鲁达 案例一
某烟厂在制丝车间的控制网络使用的是PROFINET的网络。现场反映PROFINET控制网络经常会出现网络中断的故障现象。现场的网络拓扑如下图1所示。
图1、制丝车间PROFNET的网络拓扑结构
从上图1可以看到S7-400的PLC连接到了SCLANCE XM414的交换，然后SCLANCE XM414的交换机再次级联X200的交换机，再由X200的交换机去连接分布式IO站；有的二次级联X200交换机后连接分布式IO站。且在有的分支线上的终端连接有S7-300PLC。图2为图1放大图的部分。
图2、拓扑图的部分放大图
在连接S7-400与SCALANCE XM414的网线进行数据抓包分析，可以看到通过此线路既有PNIO的通信数据包也有S7的通信数据包，且在一些时刻PNIO的通信的频繁程度与S7通信的频繁程度差不多，如下图3所示。
图3、PLC下连网络的数据抓包情况
对图3中的数据包进行分析，如下图4所示。从图4可以看出有时S7的通信负载高于PNIO的通信负载。
图4、S7通信负载高于PNIO的通信负载的情况
当图4的情况发生且持续的时间很长，就会造成当PNIO的数据和S7通信的数据都到达SCALANCE XM414的时候，XM400交换机把PNIO数据帧的优先级由6变为了0，也就是PNIO的数据不具有了优先级。此时当有大量的S7通信的数据发生时就会造成PNIO的通信延迟。这样就会造成PNIO掉站的故障。
所以XM400的交换机虽然价格高，但它主要用于骨干网的交换机而不是是用于PNIO通信链路上的交换机。所以不能把XM400的交换机级联在PNIO通信的链路中。对于PNIO的通信建议用PNIO的专用交换机X200系列交换机，X200交换机可以保证PNIO的优先级出入X200交换机时不变。而此案例的特殊之处在于由于网络架构的不合理导致了S7通信与PNIO的通信共用逻辑链路且当通信量大时就会出现PNIO通信故障的现象。
案例二
（一）PLC系统硬件配置
该设备采用的是CPU319-3PN/DP 、ET200S分布式I/O和 CP343-1通信处理器组成的Profinet网络以及CPUCPU319-3PN/DP与EM277 、S7-200CN组成的Profibus网络。系统网络拓扑结构如下图所示，红色框中是PROFIBUS-DP网络，通过EM277与16个S7200CN PLC通讯。绿色框中是ET200S远程IO模块，蓝色框中是CP343-1 通讯子站模块，它们与PLC进行PROFINET 通讯。
（二）现场问题描述
在实际的生产过程中，该系统的PLC偶尔出现突然进入STOP模式的故障，导致整线停机，重新启动或将拨动开关从RUN打到STOP，再打回RUN模式（暖启动），故障就会消失。该设备已经工作9年了，一直运行稳定，此种故障发生的时间和频率没有规律可寻。
（三）问题的分析与解决过程
（A）故障分析
（1）我们首先想到的是进行硬件诊断，查看诊断缓冲区记录的PLC报警信息。但是，在故障状态下查看诊断缓冲区记录如下图所示：
我们将记录上限调整为最大值（500条），但是都是I/O访问错误。而且出错的地址并不相同。查看程序，I/O访问错误组织块OB122已存在，因此可以确定PLC的停止与此无关。但是，出错时的故障信息都被I/O访问错误给顶掉了，因此我们需要先解决I/O访问错误的问题。
（2）寻找I/O访问错误，通过查看访问地址，以及硬件组态信息，发现缓冲区所涉及到的地址为PROFIBUS网络中子站（EM277）的地址。这些子站在单个设备中，由于生产需要，没有生产的设备需断电。因此程序在寻址的时候没有找到相应硬件，从而产生报警。
将停开的设备上电，再进行监控，发现大部分的报警信息已经不再更新了。但是，500条诊断缓冲区记录还是被一个设备的I/O错误占用着。继续用上述方法查找相关设备。最终找到了是DP 地址为28的子站，为了扩容的考虑，厂家先把其硬件组态和程序下载至PLC，但实际的硬件是不存在的。（我们DP子站实际是有15个，但组态里是16个）。因此，将该子站删除，并把相应的读取子站信息的程序屏蔽掉。如下图所示：
至此，PLC就不会产生I/O错误，诊断缓冲区中的诊断记录也不再更新，下一步静等故障的再次来临。
（3）找到元凶，经过几天的等待，故障终于再次发生，我们第一时间进行了模块信息的读取，并查看诊断缓冲区，由于没有I/O访问错误的干扰，立即就发现了端倪。如下图所示：
