交換機(jī)頻繁故障診斷與處理

劉成軍

（江蘇沙鋼集團(tuán)淮鋼特鋼股份有限公司設(shè)備處，江蘇淮安 223002）

交換機(jī)頻繁故障診斷與處理

劉成軍

（江蘇沙鋼集團(tuán)淮鋼特鋼股份有限公司設(shè)備處，江蘇淮安 223002）

通過對整個工廠網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量，找到核心關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，并對全廠網(wǎng)絡(luò)重新統(tǒng)一規(guī)劃，完成全廠網(wǎng)絡(luò)組態(tài)及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的完善，減輕核心交換機(jī)的負(fù)擔(dān)，使整個網(wǎng)絡(luò)的各交換機(jī)數(shù)據(jù)通訊量均衡分布，消除交換機(jī)故障概率，保證生產(chǎn)順利運(yùn)行。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?；SCALANCE；環(huán)網(wǎng)冗余；網(wǎng)絡(luò)故障診斷

1 前言

某鋼鐵廠礦渣粉2#水泥庫底交換機(jī)采用西門子SCALANCE X204產(chǎn)品，自2009年投運(yùn)以來,經(jīng)常出現(xiàn)故障而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通訊中斷（故障頻率大約1個月）,且該交換機(jī)又是主干網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，其故障直接導(dǎo)致其他部分產(chǎn)線因網(wǎng)絡(luò)通訊故障而停機(jī)，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)。網(wǎng)絡(luò)的通信中斷，使中控集中監(jiān)控人員短時間內(nèi)難以掌握現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行情況，特別是關(guān)鍵調(diào)節(jié)參數(shù)得不到監(jiān)控，甚至可能導(dǎo)致設(shè)備安全事故。分廠經(jīng)過多次排查和整改替換，都沒有達(dá)到很好的效果，故障一直得不到解決。鑒于此，非常有必要對該故障進(jìn)行徹底查找和消除，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 鋼鐵廠網(wǎng)絡(luò)存在的主要問題

該鋼鐵廠自2008年投產(chǎn)第一條礦渣粉生產(chǎn)線以來，現(xiàn)已有多條礦渣粉生產(chǎn)線、水泥生產(chǎn)線、轉(zhuǎn)體爐生產(chǎn)線及熔分爐生產(chǎn)線。由于各產(chǎn)線于不同時段建設(shè)和投產(chǎn)，自動化控制系統(tǒng)又由不同廠家配套，再加上生產(chǎn)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)自始至終都沒有統(tǒng)一規(guī)劃，各新上產(chǎn)線的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)備選型和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)均由自動化系統(tǒng)成套廠家實(shí)現(xiàn)，并就近網(wǎng)點(diǎn)接入整個工廠網(wǎng)絡(luò)。沒有考慮網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)、級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀況及通信速率等因素，使整個工廠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較混亂，且各線所選擇的交換機(jī)品牌型號也存在差異，從而形成現(xiàn)在相互交織的混亂網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1）整個廠區(qū)的網(wǎng)絡(luò)沒有專門的規(guī)劃，導(dǎo)致現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不清且混亂。2）網(wǎng)絡(luò)以總線型為主體，在總線主干網(wǎng)絡(luò)上的交換機(jī)既有管理型，也存在非管理型；傳輸介質(zhì)有的是光纖，有的是電氣介質(zhì)。絕大部分管理型交換機(jī)都沒有重新配置，保留出廠的默認(rèn)設(shè)置，其管理功能存在不正確配置的現(xiàn)象。3）各產(chǎn)線隨意接入主網(wǎng)，導(dǎo)致各交換機(jī)在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換中負(fù)擔(dān)不均衡，也造成某些交換機(jī)成為某段網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換中心。4）各產(chǎn)線的主干網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)都是管理型帶雙光口交換機(jī)，型號為西門子SCALANCE204、308及400系列交換機(jī)，默認(rèn)設(shè)置為光口環(huán)網(wǎng)冗余設(shè)置。5）由于主干網(wǎng)絡(luò)接口數(shù)量限制、各生產(chǎn)線間的連接及后期改造增加設(shè)備等原因，分廠對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了增容及改造，級聯(lián)了下級網(wǎng)絡(luò)，級聯(lián)的下級網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)品牌及型號非常混雜。

