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专家大讲堂 | 工程师带您玩转工业以太网诊断

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羲发布时间：2021-11-30 15:43:07浏览次数：982次

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随着以太网在工业应用中的普及，传统的自动化工程师都会有着工业网络知识的需求。而且 IT、OT 融合的不断加速，越来越多的设备加入到工业以太网中，导致维护和使用多种网络工具，以及网络分析能力的需求不断增加。

对于一个典型的工业以太网网络来说，一般在设计之初就考虑到了网络的稳定性及高可用性，对于生产过程来说，任何一次非计划之内的生产停机事件可能都会造成额外的损失:

生产线突然停止时，可能会造成产品的损坏，时间的延误
影响到整个供应链，从而进一步加重损失
这些延误也会进一步向下延伸到最终客户

在网络设计层面，一般通过冗余措施，例如控制设备的冗余，网络的环网冗余等手段去提高系统的稳定性及可靠性。

在实际生产运行过程中，也需要定期对设备及网络进行预测性的维护，从而降低发生设备或网络故障的概率，但是，设备和网络故障并不是能通过设计和后期维护完全避免的，一但出现故障后，如何高效的诊断故障以及排除故障，如何缩短故障停机时间，进而减小损失，是我们需要着重考虑的。

在工业以太网故障发生之后，需要采取措施，使系统尽快恢复正常。这些故障通常会比较突然地出现，因此对工程师的技术能力也提出了更高的要求，这就要求我们的工程师具备关键的技术，掌握故障处理流程和方法是非常必要的。

为了能够指引和帮助工程师快速提升工业以太网诊断能力，做到从原理到应用，从物理层到应用层的各级网络技术的掌握，我们推出了“工程师带您玩转工业以太网诊断”系列视频，希望帮助您快速掌握工业以太网的诊断知识，面对工业以太网的问题可以学而致用，准确定位故障节点，提升网络能力和水平。

主讲专家：孙雨丰，具有多年的自动化以及网络技术的工程和诊断经验。本次技术讲座涵盖的主要内容如下：

PROFINET 应用精要解析系列内容回顾
以太网网络诊断案例
工业以太网常见网络故障
工业以太网网络诊断措施概览
设备层面的基本诊断
网络连通性层面的诊断
基于高级网络管理协议的工具软件等

讲座问答

#01 如果计算机上开启了 DHCP 服务器功能，在接入到工控网络后，会不会影响到正常通讯？

如果在工业以太网中已经有了设备和 DHCP 的服务器，而且某些设备就是通过 DHCP 进行 IP 地址的自动获取，当我们再把另一个 DHCP 的服务器接入到网络中后，在某些特定条件下，可能会造成个别设备从后接入的服务器获取 IP 地址。

之前正常的通讯就有可能出现通讯故障，例如设备使用从之前 DHCP 服务器获取的IP地址进行通讯，当它的 IP 地址变成从后加入的 DHCP 服务器获取之后，此时 IP 地址改变后，通讯可能发生中断。

#02 FB126 是否有详细的设置步骤，如何使用？

FB126 是用于 PROFIBUS DP 或者 PROFINET IO 的总线的诊断的功能块，在西门子全球技术支持网站上有 FB126 的使用说明和安装包，可以在以下链接中下载安装包以及获取诊断说明资料：

https://support.industry.siemens.com/cs/cn/zh/view/73259151

https://support.industry.siemens.com/cs/cn/zh/view/78943021

https://support.industry.siemens.com/cs/cn/zh/view/98278878/en

https://www.ad.siemens.com.cn/1847/Video/VideoPlay?courseId=1871

#03 博途V17 和 PCS7 在网络诊断方面有哪些异同？

它们主要面对的 PLC 类型不一样，比如博途 V17 主要是用于 S7-1500/1200/300/400 这些系列的 PLC，当然它也可以组网络设备，比如交换机等。在之前的视频过程中也有介绍，通过博途软件，可以对设备的基本状态进行诊断，查看设备诊断缓冲区或者是模块的状态，包括拓扑连接的状态，通讯的状态等等。同时博途中针对相应的 PLC 会有特定的诊断功能块，通过编程方式也是可以进行设备或网络诊断的。

PCS7 也基本类似，但是它主要针对的是 S7-400/S7-400H 等系列 PLC 系统，特别是冗余系统的设备，它能够诊断的信息和博途类似。

#04 关于 PROFINET、OPC UA以及开放式通讯的网络诊断方法是否一样？

对于 PROFINET 的通讯来说，之前介绍了很多关于 PROFINET IO 通讯的诊断方法。大家可以在 1847 平台上找到很多相关的视频介绍，例如 PROFINET 应用精要解析系列视频，PROFINET 的通讯的诊断方法和 OPC UA 或者是开放式通讯的诊断方法还是有所区别的。

PROFINET IO 通讯一般是现场总线层面的，最终的通讯数据是基于二层的，也就是说不能跨网段，是在一个广播域里进行通讯的，比较常见的问题一般集中在 PROFINET 通讯参数设置问题、IO 设备名称分配问题、二层交换机设备故障等。

对于 OPC UA 和开放式通讯来说，它们属于非实时的通讯，OPC UA 是基于 TCP 的通讯，开放式通讯一般是 TCP/UDP 等，常见的问题一般集中在组态设置、通讯程序块问题、网络组件故障等等。诊断的方法在视频中也有提到，可以进行基于网络层面的诊断，比如说通过 PING 的测试，或者通过 TELNET 的一些测试，来确认网络层面的连通是否正常，接下来再采取进一步的诊断措施。