从诊断信息中可以看出：在08:06:45.068到08:36:45.402时间内（不到400ms），有一个PROFINET IO模块（站编号：3）发生了硬件插拔错误，由于程序没有OB83（硬件插拔错误中断组织块）导致CPU进入了STOP模式，随后又立即回复了正常。它的诊断地址是：8168。随后我们立即在硬件组态中找到了它。它是ET200S远程IO模块（地址为3）下面挂着的电机启动器上的电源模块PM-D，如下图所示：
（B）故障处理
随后我们立即赶到设备现场，找到了该模块，如下图所示，先没碰PM-D电源模块，而是晃动下面的接线端子，在晃动的过程中会发现该模块SF红灯闪一下就灭，可以确定问题就出现在这里。用力按下电源模块，听见一声“咔”，再次晃动接线端子，SF红灯不再亮了。为了再次确认问题的症结是否是这里。我们又返回PLC处，查看诊断信息，刚才PM-D电源模块SF红灯闪时都有记录，并且和PLC发生故障时的诊断信息一致。至此，兵不见血刃解决问题。
（四）经验总结
（1）遗留的问题
本次的故障实际上很明显，就是PROFINET 网络中的其中一个节点发生了模块松动，从而触发硬件插拔故障，而PLC没有相应的中断组织块（OB83），导致CPU进入STOP模式。且PLC的诊断信息已经定位到了该点，只是I/O错误将该诊断信息顶掉了，给判断增加了难度。
（2）改进方法
因此，在做项目的时候，尽量保证PLC正常运行时不要报系统错误，虽然有相应的组织块保证CPU不至于进入STOP模式，但是会给判断其他故障带来难度。关于Profibus网络故障分析实例可以参考以前分享过的一篇文章《为了一个自控项目，我差点告老还乡》！
Profinet通讯故障处理方法
（一）通过状态 LED 进行PROFINET IO通讯初步诊断
1. 概述
SIMATIC 设备 PROFINET 接口的每个端口都有一个 LED 指示灯。借助于 PROFINET 设备的 LED 的状态和错误指示灯，可以诊断出通讯中的错误或 PROFINET 模块的错误状态。
2. LED指示灯含义
下表汇总了 S7-1500、ET 200MP、ET 200SP 和 ET 200AL 系统中这些 LED 指示灯的含义：
表 1 PROFINET 接口端口LED 指示灯含义1
下表汇总了 S7-300、400、ET 200M、ET 200S 、ET200ECO PN和 ET 200PRO 系统中这些 LED 指示灯的含义：
表 2 PROFINET 接口端口LED 指示灯含义2
（二）PROFINET IO通讯物理连接故障初步诊断
1.概述
在做PROFINET IO 通讯调试时经常遇到PROFINET IO通讯不通的情况，在使用多种诊断工具进行诊断时，可能会发现有物理连接链路的问题存在，这里介绍一下通过哪些工具发现物理连接问题，以及基本的排查物理连接问题的方法。
2.确认物理连接故障
如果PROFINET IO 通讯存在物理连接链路故障，那么通常可以通过以下几个工具或方式发现故障，有时可能需要综合多方面进行判断：
2.1、通过以太网线测线仪进行测试（电缆）
图 1 以太网线测线仪
2.2、通过激光笔简单测试或通过专业光纤检测仪器测试（光缆）
图 2 激光笔简单测试
图 3 专业光纤检测仪器测试
2.3、通过观察PROFINET 端口LED指示灯状态
表 3 ET200M PN端口指示灯含义
2.4、如果设备分配了IP地址，可以通过Ping指令测试到设备的网络连接状态
图 4 网络畅通Ping指令结果
2.5、通过PST工具进行以太网节点扫描
图 8 STEP7编辑以太网节点功能
2.6、通过STEP7软件在线诊断
图 8 STEP7编辑以太网节点功能
图 9 设备以太网接口连接状态
图 10 TIA Step7 可访问设备扫描功能
3.如何排查解决物理连接故障
如果发现了物理连接故障，那么如何排查故障点，如何解决链路故障呢？下面就以下常用的几个方面进行介绍。
3.1.检查以太网电缆接头
如果以太网电缆发生物理连接的故障，首先可以检查以太网电缆插头接线是否有问题，包括连接线序是否正确、交叉直连方式是否正确、接线是否牢固可靠等，可以选择重新制作以太网接头，以下是西门子常用的以太网电缆插头的接线方法：
图 11 IE FC RJ45 Plug 2x2插头
下表描述了制作非交叉电缆时 IE FC RJ45 Plug 2x2 的针脚分配和 IE FC 2x2 电缆四种颜色导线之间的对应关系。通过在一个接头上交换发送和接收线对也可以制作交叉电缆。
