Profinet故障診斷入門

在分析PROFINET IO 通訊故障時,可以通過以下的方法進行故障的初步診斷。

通過狀態 LED 進行PROFINET IO通訊初步診斷

PROFINET IO通訊物理連接故障初步診斷

PROFINET 干擾問題的初步診斷

Ping指令如何使用

使用PST初步診斷PROFINET

通過狀態 LED 進行PROFINET IO通訊初步診斷

1. 概述

SIMATIC 設備 PROFINET 接口的每個端口都有一個 LED 指示燈。借助于 PROFINET 設備的 LED 的狀態和錯誤指示燈，可以診斷出通訊中的錯誤或 PROFINET 模塊的錯誤狀態。

2. LED指示燈含義

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

表 1 PROFINET 接口端口LED 指示燈含義1

下表匯總了 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 接口端口LED 指示燈含義2

3. 更多信息

關于借助于 LED 的狀態和錯誤顯示燈來進行診斷的更多信息，請參考所述的 PROFINET 設備的相應手冊。

PROFINET IO通訊物理連接故障初步診斷

1. 概述

在做PROFINET IO 通訊調試時經常遇到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接鏈路的問題存在，這里介紹一下通過哪些工具發現物理連接問題，以及基本的排查物理連接問題的方法。

2.確認物理連接故障

如果PROFINET IO 通訊存在物理連接鏈路故障，那么通常可以通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、通過以太網線測線儀進行測試（電纜）

圖 1 以太網線測線儀

2.2、通過激光筆簡單測試或通過專業光纖檢測儀器測試（光纜）

圖 2 激光筆簡單測試

圖 3 專業光纖檢測儀器測試

2.3、通過觀察PROFINET 端口LED指示燈狀態

表 3 ET200M PN端口指示燈含義

2.4、如果設備分配了IP地址，可以通過Ping指令測試到設備的網絡連接狀態

圖 4 網絡暢通Ping指令結果

圖 5 網絡不暢通Ping指令可能結果1

圖 6 網絡不暢通Ping指令可能結果2

2.5、通過PST工具進行以太網節點掃描

圖 7 PST工具掃描以太網節點結果

2.6、通過STEP7軟件在線診斷

圖 8 STEP7編輯以太網節點功能

圖 9 設備以太網接口連接狀態

圖 10 TIA Step7 可訪問設備掃描功能

3.如何排查解決物理連接故障

如果發現了物理連接故障，那么如何排查故障點，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.檢查以太網電纜接頭

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

圖  11 IE FC RJ45 Plug 2x2插頭

下表描述了制作非交叉電纜時 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系。通過在一個接頭上交換發送和接收線對也可以制作交叉電纜。

表 4 針腳分配

圖 12 IE FC RJ45 Plug 4x2插頭

下表描述了制作非交叉電纜時 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系。通過在一個接口上交換發送和接收線對也可以制作交叉電纜。

表 5 針腳分配

3.2.檢查以太網電纜

如果檢查以太網電纜插頭接線沒有問題，那么需要考慮是否是以太網電纜存在問題，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 檢查以太網光纜

如果以太網光纜發生物理連接的故障，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，那么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接鏈路故障出在哪個點上，那么必要時需要考慮更換以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接問題，可以聯系西門子現場服務部門，由專業人員進行故障排查。

PROFINET 干擾問題的初步診斷

1.概述

在做PROFINET IO 通訊調試時經常遇到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通訊設備往往運行在復雜的工業電磁環境中，不正確的屏蔽接地或不合規范的安裝就有可能導致通訊干擾問題，由于光信號不受電磁干擾影響，這里只介紹對于電信號的干擾問題。

2.如何判斷干擾問題

如果PROFINET IO 通訊受到電磁干擾的影響，那么一般可以通過以下方面進行簡單判斷：

2.1、通過PROFINET IO 通訊狀態進行判斷

如果在PROFINET IO通訊調試或運行過程中，發現了以下的通訊現象，那么可能是受到了電磁干擾的影響：

①通訊偶爾有中斷并恢復的情況發生。

②開啟某些現場設備或特定操作時，通訊中斷，相反則通訊恢復正常。

2.2、通過STEP7在線診斷信息進行判斷查看IO 控制器的診斷緩沖區信息，如何發現診斷緩沖區中存在IO控制器與IO設備通訊經常故障與恢復的信息，如下圖所示，那么可能是受到了電磁干擾的影響：