3 故障排除及解決方案

3.1 故障排查過程

3.1.1 梳理最終拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

由于整個廠區(qū)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常混亂，各產(chǎn)線又不能同時停產(chǎn)，造成整個工廠的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)沒有整理，這對故障的排查增加了難度。要排除故障，首先必須對整個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行梳理。完整準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫蔷W(wǎng)絡(luò)管理的基礎(chǔ)，也是故障排查與改進(jìn)的基礎(chǔ)。

梳理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)工作量較大，特別是光纖介質(zhì)接口，需要測光驗(yàn)證，必然導(dǎo)致中斷網(wǎng)絡(luò)，影響生產(chǎn)，所以梳理工作安排在各生產(chǎn)線檢修和停產(chǎn)期間進(jìn)行。經(jīng)過幾個月的梳理和校驗(yàn)，最終得到原完整網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。圖1為最終主干網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

3.1.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖分析

圖1 廠區(qū)主干網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

從圖1中可以看出，整個廠區(qū)由多條不同生產(chǎn)線構(gòu)成一個大的總線型+樹型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。整個網(wǎng)絡(luò)可沿中間虛線分為兩大部分：1期礦粉及鋼粉磨系統(tǒng)（簡稱I段），2期礦粉磨及水泥系統(tǒng)（簡稱II段）。II段網(wǎng)絡(luò)以總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該段的總線主干網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要為從水泥包裝X202交換機(jī)到3#粉磨X204交換機(jī)。I段網(wǎng)絡(luò)以西門子X400交換機(jī)為中心的星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。兩段網(wǎng)絡(luò)通過2#水泥庫底X204交換機(jī)作為連接中心，實(shí)現(xiàn)了兩段網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。北門發(fā)貨樓5#～8#粉庫操作監(jiān)控電腦安裝在I段網(wǎng)絡(luò)，而監(jiān)控的數(shù)據(jù)卻來自II段網(wǎng)絡(luò)的5#～8#粉庫系統(tǒng)，經(jīng)過2#水泥庫底X204交換機(jī)、3臺民用級H3C交換機(jī)、2#鋼粉庫底X204交換機(jī)、信息中心網(wǎng)絡(luò)及民用級交換機(jī)DLink的多級級聯(lián)后，完成數(shù)據(jù)交換。這4臺民用級交換機(jī)長期不間斷的大量數(shù)據(jù)交換運(yùn)行，經(jīng)常會發(fā)生因發(fā)熱嚴(yán)重而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通信不暢的現(xiàn)象。

圖1中2#水泥庫底X204交換機(jī)是經(jīng)常發(fā)生故障的交換機(jī)，該交換機(jī)是連接兩段網(wǎng)絡(luò)的中心交換機(jī)，且是北門發(fā)貨樓水泥系統(tǒng)監(jiān)控中心的節(jié)點(diǎn)交換機(jī)，承擔(dān)了大量的數(shù)據(jù)交換任務(wù)。

3.1.3 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測

2#水泥庫底SCALANCE X204交換機(jī)為網(wǎng)管型交換機(jī)，帶有4個10/100 Mbit/s RJ45接口，2個100 Mbit/s多模BFOC接口，LED診斷功能，故障信號顯示，連接設(shè)置按鈕，冗余電源輸入，PROFINET IO設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)管理。

II段網(wǎng)絡(luò)主干網(wǎng)交換機(jī)均屬網(wǎng)管型交換機(jī)，且默認(rèn)情況下均設(shè)置為主冗余環(huán)網(wǎng)管理交換機(jī)。項(xiàng)目從安裝送電后一直沒有重新設(shè)置，且沒有形成網(wǎng)絡(luò)環(huán)形結(jié)構(gòu)，所以一直有報警指示，但不影響使用，該報警指示為環(huán)網(wǎng)故障。

