PROFINET工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷

吳永輝，曹 琦

（龍巖煙草工業(yè)有限責任公司，龍巖 364000）

1 PROFINET工業(yè)網(wǎng)概述

PROFINET是新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動化總線標準，PROFINET網(wǎng)絡(luò)具有開放性、實時性、靈活性、高效率和高性能的特性，可以直接連接現(xiàn)場設(shè)備，支持分布的自動化控制方式，可在各種平臺上進行快速進行的數(shù)據(jù)交換，為制造業(yè)和過程工業(yè)提供高效的解決方案，因此得到了廣泛的發(fā)展。PROFINET網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)代工業(yè)控制中發(fā)揮著重要的作業(yè)，因此一旦網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，將帶來巨大的經(jīng)濟損失和安全隱患。

2 Profinet常見的故障類型

2.1 物理層故障

物理層位于OSI模型中最底層，為傳輸數(shù)據(jù)提供所需要的物理鏈路，主要由傳輸介質(zhì)和鏈接器等組成，因此具有機械特性和電氣特性。PROFINET傳輸介質(zhì)通常采用雙絞線和光纖。物理層故障主要包括通信介質(zhì)斷開、硬件故障、網(wǎng)絡(luò)拓撲圖混亂、網(wǎng)絡(luò)布線不規(guī)范、外界干擾強磁等影響，其中介質(zhì)斷開和插頭接觸不良是最常見的故障。

2.2 網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層故障

網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層分別位于OSI模型中第三層和第四層，也是容易引起網(wǎng)絡(luò)故障，通常故障主要包括IP地址沖突、IP地址配置錯誤、路由錯誤、丟包、錯誤數(shù)據(jù)幀及報文、設(shè)備過載、網(wǎng)絡(luò)端口設(shè)置錯誤、設(shè)備固件版本不兼容等組成。

2.3 應(yīng)用層

PROFINET網(wǎng)絡(luò)故障主要體現(xiàn)在硬件組態(tài)錯誤、DHCP錯誤、DNS錯誤等。

3 Profinet的故障診斷方法

遇到Profinet網(wǎng)絡(luò)故障時，首先要識別網(wǎng)絡(luò)故障現(xiàn)象，對故障現(xiàn)象進行詳細的分析，列舉可能引起故障的原因，常用的故障診斷方法有一下幾種：

3.1 查看設(shè)備硬件狀態(tài)指示燈

通常硬件生產(chǎn)廠商對一些常見的故障會通過設(shè)備狀態(tài)指示燈的直觀地顯示出來，通過判斷LED的顏色、閃爍頻次，就能夠快速準確的判斷出當前的故障類型。如西門子SCALANCE系列交換機大部分自帶LED診斷，常見LED診斷包括F、L1、L2、P、RM等指示燈，通過LED可以快速診斷當前電源、鏈路狀態(tài)、數(shù)據(jù)通訊、和信號觸點狀態(tài)；

3.2 網(wǎng)線測試儀

在工程施工布線中，最常使用的工具就是網(wǎng)絡(luò)測線儀，借助該工具可快速判斷雙絞線中的八根芯線的連通性，對每根線進行測試，快速判斷出網(wǎng)絡(luò)布線是否存在斷線問題。

更高端的網(wǎng)線測試儀如福祿克FLuke DSX-5000可以獲取更多的通信電纜信息，如電纜長度、信號衰減情況、信號干擾情況等，還可快速顯示雙絞線布線圖。

3.3 通過PING命令

PING全稱Packet Internet Groper，是因特網(wǎng)包探索器，為Windows、Unix和Linux系統(tǒng)采用命令，基于TCP/IP通信協(xié)議，是端對端連通，PING發(fā)送一個ICMP因特網(wǎng)信報控制協(xié)議，目標地址接收到后會發(fā)回回聲請求（ICMP回聲應(yīng)答），主要用于檢查網(wǎng)絡(luò)是否通暢或者網(wǎng)絡(luò)連接速度的命令，簡易快速地幫助我們分析和判定網(wǎng)絡(luò)故障。

3.4 通過設(shè)備的管理軟件診斷

通常的管理型的PROFINET網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如西門子SCALANCE X300 X400系列都自帶管理功能，直接輸入配置的ip地址通過直接web瀏覽器訪問。通過一個標準瀏覽器，即可讀取設(shè)備運行狀態(tài)、固件版本號、調(diào)整組態(tài)與診斷設(shè)置、網(wǎng)絡(luò)鏈接統(tǒng)計信息、訪問系統(tǒng)日志文件。

3.5 SNMP標準判斷

簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP），也是基于TCP/IP協(xié)議，是在IP網(wǎng)絡(luò)中管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的標準協(xié)議，由一組網(wǎng)絡(luò)管理的標準組成，包含應(yīng)用層協(xié)議、數(shù)據(jù)庫模型和資源對象，支持網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，用以監(jiān)測連接到網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備，能提高網(wǎng)絡(luò)管理效能，及時發(fā)現(xiàn)并解決網(wǎng)絡(luò)問題。還可通過SNMP接收網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的通知消息以及告警事件報告等來獲知網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的問題。

在一個集控系統(tǒng)中，可通過OPC通信實時監(jiān)控帶有SNMP的交換機如西門子SCALANCE X-300和SCALANCE X-400型交換機。首先要對交換機通過Step7進行SNMP、OPC組態(tài)，通過配置SNMP變量來監(jiān)測設(shè)備運行狀況。SNMP變量可以通過導(dǎo)入交換機的MIB文件獲得，其中mgmt的信息全部為標準的SNMP信息。當設(shè)備出現(xiàn)故障時，出錯報文（SNMP陷阱）通過SNMP反饋并被發(fā)現(xiàn)，通過上位集控系統(tǒng)或者或電子郵件發(fā)給指定的網(wǎng)絡(luò)管理員。

3.6 專業(yè)網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)

目前市場上有專門針對PROFINET工業(yè)網(wǎng)的專業(yè)網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)，如西門子PROFINET網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和診斷工具。這些工具可以具有更友好的顯示界面、快速的部署設(shè)置，可以提供完整的網(wǎng)絡(luò)信息，可實現(xiàn)24小時在線監(jiān)控，預(yù)防工業(yè)生產(chǎn)中高成本的突發(fā)性停機，并且可以記錄故障數(shù)據(jù)，發(fā)出報警。

4 結(jié)束語

總之，隨著PROFINET工業(yè)網(wǎng)的廣泛使用，PROFINET工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷是未來重要的一個主題。工業(yè)網(wǎng)故障診斷技術(shù)近年來也不斷發(fā)展，成為研究的重要課題，只有針對故障類型選擇合適的方法，才能準確的排除故障，保證設(shè)備的正常運行。