西門子Profinet故障診斷入門

通過狀態(tài) LED 進(jìn)行PROFINET IO通訊初步診斷

◆ ◆1. 概述

SIMATIC 設(shè)備 PROFINET 接口的每個端口都有一個 LED 指示燈。借助于 PROFINET 設(shè)備的 LED 的狀態(tài)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(tài)。

◆ ◆2. LED指示燈含義

下表匯總了 S7-1500、ET 200MP、ET 200SP 和 ET 200AL 系統(tǒng)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(tǒng)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(guān)于借助于 LED 的狀態(tài)和錯誤顯示燈來進(jìn)行診斷的更多信息，請參考所述的 PROFINET 設(shè)備的相應(yīng)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(diào)試時經(jīng)常遇到PROFINET IO通訊不通的情況，在使用多種診斷工具進(jìn)行診斷時，可能會發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(rèn)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(fā)現(xiàn)故障，有時可能需要綜合多方面進(jìn)行判斷：

2.1、通過以太網(wǎng)線測線儀進(jìn)行測試（電纜）

2.2、通過激光筆簡單測試或通過專業(yè)光纖檢測儀器測試（光纜）

圖 3 專業(yè)光纖檢測儀器測試

2.3、通過觀察PROFINET 端口LED指示燈狀態(tài)

表 3 ET200M PN端口指示燈含義

2.4、如果設(shè)備分配了IP地址，可以通過Ping指令測試到設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)

圖 4 網(wǎng)絡(luò)暢通Ping指令結(jié)果

2.5、通過PST工具進(jìn)行以太網(wǎng)節(jié)點掃描

圖5 PST工具掃描以太網(wǎng)節(jié)點結(jié)果

2.6、通過STEP7軟件在線診斷

圖 6 STEP7編輯以太網(wǎng)節(jié)點功能

圖 7 設(shè)備以太網(wǎng)接口連接狀態(tài)

圖 8 TIA Step7 可訪問設(shè)備掃描功能

◆ ◆3.如何排查解決物理連接故障

如果發(fā)現(xiàn)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(jìn)行介紹。

3.1.檢查以太網(wǎng)電纜接頭

如果以太網(wǎng)電纜發(fā)生物理連接的故障，首先可以檢查以太網(wǎng)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(wǎng)接頭，以下是西門子常用的以太網(wǎng)電纜插頭的接線方法：

圖 9 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(dǎo)線之間的對應(yīng)關(guān)系。通過在一個接頭上交換發(fā)送和接收線對也可以制作交叉電纜。

表 4 針腳分配

圖 10 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(dǎo)線之間的對應(yīng)關(guān)系。通過在一個接口上交換發(fā)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(wǎng)電纜

如果檢查以太網(wǎng)電纜插頭接線沒有問題，那么需要考慮是否是以太網(wǎng)電纜存在問題，例如電纜長度是否超出PROFINET IO通訊標(biāo)準(zhǔn)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(wǎng)光纜

如果以太網(wǎng)光纜發(fā)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(wǎng)電纜或光纜進(jìn)行測試。
如果不具備相應(yīng)的檢測條件或沒有辦法排查出物理連接問題，可以聯(lián)系西門子現(xiàn)場服務(wù)部門，由專業(yè)人員進(jìn)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(diào)試時經(jīng)常遇到PROFINET IO通訊故障的情況，導(dǎo)致通訊故障的原因之一就是干擾問題，PROFINET IO通訊設(shè)備往往運行在復(fù)雜的工業(yè)電磁環(huán)境中，不正確的屏蔽接地或不合規(guī)范的安裝就有可能導(dǎo)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(jìn)行簡單判斷：

2.1、通過PROFINET IO 通訊狀態(tài)進(jìn)行判斷

如果在PROFINET IO通訊調(diào)試或運行過程中，發(fā)現(xiàn)了以下的通訊現(xiàn)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(fù)的情況發(fā)生。

②開啟某些現(xiàn)場設(shè)備或特定操作時，通訊中斷，相反則通訊恢復(fù)正常。

2.2、通過STEP7在線診斷信息進(jìn)行判斷查看IO 控制器的診斷緩沖區(qū)信息，如何發(fā)現(xiàn)診斷緩沖區(qū)中存在IO控制器與IO設(shè)備通訊經(jīng)常故障與恢復(fù)的信息，如下圖所示，那么可能是受到了電磁干擾的影響：

圖 11 TIA PORTAL 設(shè)備診斷緩沖區(qū)信息

圖 12 STEP7 設(shè)備診斷緩沖區(qū)信息

◆ ◆3.如何排查解決干擾問題

如果發(fā)現(xiàn)了疑似電磁干擾導(dǎo)致PROFINET IO 通訊故障時，應(yīng)該怎么排查解決呢，下面將從以下幾個方面進(jìn)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(fā)生在看門狗時間內(nèi) IO 控制器沒有向 IO 設(shè)備提供輸入或輸出數(shù)據(jù)（IO 數(shù)據(jù)），看門狗時間=IO數(shù)據(jù)丟失允許的更新周期數(shù)×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(nèi)發(fā)生通訊故障的概率會加大，此時我們可以適當(dāng)增加PROFINET IO通訊刷新時間或IO數(shù)據(jù)丟失允許的更新周期數(shù)來加大看門狗時間。但這個方法可能無法解決嚴(yán)重的電磁干擾問題，建議通過之后的方式進(jìn)行排除解決。

圖 13 TIA PORTAL下修改PROFINET IO設(shè)備看門狗時間

圖 14 STEP7下修改PROFINET IO設(shè)備看門狗時間

3.2檢查PROFINET IO通訊設(shè)備安裝是否符合規(guī)范

PROFINET IO通訊干擾問題多數(shù)情況是由于設(shè)備安裝不符合PROFINET IO通訊的安裝規(guī)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(guī)范的安裝可以避免電磁干擾導(dǎo)致通訊故障問題的發(fā)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(guī)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(shù)據(jù)線、網(wǎng)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。

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?dāng)_，如果不能滿足最小間距，也可以應(yīng)選擇屏蔽保護(hù),如帶有隔離的電纜橋架，如圖 15 所示。

圖 15 PROFINET 電纜布線1

在沒有隔離的條件下，在一個電纜槽中應(yīng)隔離，并將隔離金屬板大面積可靠接地，如圖16所示。

圖 16 PROFINET 電纜布線2

如果距離較遠(yuǎn)的兩個車間連接,由于PROFINET 電纜從交換機(jī)到設(shè)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(jī)作為中繼器，這種情況下強(qiáng)烈推薦使用光纖進(jìn)行連接。如圖 17 所示。

圖 17 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(yīng)連接所有屏蔽層以及標(biāo)有接地符號的連接器到整個車間的等電位系統(tǒng)（功能地），避免地環(huán)流流過PROFINET的屏蔽層，建筑物的等電位系統(tǒng)與整個車間的等電位系統(tǒng)應(yīng)盡可能多次連接，如圖18 所示。

圖 18 PROFINET 屏蔽層接地1

電纜在進(jìn)入電氣柜后應(yīng)先連接屏蔽匯流排,減少干擾電流流經(jīng)PLC 整體如圖19 所示。

圖 19 PROFINET 屏蔽層接地2

3.3更換設(shè)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(shè)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(wǎng)電纜或接頭等設(shè)備進(jìn)行測試。

如果不具備相應(yīng)的檢測條件或沒有辦法排查出電磁干擾問題，可以聯(lián)系西門子現(xiàn)場服務(wù)部門，由專業(yè)人員進(jìn)行故障排查。