工業(yè)以太網(wǎng)堵塞斷網(wǎng)故障的分析與處理

楊虎濤

（云南中煙再造煙葉有限責(zé)任公司，云南昆明 650102）

0 引言

云南中煙再造煙葉有限責(zé)任公司再造煙葉工廠二車間DCS（Distributed Control System，分布式控制系統(tǒng)）采用多套西門子S7-300+S7-400 作為控制器由西門子PCS7 軟件進(jìn)行集成的，由四川高達(dá)科技有限公司于2013 年設(shè)計(jì)完成投入使用。

該系統(tǒng)的人機(jī)界面由WinCC 上位機(jī)系統(tǒng)“C/S，客戶機(jī)/服務(wù)器 模式”和西門子操作屏（MP377、MP370、OP277 等）組成。之前該系統(tǒng)一直穩(wěn)定運(yùn)行，近段時(shí)間不定期的出現(xiàn)新提取段WinCC 客戶機(jī)程序死機(jī)故障，嚴(yán)重影響到操作人員的工作，增加操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，給產(chǎn)品質(zhì)量控制帶來極大是風(fēng)險(xiǎn)，因此操作現(xiàn)場使用的單臺(tái)WinCC 客戶機(jī)死機(jī)故障必須得到解決。

1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及硬件配置

（1）云南中煙再造煙葉有限責(zé)任公司再造煙葉工廠二車間的DCS 網(wǎng)絡(luò)配置見圖1。

（2）網(wǎng)絡(luò)地址及硬件配置情況見表1。

2 故障情況

出現(xiàn)WinCC 客戶端死機(jī)故障的電腦為 提取段現(xiàn)場操作電腦，IP 地址：10.75.22.28（見圖1）。該P(yáng)C 本地?zé)o程序，需要從服務(wù)器端讀取WinCC 控制程序，主要用于操作提取段新增加的提取、投料等設(shè)備。

在近期使用過程中，提取段操作電腦（WinCC 客戶端，IP 地址：10.75.22.28）不定期的出現(xiàn)WinCC 客戶端死機(jī)的故障，嚴(yán)重影響操作人員的操作。同一時(shí)段其他的WinCC 客戶端運(yùn)行正常，連接該段PLC（S7-300 6ES7 315-2EH14-0AB0）的操作屏（MP277）也正常運(yùn)行，沒有出現(xiàn)數(shù)據(jù)包丟失的情況。

通過ping“WinCC 服務(wù)器”，發(fā)現(xiàn)從該客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)包到服務(wù)器的平均丟包率在（10～20）%之間（發(fā)送100 個(gè)數(shù)據(jù)包，平局丟失18 個(gè)數(shù)據(jù)），而在中控室內(nèi)其他的WinCC 客戶端上ping“WinCC 服務(wù)器”則是正常的，丟包率為0%。

此故障在近段時(shí)間發(fā)生率不確定，有時(shí)候是一天出現(xiàn)多次死機(jī)故障，而有時(shí)候是連續(xù)2、3 天不出現(xiàn)故障，因此類似的系統(tǒng)軟故障在排查起來是非常困難的。

3 原因分析

（1）經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析，目前車間DCS 系統(tǒng)的WinCC 上位機(jī)采用C/S 結(jié)構(gòu)，在提取段操作電腦（WinCC 客戶端，IP 地址：10.75.22.28）出現(xiàn)丟包情況嚴(yán)重，WinCC 死機(jī)的情況下，其余WinCC 客戶端節(jié)點(diǎn)是正常使用的，同時(shí)服務(wù)器能正常訪問所有的PLC 站點(diǎn)。且從同一個(gè)交換機(jī)連出的操作屏（MP277）使用也正常，由此可以判定網(wǎng)絡(luò)連接在物理層上是正常的。

圖1 DCS 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

表1 網(wǎng)絡(luò)地址及硬件配置

（2）進(jìn)一步在故障計(jì)算機(jī)上通過命令行模式下的Tracert 命令跟蹤出問題WinCC 客戶機(jī)與WinCC 服務(wù)器的路由路徑，發(fā)現(xiàn)該WinCC 客戶機(jī)要操作新提取段的一個(gè)數(shù)據(jù)需要走的路徑見圖2。

