Profinet故障诊断入门

Profinet故障诊断入门

在分析PROFINET IO 通讯故障时,可以通过以下的方法进行故障的初步诊断。

通过状态 LED 进行PROFINET IO通讯初步诊断

PROFINET IO通讯物理连接故障初步诊断

PROFINET 干扰问题的初步诊断

Ping指令如何使用

一、通过状态 LED 进行PROFINET IO通讯初步诊断

1. 概述

SIMATIC 设备 PROFINET 接口的每个端口都有一个 LED 指示灯。借助于 PROFINET 设备的 LED 的状态和错误指示灯，可以诊断出通讯中的错误或 PROFINET 模块的错误状态。

2. LED指示灯含义

下表汇总了 S7-1500、ET 200MP、ET 200SP 和 ET 200AL 系统中这些 LED 指示灯的含义：

表 1 PROFINET 接口端口LED 指示灯含义1

下表汇总了 S7-300、400、ET 200M、ET 200S 、ET200ECO PN和 ET 200PRO 系统中这些 LED 指示灯的含义：

表 2 PROFINET 接口端口LED 指示灯含义2

3. 更多信息

关于借助于 LED 的状态和错误显示灯来进行诊断的更多信息，请参考所述的 PROFINET 设备的相应手册。

二、PROFINET IO通讯物理连接故障初步诊断

1. 概述

在做PROFINET IO 通讯调试时经常遇到PROFINET IO通讯不通的情况，在使用多种诊断工具进行诊断时，可能会发现有物理连接链路的问题存在，这里介绍一下通过哪些工具发现物理连接问题，以及基本的排查物理连接问题的方法。

2.确认物理连接故障

如果PROFINET IO 通讯存在物理连接链路故障，那么通常可以通过以下几个工具或方式发现故障，有时可能需要综合多方面进行判断：
2.1、通过以太网线测线仪进行测试（电缆）

图 1 以太网线测线仪

2.2、通过激光笔简单测试或通过专业光纤检测仪器测试（光缆）

图 2 激光笔简单测试

图 3 专业光纤检测仪器测试

2.3、通过观察PROFINET 端口LED指示灯状态

表 3 ET200M PN端口指示灯含义

2.4、如果设备分配了IP地址，可以通过Ping指令测试到设备的网络连接状态

图 4 网络畅通Ping指令结果

图 5 网络不畅通Ping指令可能结果1

图 6 网络不畅通Ping指令可能结果2

2.5、通过PST工具进行以太网节点扫描

图 7 PST工具扫描以太网节点结果

2.6、通过STEP7软件在线诊断

图 8 STEP7编辑以太网节点功能

图 9 设备以太网接口连接状态

图 10 TIA Step7 可访问设备扫描功能

3.如何排查解决物理连接故障

如果发现了物理连接故障，那么如何排查故障点，如何解决链路故障呢？下面就以下常用的几个方面进行介绍。

3.1.检查以太网电缆接头

如果以太网电缆发生物理连接的故障，首先可以检查以太网电缆插头接线是否有问题，包括连接线序是否正确、交叉直连方式是否正确、接线是否牢固可靠等，可以选择重新制作以太网接头，以下是西门子常用的以太网电缆插头的接线方法：

图  11 IE FC RJ45 Plug 2x2插头

下表描述了制作非交叉电缆时 IE FC RJ45 Plug 2x2 的针脚分配和 IE FC 2x2 电缆四种颜色导线之间的对应关系。通过在一个接头上交换发送和接收线对也可以制作交叉电缆。

表 4 针脚分配

图 12 IE FC RJ45 Plug 4x2插头

下表描述了制作非交叉电缆时 IE FC RJ45 Plug 4x2 的针脚分配和 IE FC 4x2 电缆8种颜色导线之间的对应关系。通过在一个接口上交换发送和接收线对也可以制作交叉电缆。