圖 13 TIA PORTAL 設備診斷緩沖區信息

圖 14 STEP7 設備診斷緩沖區信息

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，應該怎么排查解決呢，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

由于PROFINET IO 通訊故障發生在看門狗時間內 IO 控制器沒有向 IO 設備提供輸入或輸出數據（IO 數據），看門狗時間=IO數據丟失允許的更新周期數×刷新時間，通常IO控制器會自動計算并分配，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概率會加大，此時我們可以適當增加PROFINET IO通訊刷新時間或IO數據丟失允許的更新周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，建議通過之后的方式進行排除解決。

圖 15 TIA PORTAL下修改PROFINET IO設備看門狗時間、

圖 16 STEP7下修改PROFINET IO設備看門狗時間

3.2檢查PROFINET IO通訊設備安裝是否符合規范

PROFINET IO通訊干擾問題多數情況是由于設備安裝不符合PROFINET IO通訊的安裝規范引起的，例如屏蔽未接好、接地不可靠、與干擾源距離過近等等，符合規范的安裝可以避免電磁干擾導致通訊故障問題的發生。可以參考以下PROFINET 的簡要安裝要求：

1、 PROFINET 的布線
為了減少電場、磁場耦合，PROFINET與其它電源電纜的騷擾源并行的間距越大越好,符合IEC 61918 的規定，PROFINET屏蔽電纜與其它電纜最小距離參考表1，PROFINET可以與其它數據線、網線、屏蔽的模擬量電纜一起布線，如果是無屏蔽的電源線最小間距是200mm。

	與PROFINET電纜 布線間距
	帶有或不帶有非金屬橋架	鋁制橋架	鋼制橋架
信號電纜
其它的PROFINET電纜 PROFIBUS電纜 PC數據電纜 編程設備數據電纜 打印機數據電纜 模擬量輸入信號屏蔽電纜等	0mm	0mm	0mm
電源電纜
非屏蔽電源電纜	200mm	100mm	50mm
屏蔽電源電纜	0mm	0mm	0mm

表 6 PROFINET 與其它電纜的最小距離

與不同類型的電纜必須交叉布線時，交叉角度最好為90 度，減少線線間串擾，如果不能滿足最小間距，也可以應選擇屏蔽保護,如帶有隔離的電纜橋架，如圖 17 所示。

圖 17 PROFINET 電纜布線1

在沒有隔離的條件下，在一個電纜槽中應隔離，并將隔離金屬板大面積可靠接地，如圖18 所示。

圖 18 PROFINET 電纜布線2

如果距離較遠的兩個車間連接,由于PROFINET 電纜從交換機到設備終端允許的最大距離為100 米，如果增加距離需要使用更多的交換機作為中繼器，這種情況下強烈推薦使用光纖進行連接。如圖 19 所示。

圖 19 PROFINET 電纜布線3

2、 PROFINET 的屏蔽接地

PROFINET 的屏蔽層要求多端大面積接地以保證屏蔽層等電位，所以應連接所有屏蔽層以及標有接地符號的連接器到整個車間的等電位系統（功能地），避免地環流流過PROFINET的屏蔽層，建筑物的等電位系統與整個車間的等電位系統應盡可能多次連接，如圖20 所示。

圖 20 PROFINET 屏蔽層接地1

電纜在進入電氣柜后應先連接屏蔽匯流排,減少干擾電流流經PLC 整體如圖21 所示。

圖 21 PROFINET 屏蔽層接地2

以上簡單介紹了關于PROFINET IO通訊的安裝規范，詳細內容可以參考以下鏈接：

電纜的屏蔽與接地

SIMATIC NET 工業以太網裝配指南

PROFIBUS 國際組織提供的PROFINET 安裝向導

3.3更換設備測試

如果無法判斷出電磁干擾問題出在哪個位置，或無法判斷設備安裝哪里存在問題，那么可以必要時需要考慮更換以太網電纜或接頭等設備進行測試。

如果不具備相應的檢測條件或沒有辦法排查出電磁干擾問題，可以聯系西門子現場服務部門，由專業人員進行故障排查。

Ping指令如何使用

1.概述

在做PROFINET IO 通訊調試時經常遇到PROFINET IO通訊不通的情況，診斷時可以利用多種診斷工具和方法，這里介紹一下Ping指令的使用方法，利用"ping"命令可以檢查網絡是否連通，可以很好地幫助我們分析和判定網絡故障。