表 4 针脚分配
下表描述了制作非交叉电缆时 IE FC RJ45 Plug 4x2 的针脚分配和 IE FC 4x2 电缆8种颜色导线之间的对应关系。通过在一个接口上交换发送和接收线对也可以制作交叉电缆。
表 5 针脚分配
3.2.检查以太网电缆
如果检查以太网电缆插头接线没有问题，那么需要考虑是否是以太网电缆存在问题，例如电缆长度是否超出PROFINET IO通讯标准要求，检查电缆中间是否有破损断线等，必要时需要检测电缆各个线芯之间是否都完好连通。
3.3 检查以太网光缆
如果以太网光缆发生物理连接的故障，可以检查使用的光缆型号是否匹配、光缆长度是否符合通讯标准要求、光缆是否有破损、弯曲位置是否满足光缆的弯曲半径要求，如果以上均无问题，那么需要检查光纤熔接是否满足要求，接头是否完好，必要时需要考虑重新进行光纤熔接工作。
3.4 更换电缆或光缆
如果无法判断出物理连接链路故障出在哪个点上，那么必要时需要考虑更换以太网电缆或光缆进行测试。
如果不具备相应的检测条件或没有办法排查出物理连接问题，可以联系西门子现场服务部门，由专业人员进行故障排查。
（三）PROFINET 干扰问题的初步诊断
1.概述
在做PROFINET IO 通讯调试时经常遇到PROFINET IO通讯故障的情况，导致通讯故障的原因之一就是干扰问题，PROFINET IO通讯设备往往运行在复杂的工业电磁环境中，不正确的屏蔽接地或不合规范的安装就有可能导致通讯干扰问题，由于光信号不受电磁干扰影响，这里只介绍对于电信号的干扰问题。
2.如何判断干扰问题
如果PROFINET IO 通讯受到电磁干扰的影响，那么一般可以通过以下方面进行简单判断：
2.1、通过PROFINET IO 通讯状态进行判断
如果在PROFINET IO通讯调试或运行过程中，发现了以下的通讯现象，那么可能是受到了电磁干扰的影响：
（1）通讯偶尔有中断并恢复的情况发生。
（2）开启某些现场设备或特定操作时，通讯中断，相反则通讯恢复正常。
2.2、通过STEP7在线诊断信息进行判断查看IO 控制器的诊断缓冲区信息，如何发现诊断缓冲区中存在IO控制器与IO设备通讯经常故障与恢复的信息，如下图所示，那么可能是受到了电磁干扰的影响：
图 13 TIA PORTAL 设备诊断缓冲区信息
3.如何排查解决干扰问题
如果发现了疑似电磁干扰导致PROFINET IO 通讯故障时，应该怎么排查解决呢，下面将从以下几个方面进行介绍：
3.1增加PROFINET IO通讯看门狗时间
由于PROFINET IO 通讯故障发生在看门狗时间内 IO 控制器没有向 IO 设备提供输入或输出数据（IO 数据），看门狗时间=IO数据丢失允许的更新周期数×刷新时间，通常IO控制器会自动计算并分配，这个时间值一般较小，如果遇到电磁干扰的情况，在自动计算的看门狗时间内发生通讯故障的概率会加大，此时我们可以适当增加PROFINET IO通讯刷新时间或IO数据丢失允许的更新周期数来加大看门狗时间。但这个方法可能无法解决严重的电磁干扰问题，建议通过之后的方式进行排除解决。
图 15 TIA PORTAL下修改PROFINET IO设备看门狗时间、
3. PST下载链接
3.2检查PROFINET IO通讯设备安装是否符合规范
PROFINET IO通讯干扰问题多数情况是由于设备安装不符合PROFINET IO通讯的安装规范引起的，例如屏蔽未接好、接地不可靠、与干扰源距离过近等等，符合规范的安装可以避免电磁干扰导致通讯故障问题的发生。可以参考以下PROFINET 的简要安装要求：
（1）PROFINET 的布线
为了减少电场、磁场耦合，PROFINET与其它电源电缆的骚扰源并行的间距越大越好,符合IEC 61918 的规定，PROFINET屏蔽电缆与其它电缆最小距离参考表1，PROFINET可以与其它数据线、网线、屏蔽的模拟量电缆一起布线，如果是无屏蔽的电源线最小间距是200mm。
与PROFINET电缆 布线间距 | |||
带有或不带有非金属桥架 | 铝制桥架 | 钢制桥架 | |
信号电缆 | |||
其它的PROFINET电缆 | 0mm | 0mm | 0mm |
电源电缆 | |||
非屏蔽电源电缆 | 200mm | 100mm | 50mm |
屏蔽电源电缆 | 0mm | 0mm | 0mm |
表 6 PROFINET 与其它电缆的最小距离