表 5 针脚分配

3.2.检查以太网电缆

如果检查以太网电缆插头接线没有问题，那么需要考虑是否是以太网电缆存在问题，例如电缆长度是否超出PROFINET IO通讯标准要求，检查电缆中间是否有破损断线等，必要时需要检测电缆各个线芯之间是否都完好连通。

3.3 检查以太网光缆

如果以太网光缆发生物理连接的故障，可以检查使用的光缆型号是否匹配、光缆长度是否符合通讯标准要求、光缆是否有破损、弯曲位置是否满足光缆的弯曲半径要求，如果以上均无问题，那么需要检查光纤熔接是否满足要求，接头是否完好，必要时需要考虑重新进行光纤熔接工作。

3.4 更换电缆或光缆

如果无法判断出物理连接链路故障出在哪个点上，那么必要时需要考虑更换以太网电缆或光缆进行测试。
如果不具备相应的检测条件或没有办法排查出物理连接问题，可以联系西门子现场服务部门，由专业人员进行故障排查。

三、PROFINET 干扰问题的初步诊断

1.概述

在做PROFINET IO 通讯调试时经常遇到PROFINET IO通讯故障的情况，导致通讯故障的原因之一就是干扰问题，PROFINET IO通讯设备往往运行在复杂的工业电磁环境中，不正确的屏蔽接地或不合规范的安装就有可能导致通讯干扰问题，由于光信号不受电磁干扰影响，这里只介绍对于电信号的干扰问题。

2.如何判断干扰问题

如果PROFINET IO 通讯受到电磁干扰的影响，那么一般可以通过以下方面进行简单判断：

2.1、通过PROFINET IO 通讯状态进行判断

如果在PROFINET IO通讯调试或运行过程中，发现了以下的通讯现象，那么可能是受到了电磁干扰的影响：

①通讯偶尔有中断并恢复的情况发生。

②开启某些现场设备或特定操作时，通讯中断，相反则通讯恢复正常。

2.2、通过STEP7在线诊断信息进行判断查看IO 控制器的诊断缓冲区信息，如何发现诊断缓冲区中存在IO控制器与IO设备通讯经常故障与恢复的信息，如下图所示，那么可能是受到了电磁干扰的影响：

图 13 TIA PORTAL 设备诊断缓冲区信息

图 14 STEP7 设备诊断缓冲区信息

3.如何排查解决干扰问题

如果发现了疑似电磁干扰导致PROFINET IO 通讯故障时，应该怎么排查解决呢，下面将从以下几个方面进行介绍：

3.1增加PROFINET IO通讯看门狗时间

由于PROFINET IO 通讯故障发生在看门狗时间内 IO 控制器没有向 IO 设备提供输入或输出数据（IO 数据），看门狗时间=IO数据丢失允许的更新周期数×刷新时间，通常IO控制器会自动计算并分配，这个时间值一般较小，如果遇到电磁干扰的情况，在自动计算的看门狗时间内发生通讯故障的概率会加大，此时我们可以适当增加PROFINET IO通讯刷新时间或IO数据丢失允许的更新周期数来加大看门狗时间。但这个方法可能无法解决严重的电磁干扰问题，建议通过之后的方式进行排除解决。

图 15 TIA PORTAL下修改PROFINET IO设备看门狗时间、

图 16 STEP7下修改PROFINET IO设备看门狗时间

3.2检查PROFINET IO通讯设备安装是否符合规范

PROFINET IO通讯干扰问题多数情况是由于设备安装不符合PROFINET IO通讯的安装规范引起的，例如屏蔽未接好、接地不可靠、与干扰源距离过近等等，符合规范的安装可以避免电磁干扰导致通讯故障问题的发生。可以参考以下PROFINET 的简要安装要求：

1）、 PROFINET 的布线
为了减少电场、磁场耦合，PROFINET与其它电源电缆的骚扰源并行的间距越大越好,符合IEC 61918 的规定，PROFINET屏蔽电缆与其它电缆最小距离参考表1，PROFINET可以与其它数据线、网线、屏蔽的模拟量电缆一起布线，如果是无屏蔽的电源线最小间距是200mm。