根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)情況，需對整個主干網(wǎng)的管理型交換機(jī)設(shè)置進(jìn)行排查和糾正，滿足現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，并去除冗余環(huán)網(wǎng)功能，同時對于經(jīng)常出現(xiàn)故障的交換機(jī)，需要在線查看通信工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對其實(shí)時監(jiān)控，以便分析故障原因。

在對交換機(jī)進(jìn)行管理設(shè)置前，必須設(shè)置IP地址，而默認(rèn)狀態(tài)下沒有IP地址，故不能通過計(jì)算機(jī)對其進(jìn)行設(shè)置和監(jiān)控。設(shè)置交換機(jī)IP地址需要安裝西門子Primary Setup Tool軟件工具（簡稱PST）。通過PST工具，設(shè)置完IP地址后，可通過IE瀏覽器實(shí)現(xiàn)對交換機(jī)管理和數(shù)據(jù)監(jiān)控。

通過對2#水泥庫底交換機(jī)進(jìn)行在線監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)其數(shù)據(jù)通信量較大，比較其他主干網(wǎng)上的交換機(jī)通信量，增加220%，而且數(shù)據(jù)丟包的概率非常大，表明其通信不暢，網(wǎng)絡(luò)頻繁進(jìn)行數(shù)據(jù)連接和數(shù)據(jù)重發(fā)。

3.2 故障確認(rèn)

通過對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析及在線數(shù)據(jù)監(jiān)控，可以得出以下結(jié)論：1）2#水泥庫底交換機(jī)是北門發(fā)貨集中監(jiān)控和兩段網(wǎng)絡(luò)連接的核心交換機(jī)，承擔(dān)了較大的數(shù)據(jù)通信任務(wù)，網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)較大；2）5#～8#粉庫系統(tǒng)的監(jiān)控通過兩段網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)交換來實(shí)現(xiàn)，且經(jīng)過4臺民用級交換機(jī)，民用級交換機(jī)數(shù)據(jù)通信不是很穩(wěn)定，隨長時間運(yùn)行，容易發(fā)生丟包現(xiàn)象；3）I段網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信主要發(fā)生在監(jiān)控電腦與控制器之間，其間經(jīng)過3臺民用交換機(jī)（2臺H3C，1臺Dlink）串接，數(shù)據(jù)通信不穩(wěn)定，特別是3#礦粉庫的H3C交換機(jī)，是整個工廠網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換的核心交換機(jī)，讓普通民用級交換機(jī)承擔(dān)如此重要任務(wù)，不可避免的存在安全隱患；4）民用級交換機(jī)無管理功能，當(dāng)數(shù)據(jù)通信阻塞時，交換機(jī)雖不發(fā)生故障，但使數(shù)據(jù)頻繁丟包，導(dǎo)致2#水泥庫底交換機(jī)接收了大量的廢包數(shù)據(jù)，并承擔(dān)了大量數(shù)據(jù)處理任務(wù)，使發(fā)生故障的概率增大。

可以得出，2#水泥庫底交換機(jī)頻繁出現(xiàn)故障原因是由于整個網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃不合理導(dǎo)致的，造成了民用級交換機(jī)承擔(dān)了主干網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、局部交換機(jī)承擔(dān)了沉重的數(shù)據(jù)管理和交換任務(wù)。操作員站線路規(guī)劃不合理增加了兩段網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)交換量。