2.Ping指令的使用

2.1Ping指令的格式

常見的Ping指令格式如下：
'Ping'+空格+目的主機ip
'Ping'+空格+可選參數+空格+目的主機ip

2.2Windows環境下Ping指令的使用

可以通過組合鍵Windows+R或在開始菜單中打開運行命令框，之后輸入cmd，點擊確定，彈出DOS窗口：

圖 22運行命令框

圖 23 DOS窗口

以目的主機IP 192.168.0.140為例，測試Ping指令：

圖 24 Ping指令測試結果

結果表明，到主機地址192.168.0.140的網絡是暢通的，發送了4個數據包，目的主機返回了4個數據包，網絡延時小于1ms。

3.Ping指令常見故障結果及原因分析

3.1常見故障結果

1、Request timed out（請求超時）

圖 25 Request timed out（請求超時）

2、Destination host Unreachable（目標主機不可達）

圖 26 Destination host Unreachable（目標主機不可達）

3.2可能原因

1、Request timed out（請求超時）

1)對方已關機，或者網絡上根本沒有這個地址
2)對方確實存在，但與自己不在同一網段內，通過路由也無法找到對方
3)對方確實存在，但設置了ICMP數據包過濾（如防火墻設置）
4)執行Ping指令的PC可能有多個設置成同一網段IP地址的網卡

2、Destination host Unreachable（目標主機不可達）

1)對方與自己不在同一網段內，而自己又未設置默認路由
2)網線故障
3)網卡故障

使用PST初步診斷PROFINET

1. 概述

在做PROFINET IO 通訊調試時經常遇到PROFINET IO通訊不通的情況，診斷時可以利用多種診斷工具和方法，這里介紹一下使用PST工具進行初步診斷的操作，以及可以看到哪些相關的診斷信息。

2. PST軟件的功能介紹

使用PST工具，可為 SIMATIC NET 網絡組件、以太網 CP 以及網關設備分配地址及網絡參數，這樣無需其它配置軟件即可使得網絡設備具備基本的通訊能力。根據網絡組件及接口的不同性能，PST工具可能具有以下功能：
? 基本功能：
– 瀏覽具有以太網接口的設備
– 調用基于WEB管理
– 將配置下載至網絡組件
– 通過DOS命令行窗口使用其相關功能
? 配置 Ind. Ethernet / PROFINET
– IP地址設置
前提條件：此臺 SIMATIC NET 網絡設備具有一個預設定的以太網 (MAC) 地址，并且在網絡中處于在線可訪問狀態。

3. PST下載鏈接

4.1 版和 4.2 版的PST軟件工業技術支持網站提供下載，下載鏈接：
https://support.industry.siemens.com/cs/cn/zh/view/19440762

4. 使用PST軟件進行PROFINET 通訊故障初步診斷

4.1 基本配置及使用

PST工具使用及設置比較簡單，首先需要進行PG/PC 接口的設置，接口選擇使用的物理網卡：

圖 27 PST setting

圖 28 設置PG/PC接口

設置完 PG/PC接口后，即可進行下一步操作，掃描所有的可訪問的以太網節點：

圖 29 PST掃描以太網節點

圖 30 PST掃描以太網節點結果

圖 31 PST掃描以太網節點設備信息

4.2 PST 節點掃描獲得的信息

通過PST工具進行以太網節點掃描后，可以得到以下相關信息：

1、 設備是否掃描到并顯示到節點列表中（見圖5 ①部分）
2、 以太網節點MAC地址（見圖5 ②部分）
3、 以太網節點設備名稱（見圖5 ③部分）
4、 以太網節點的IP地址（見圖5 ④部分）

4.3 初步診斷分析

根據PST工具得到的以上信息，可以進行以下的初步診斷：

1、 PROFINET IO通訊故障設備是否能夠掃描到，如果掃描不到，那么可能的原因是物理連接不通或是硬件設備問題或是PST軟件安裝有問題，需要進一步檢查物理連接及硬件是否完好。
2、 掃描到的PROFINET IO設備的MAC地址與設備名稱對應關系是否完全正確，如果不一致，那么可能的原因是設備名稱錯誤的分配給了其它設備。
3、 掃描到的PROFINET IO設備是否有設備名稱，名稱是否與項目硬件組態中一致，如果不一致，可能是未進行分配設備名稱的操作，需要重新分配設備名稱。
4、 掃描到的PROFINET IO設備是否有IP地址，如果沒有，則說明PROFINET IO控制器沒有將設備參數成功分配給PROFINET IO設備，可能的原因是設備名稱有差異或硬件組態有問題，建議檢查，也可以恢復IO設備的出廠設置測試。