圖2 客戶機(jī)數(shù)據(jù)傳輸路徑

圖3 改造后的客戶機(jī)數(shù)據(jù)傳輸路徑

（3）進(jìn)一步分析，MP277操作屏和WinCC客戶機(jī)（10.75.22.28）均與新提取段PLC（10.75.22.40）進(jìn)行通信，MP277操作屏正常而WinCC 客戶機(jī)（10.75.22.28）會(huì)不定期的出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)卡死堵塞故障，同時(shí)WinCC 服務(wù)器與新提取PLC 的通信也是正常的，因此分析故障原因集中于新提取PLC 上（S7-300 315-2EH14-0AB0，IP：10.75.22.40）。

（4）新提取PLC 為西門子S7-300 產(chǎn)品（315-2EH14-0AB0，IP：10.75.22.40）自帶2 個(gè)以太網(wǎng)接口，到西門子官網(wǎng)上查詢得知該兩個(gè)接口均為10 M/100 M 的自適應(yīng)端口。

（5）至此故障原因基本得到確認(rèn)：在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，新提取PLC（10.75.22.40）處于該故障的中轉(zhuǎn)站的位置，而其自身的以太網(wǎng)端口只是10 M/100 M 自適應(yīng)的，而與WinCC 服務(wù)器連接的交換機(jī)均為10 M/100 M/1000 M 自適應(yīng)的交換機(jī)，當(dāng)時(shí)施工時(shí)為了減少施工的網(wǎng)線放置量，就同時(shí)使用了該P(yáng)LC 的2 個(gè)以太網(wǎng)接口使該P(yáng)LC 作為新提取段的網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站。從數(shù)據(jù)通信量上來說，其他的交換機(jī)的數(shù)據(jù)交換能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于新提取段PLC（315-2EH14-0AB0）自身的通信量。這就造成數(shù)據(jù)量較小的MP277 操作屏（只與新提取段PLC 進(jìn)行通信）連接使用正常，而數(shù)據(jù)量較大的WinCC 客戶機(jī)（10.75.22.28）與服務(wù)器的通信隨著通信數(shù)據(jù)量的增加而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)堵塞（WinCC 服務(wù)器需要同時(shí)與7 套PLC 進(jìn)行通信，并匯總數(shù)據(jù)），進(jìn)而使WinCC 客戶機(jī)（10.75.22.28）不能讀取到WinCC 服務(wù)器的數(shù)據(jù)而造冊客戶端程序死機(jī)的情況。

4 解決方案

（1）把新提取段電控室內(nèi)的普通8 口交換機(jī)更換為性能更高的10 M/100 M/1000 M 自適應(yīng)的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。

（2）修改網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，取消新提取PLC（315-2EH14-0AB0）作為中繼網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的功能，重新放置網(wǎng)線把該P(yáng)LC 系統(tǒng)直接與服務(wù)器連接，以減少新提取段PLC 與服務(wù)器之間的路由路徑。

（3）提取段WinCC 客戶機(jī)（10.75.22.28）和MP277 操作屏直接連接到新更換的10 M/100 M/1000 M 交換機(jī)上，通過該交換機(jī)再與WinCC 服務(wù)器進(jìn)行通信，進(jìn)而讀取新提取PLC（10.75.22.40）的相關(guān)數(shù)據(jù)，其改造的網(wǎng)絡(luò)見圖3。

5 結(jié)束語

經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備改造后，現(xiàn)場通過命令行模式下的ping 工具進(jìn)行故障WinCC 客戶機(jī)與WinCC 服務(wù)器的數(shù)據(jù)包診斷，多次連續(xù)發(fā)送100 個(gè)數(shù)據(jù)包丟包率為0%，沒有再發(fā)生過數(shù)據(jù)包丟失的情況。改造后的網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過連續(xù)3 個(gè)月的使用運(yùn)行，之前不定時(shí)出現(xiàn)的WinCC 客戶機(jī)（10.75.22.28）死機(jī)故障，沒有再發(fā)生過，至此該故障得到徹底的解決。