PROFINET故障診斷-汽車廠

網絡診斷與分析

很久沒有更新文章了，一方面是Zui近忙于出差；另一方面也是由于自己有點懶惰。今天終于可以坐在辦公室了，所以覺得需要總結點東西分享給大家。

這次分享的內容是我在某汽車廠進行的網絡診斷時發現的問題。一天用戶聯系我們的銷售說現場由于放假進行斷電停產（以前生產線沒有任何問題，網絡也是正常的）。假后當整個生產線重新上電恢復生產時，發現現場的連接RFID的分布式IO出現經常斷網的情況，使得生產線不能順利生產！銷售很快把這個問題反饋到了我這里。

在到現場之前，我咨詢了一下現場工程師關于現場的網絡情況?，F場的控制網絡和工廠的IT網絡進行了連接。且它們之間沒有相應的安全控制措施。

用戶的反映，現場斷開工廠IT網絡與控制網絡就不會出現PN網絡中斷的現象。現場的工廠IT網絡和控制網絡同處于一個大二層的交換機網絡（沒有進行網絡分段）。所以，初步判定是網絡規劃的不合理，而且網絡規模非常龐大導致網絡中的廣播數據流非常多，Zui終導致PN中斷的故障現象。

控制網絡是由1個S7-300的PN控制器與3個圖爾克的BL20的分布式IO組成。RFID設備就接入到了其中的一個BL20的分布式IO上。在這個PN的網絡上使用的交換機是羅杰康非PN的交換機。網絡結構如下圖1所示。設備清單如表1所示。

                           圖1 現場控制網絡的網絡拓撲結構

                                     表1 控制網絡的設備清單

 從上圖1和上表1可以看出控制網絡的設備非常的少。非PN的交換機，所以現場通過PROFINET的網絡掃描軟件無法正確識別出設備類型及正確的網絡拓撲結構（這里強烈的建議，在PROFINET網絡中使用帶網關功能的PROFINET的交換機）。

根據用戶的反饋的信息和現場查看到網絡結構。于是更加確定是IT網絡中的一些不正常的數據流影響到了控制網絡的通信。那么我們就需要徹查一下是什么樣的數據流影響了控制網絡。通過PN的專用的網絡診斷工具BANY PN IO抓取了S7-300 PN口的通信數據流（采樣階段出現過網絡中斷的想象）。經過數據的過濾分析，發現造成的故障原因是IT網絡中傳來大量的廣播報文。如下圖2所示：

 圖2 通信故障時的報文負載統計分析

通過圖2顯示出的結果，找到了產生問題的真正原因（與我的猜測是一致的）。大量廣播報文出現后，此廣播域中的所以設備都要處理這些廣播請求，由于現場有些控制設備的性能不是很好（如：圖爾克的BL20），由于一時間處理不了這些報文就會出現網絡接口中斷的現象。

根據現場的問題的檢測，給出了兩種問題的解決辦法。

 一是治本的方案：

重新規劃網絡，把一個大的廣播域劃分成多個小的廣播域，這樣可以有效地限制同一個廣播域中的廣播數據流量。

二是治標的解決方案：

限制工廠IT網絡的廣播報文進入到控制網絡。方法有很多，可以通過在IT網絡的交換機的端口設置廣播流的限流；還可以在CPU上擴展CP通信網卡，這樣從物理上來隔離工廠IT網絡和控制網絡。

現場實施方案一的成本比較高，而且在已經投產的情況下不容易實施。Zui終用戶選擇了方案二。且具體實施上采用的是可以通過在IT網絡的交換機的端口設置廣播流（這個在現場做了測試，非常有效）。

從上面的這個案例我們可以總結出如下的結論：

1、工業以太網網絡是未來數字化工廠的通信的基礎。

2、在實施工業以太網是，網絡的前期規劃非常重要。

3、學好用好工業以太網，讓其成為未來數字化工廠的高速公路。

4、 在控制網絡中盡量使用一些可靠的網絡組件