表 6 PROFINET 与其它电缆的最小距离

与不同类型的电缆必须交叉布线时，交叉角度最好为90 度，减少线线间串扰，如果不能满足最小间距，也可以应选择屏蔽保护,如带有隔离的电缆桥架，如图 17 所示。

图 17 PROFINET 电缆布线1

在没有隔离的条件下，在一个电缆槽中应隔离，并将隔离金属板大面积可靠接地，如图18 所示。

图 18 PROFINET 电缆布线2

如果距离较远的两个车间连接,由于PROFINET 电缆从交换机到设备终端允许的最大距离为100 米，如果增加距离需要使用更多的交换机作为中继器，这种情况下强烈推荐使用光纤进行连接。如图 19 所示。

图 19 PROFINET 电缆布线3

2）、 PROFINET 的屏蔽接地

PROFINET 的屏蔽层要求多端大面积接地以保证屏蔽层等电位，所以应连接所有屏蔽层以及标有接地符号的连接器到整个车间的等电位系统（功能地），避免地环流流过PROFINET的屏蔽层，建筑物的等电位系统与整个车间的等电位系统应尽可能多次连接，如图20 所示。

图 20 PROFINET 屏蔽层接地1

电缆在进入电气柜后应先连接屏蔽汇流排,减少干扰电流流经PLC 整体如图21 所示。

图 21 PROFINET 屏蔽层接地2

以上简单介绍了关于PROFINET IO通讯的安装规范，详细内容可以参考以下链接：

电缆的屏蔽与接地

SIMATIC NET 工业以太网装配指南

PROFIBUS 国际组织提供的PROFINET 安装向导

3.3更换设备测试

如果无法判断出电磁干扰问题出在哪个位置，或无法判断设备安装哪里存在问题，那么可以必要时需要考虑更换以太网电缆或接头等设备进行测试。

如果不具备相应的检测条件或没有办法排查出电磁干扰问题，可以联系西门子现场服务部门，由专业人员进行故障排查。

四、Ping指令如何使用

1.概述

在做PROFINET IO 通讯调试时经常遇到PROFINET IO通讯不通的情况，诊断时可以利用多种诊断工具和方法，这里介绍一下Ping指令的使用方法，利用"ping"命令可以检查网络是否连通，可以很好地帮助我们分析和判定网络故障。

2.Ping指令的使用

2.1Ping指令的格式

常见的Ping指令格式如下：
'Ping'+空格+目的主机ip
'Ping'+空格+可选参数+空格+目的主机ip
2.2Windows环境下Ping指令的使用
可以通过组合键Windows+R或在开始菜单中打开运行命令框，之后输入cmd，点击确定，弹出DOS窗口：

图 22运行命令框

图 23 DOS窗口

以目的主机IP 192.168.0.140为例，测试Ping指令：

图 24 Ping指令测试结果

结果表明，到主机地址192.168.0.140的网络是畅通的，发送了4个数据包，目的主机返回了4个数据包，网络延时小于1ms。

3.Ping指令常见故障结果及原因分析

3.1常见故障结果

1）、Request timed out（请求超时）

图 25 Request timed out（请求超时）

2）、Destination host Unreachable（目标主机不可达）

图 26 Destination host Unreachable（目标主机不可达）

3.2可能原因

（1）、Request timed out（请求超时）

1)对方已关机，或者网络上根本没有这个地址
2)对方确实存在，但与自己不在同一网段内，通过路由也无法找到对方
3)对方确实存在，但设置了ICMP数据包过滤（如防火墙设置）
4)执行Ping指令的PC可能有多个设置成同一网段IP地址的网卡

（2）、Destination host Unreachable（目标主机不可达）

1)对方与自己不在同一网段内，而自己又未设置默认路由
2)网线故障
3)网卡故障