3.3 解決方案

3.3.1 處理措施

根據(jù)上述分析的結(jié)果，對整個網(wǎng)絡(luò)需要重新進(jìn)行規(guī)劃，消除局部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)阻塞，主要措施如下：1）對整個網(wǎng)絡(luò)的主干網(wǎng)絡(luò)管理交換機(jī)全部重新進(jìn)行了配置，滿足現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)置要求。2）減少兩段網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)交換量。兩段網(wǎng)絡(luò)間最大的數(shù)據(jù)交換量來自5#～8#粉庫監(jiān)控站，對該臺計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)路徑重新規(guī)劃，使其連接到北門發(fā)貨樓的1#Dlink交換機(jī)上。3）對兩段網(wǎng)絡(luò)間的連接點(diǎn)重新進(jìn)行了規(guī)劃。解除了3#水泥庫和3#礦粉庫間的網(wǎng)絡(luò)連接，兩段網(wǎng)絡(luò)間通過主干網(wǎng)交換機(jī)間進(jìn)行連接，即增加了中控室X212與X400交換機(jī)間的電氣口連接。4）對I段網(wǎng)絡(luò)主干網(wǎng)重新規(guī)劃。增加了3#粉庫X308到2#鋼粉庫底X204光纖連接，解除3#粉庫X308與H3C交換機(jī)的連接。5）解除中控室的X204 與Dlink交換機(jī)的連接，增加中控室X204與X308交換機(jī)間的連接。

3.3.2 處理后的結(jié)果

經(jīng)過上述的處理措施后，對2#水泥庫底交換機(jī)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)其網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)大大減少，與本段其他總線交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通信量是一致的，表明網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)均衡；民用級不再承擔(dān)主干網(wǎng)絡(luò)的作用，在半小時的監(jiān)測時間內(nèi)，沒有發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)丟包現(xiàn)象；經(jīng)過半年的運(yùn)行，沒有出現(xiàn)交換機(jī)死機(jī)的現(xiàn)象。由此可以看出達(dá)到了改造后的理想效果。

3.3.3 形成新的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)

經(jīng)查，工廠使用的西門子SCALANCE交換機(jī)都支持冗余環(huán)網(wǎng)功能，默認(rèn)的環(huán)網(wǎng)端口為光纖接口，搭建新的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)將每臺設(shè)備連接在一起，即保證1臺設(shè)備上發(fā)送的信號可以被環(huán)上其他所有的設(shè)備都看到。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)線纜連接中斷的情況出現(xiàn)時，交換機(jī)接收到此信息，激活其后備端口，使網(wǎng)絡(luò)通信恢復(fù)正常運(yùn)行。整個網(wǎng)絡(luò)重新組態(tài)將在0.3 s內(nèi)完成，待故障問題解決或消除后，將立即恢復(fù)原始拓?fù)?，大大提高了網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。

4 結(jié)語

完整準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。由于網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的多樣性、透明性、動態(tài)性，因此要靠嚴(yán)格的管理來加以完善，保證網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臏?zhǔn)確性。設(shè)置專人對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，嚴(yán)禁私自搭連網(wǎng)絡(luò)，以避免網(wǎng)絡(luò)故障的發(fā)生。網(wǎng)絡(luò)故障管理是網(wǎng)絡(luò)管理的基礎(chǔ)工作，主要包括故障檢測、定位、隔離、恢復(fù)等關(guān)鍵技術(shù)。快速有效采集該鋼鐵廠網(wǎng)絡(luò)故障監(jiān)視數(shù)據(jù)，得出優(yōu)化故障管理策略，快速定位網(wǎng)絡(luò)故障等則是解決此次網(wǎng)絡(luò)故障的關(guān)鍵工作。為了提高該鋼鐵廠工業(yè)以太網(wǎng)的可靠性，減少因網(wǎng)絡(luò)故障造成的損失，必須定期對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控和詳細(xì)分析，便于掌控整個的網(wǎng)絡(luò)動態(tài)，保障整個廠區(qū)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。

TP277

B

1004-4620（2017）02-0079-02

2017-01-27

劉成軍，男，1981年生，2004年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)電氣自動化專業(yè)?，F(xiàn)為江蘇沙鋼集團(tuán)淮鋼特鋼股份有限公司工程師，從事設(shè)備管理工作。