与不同类型的电缆必须交叉布线时，交叉角度最好为90 度，减少线线间串扰，如果不能满足最小间距，也可以应选择屏蔽保护,如带有隔离的电缆桥架，如图 17 所示。
图 17 PROFINET 电缆布线1
在没有隔离的条件下，在一个电缆槽中应隔离，并将隔离金属板大面积可靠接地，如图18 所示。
图 18 PROFINET 电缆布线2
如果距离较远的两个车间连接,由于PROFINET 电缆从交换机到设备终端允许的最大距离为100 米，如果增加距离需要使用更多的交换机作为中继器，这种情况下强烈推荐使用光纤进行连接。如图 19 所示。
（2）PROFINET 的屏蔽接地
PROFINET 的屏蔽层要求多端大面积接地以保证屏蔽层等电位，所以应连接所有屏蔽层以及标有接地符号的连接器到整个车间的等电位系统（功能地），避免地环流流过PROFINET的屏蔽层，建筑物的等电位系统与整个车间的等电位系统应尽可能多次连接，如图20 所示。
图 20 PROFINET 屏蔽层接地1
电缆在进入电气柜后应先连接屏蔽汇流排,减少干扰电流流经PLC 整体如图21 所示。
图 21 PROFINET 屏蔽层接地2
3.3更换设备测试
如果无法判断出电磁干扰问题出在哪个位置，或无法判断设备安装哪里存在问题，那么可以必要时需要考虑更换以太网电缆或接头等设备进行测试。
如果不具备相应的检测条件或没有办法排查出电磁干扰问题，可以联系西门子现场服务部门，由专业人员进行故障排查。
（四）使用PST初步诊断PROFINET
1. 概述
在做PROFINET IO 通讯调试时经常遇到PROFINET IO通讯不通的情况，诊断时可以利用多种诊断工具和方法，这里介绍一下使用PST工具进行初步诊断的操作，以及可以看到哪些相关的诊断信息。
2. PST软件的功能介绍
使用PST工具，可为 SIMATIC NET 网络组件、以太网 CP 以及网关设备分配地址及网络参数，这样无需其它配置软件即可使得网络设备具备基本的通讯能力。根据网络组件及接口的不同性能，PST工具可能具有以下功能：
• 基本功能：
– 浏览具有以太网接口的设备
– 调用基于WEB管理
– 将配置下载至网络组件
– 通过DOS命令行窗口使用其相关功能
• 配置 Ind. Ethernet / PROFINET
– IP地址设置
前提条件：此台 SIMATIC NET 网络设备具有一个预设定的以太网 (MAC) 地址，并且在网络中处于在线可访问状态。
3. PST下载链接
西门子工业技术支持网站提供下载V4.1 和 V4.2 的PST软件，下载链接：
4. 使用PST软件进行PROFINET 通讯故障初步诊断
4.1 基本配置及使用
PST工具使用及设置比较简单，首先需要进行PG/PC 接口的设置，接口选择使用的物理网卡：
图 27 PST setting
图 28 设置PG/PC接口
设置完 PG/PC接口后，即可进行下一步操作，扫描所有的可访问的以太网节点：
图 29 PST扫描以太网节点
图 30 PST扫描以太网节点结果
图 31 PST扫描以太网节点设备信息
4.2 PST 节点扫描获得的信息
通过PST工具进行以太网节点扫描后，可以得到以下相关信息：
（1）设备是否扫描到并显示到节点列表中（见图5 ①部分）
（2）以太网节点MAC地址（见图5 ②部分）
（3）以太网节点设备名称（见图5 ③部分）
（4）以太网节点的IP地址（见图5 ④部分）
4.3 初步诊断分析
根据PST工具得到的以上信息，可以进行以下的初步诊断：
（1）PROFINET IO通讯故障设备是否能够扫描到，如果扫描不到，那么可能的原因是物理连接不通或是硬件设备问题或是PST软件安装有问题，需要进一步检查物理连接及硬件是否完好。
（2）扫描到的PROFINET IO设备的MAC地址与设备名称对应关系是否完全正确，如果不一致，那么可能的原因是设备名称错误的分配给了其它设备。
（3）扫描到的PROFINET IO设备是否有设备名称，名称是否与项目硬件组态中一致，如果不一致，可能是未进行分配设备名称的操作，需要重新分配设备名称。
（4）扫描到的PROFINET IO设备是否有IP地址，如果没有，则说明PROFINET IO控制器没有将设备参数成功分配给PROFINET IO设备，可能的原因是设备名称有差异或硬件组态有问题，建议检查，也可以恢复IO设备的出厂设置测试。
问题，建议检查，也可以恢复IO设备的出厂设置测试。
以恢复IO设备的出厂设置测试。
以恢复IO设备的出厂设置测试。
以恢复IO设备的出厂设置测试。