Plug 4x2 的針腳分配和 IE FC 4x2 電纜8種顏色導線之間的對應關係。透過在一個介面上交換髮送和接收線對也可以製作交叉電纜。

表 5 針腳分配

3。2。檢查乙太網電纜

如果檢查乙太網電纜插頭接線沒有問題，那麼需要考慮是否是乙太網電纜存在問題，例如電纜長度是否超出PROFINET IO通訊標準要求，檢查電纜中間是否有破損斷線等，必要時需要檢測電纜各個線芯之間是否都完好連通。

3。3 檢查乙太網光纜

如果乙太網光纜發生物理連線的故障，可以檢查使用的光纜型號是否匹配、光纜長度是否符合通訊標準要求、光纜是否有破損、彎曲位置是否滿足光纜的彎曲半徑要求，如果以上均無問題，那麼需要檢查光纖熔接是否滿足要求，接頭是否完好，必要時需要考慮重新進行光纖熔接工作。

3。4 更換電纜或光纜

如果無法判斷出物理連線鏈路故障出在哪個點上，那麼必要時需要考慮更換乙太網電纜或光纜進行測試。

如果不具備相應的檢測條件或沒有辦法排查出物理連線問題，可以聯絡西門子現場服務部門，由專業人員進行故障排查。

（三）PROFINET 干擾問題的初步診斷

1。概述

在做PROFINET IO 通訊除錯時經常遇到PROFINET IO通訊故障的情況，導致通訊故障的原因之一就是干擾問題，PROFINET IO通訊裝置往往執行在複雜的工業電磁環境中，不正確的遮蔽接地或不合規範的安裝就有可能導致通訊干擾問題，由於光訊號不受電磁干擾影響，這裡只介紹對於電訊號的干擾問題。

2。如何判斷干擾問題

如果PROFINET IO 通訊受到電磁干擾的影響，那麼一般可以透過以下方面進行簡單判斷：

2。1、透過PROFINET IO 通訊狀態進行判斷

如果在PROFINET IO通訊除錯或執行過程中，發現了以下的通訊現象，那麼可能是受到了電磁干擾的影響：

（1）通訊偶爾有中斷並恢復的情況發生。

（2）開啟某些現場裝置或特定操作時，通訊中斷，相反則通訊恢復正常。

2。2、透過STEP7線上診斷資訊進行判斷檢視IO 控制器的診斷緩衝區資訊，如何發現診斷緩衝區中存在IO控制器與IO裝置通訊經常故障與恢復的資訊，如下圖所示，那麼可能是受到了電磁干擾的影響：

圖 13 TIA PORTAL 裝置診斷緩衝區資訊

圖 14 STEP7 裝置診斷緩衝區資訊

3。如何排查解決干擾問題

如果發現了疑似電磁干擾導致PROFINET IO 通訊故障時，應該怎麼排查解決呢，下面將從以下幾個方面進行介紹：

3。1增加PROFINET IO通訊看門狗時間

由於PROFINET IO 通訊故障發生在看門狗時間內 IO 控制器沒有向 IO 裝置提供輸入或輸出資料（IO 資料），看門狗時間=IO資料丟失允許的更新週期數×重新整理時間，通常IO控制器會自動計算並分配，這個時間值一般較小，如果遇到電磁干擾的情況，在自動計算的看門狗時間內發生通訊故障的機率會加大，此時我們可以適當增加PROFINET IO通訊重新整理時間或IO資料丟失允許的更新週期數來加大看門狗時間。但這個方法可能無法解決嚴重的電磁干擾問題，建議透過之後的方式進行排除解決。