当然，由于这些不同通讯协议都是基于工业以太网的，所以还是有很多通用的诊断方法的。具体内容，欢迎大家参考本系列视频讲座中后续的相关内容。

#05 是否可以通过 NMS 的 OPC UA 接口，是否可以把相应的数据传给 MES 系统？

可以，我们可以通过 SINEC NMS 网管软件进行网络设备的管理，通过 SNMP 协议读取到网络设备的信息后，再通过软件集成的 OPC UA 通讯功能接口，将数据传递给 MES 系统。

SINEC NMS 网管软件支持作为 OPC UA 的标准服务器，我们只需连接具有 OPC UA 客户端功能的上位机，就可以传输相应的数据。

具体说明可以在西门子工业技术支持网站上查询，参考链接如下：

https://support.industry.siemens.com/cs/cn/en/view/109766869

https://support.industry.siemens.com/cs/cn/zh/view/109762749

https://support.industry.siemens.com/cs/cn/en/view/109762792

#06 S7-1200 PLC 的 OPC UA Server 现场运行是否需要购买授权？

是的，S7-1200 使用 OPC UA server 功能时，需要购买相应的授权，这个授权是一个纸质授权，在组态里需要选择已有的授权。

关于授权的订货信息以及组态配置可以参考以下链接：

https://support.industry.siemens.com/cs/cn/en/view/109771672

https://support.industry.siemens.com/cs/cn/zh/view/109775168

#07 SCALANCE 交换机是否只有配置成 PROFINET IO 从站才能进行诊断？配置成 PROFINET IO 从站的优点是什么？

SCALANCE 交换机的诊断功能与是否配置成 PROFINET IO 从站无关，SCALANCE 管理型交换机可以在 TIA 博途或 STEP7 中被配置成 PROFINET IO 设备，即通过 TIA 博途或者 STEP7 进行部分与 PROFINET 相关的一些参数，比如交换机的环网组态等。

如果在 TIA 博途/STEP7 里进行配置，那么最终交换机运行时以 TIA 博途/STEP7 中的配置为准。此时在 WEB 界面中来看，该配置无法修改。

将交换机组态在 TIA 博途/STEP7 中的优点在于设备集成在了 TIA 博途/STEP7 中，可以和其它的 S7 CPU、从站等一起在网络中进行组态，比如拓扑连接的组态，设备和交换机间的连接关系等。

当我们诊断拓扑连接关系是否存在连接错误时，就会更加便利。其便捷性主要在于交换机的诊断，如果交换机组态在一个 S7 PLC 的控制器下，当交换机出现故障的时候，交换机会报警，同时报警会通过 PROFINET 传递给控制器，就相当于控制器也会报警。

#08 讲座中提到的一些以太网诊断工具能否分享一下？

相应诊断的工具既有西门子的诊断工具，也有第三方的诊断手段。西门子的诊断工具有很多，有的基于设备层，是设备独有的一些工具，我们可以在设备的配置界面中找到并使用；有的是诊断软件，例如网络扫描软件、拓扑扫描或网管软件等，这些软件在官网上都是可以进行下载试用的，比如 PRONETA 、SINEC PNI 这些软件等，几款常用软件下载链接如下:

https://support.industry.siemens.com/cs/cn/en/view/109804190

https://support.industry.siemens.com/cs/cn/en/view/67460624

https://support.industry.siemens.com/cs/cn/en/view/109797645

#09 三层交换机是网络层的吗？若三层交换机位于网络层，与路由器的区别是什么？

三层交换机支持网络层的跨网段的通讯。它和二层交换机的主要区别在于，如果是普通的网管型的二层交换机，是可以支持划分 VLAN 的，例如不同的端口划分到不同的 VLAN 下，相当于只有同一个 VLAN 下的设备可以进行通讯。三层交换机就支持路由功能，不同的 VLAN 之间的设备可以通过三层交换机的路由功能进行通讯，实际上就是 IP 层面的通讯。

与专用路由器的区别是：常见的路由器不是三层交换机，不是基于 VLAN 的，它有多个不同的接口，不同的口之间虽然是跨网段的通讯，但是他不是依靠 VLAN 的方式来划分的。

此外，它们的应用场合不同，因此功能侧重点也不同，三层交换机侧重于数据交换和简单路由，而路由器侧重于专业的路由功能，以及附带的广域网通讯功能等，两种设备各有侧重也导致了它们的性能的差异。

#10 环网报警如何设置？

首先，不同的设备组态环网功能时，报警的设置也不同。

举例来说，对于 MRP 的环网，环网里只有一个环网管理器，其它的环网设备是作为环网客户端的，那么环网中断了，环网管理器就会报警，但是客户端上没有报警，也就是说我们只能查看环网管理器上是否有环网中断，或者相应的报警信息。

如果在 STEP7 或者是博途下面进行组态，无论是 S7 PLC 设备还是其它的环网设备，在设置环网口或者配置环网角色的位置，会有环网诊断的选项，根据这个选项来配置报警。对于交换机的配置，WEB 配置界面也有相应的环网故障报警的选项。

此外，S7 PLC 是有相应标准的功能块或者开发好的功能块去读取环网管理器的状态的，PLC 也可以通过诊断中断来实现环网报警的功能。具体文档可查询工业技术支持网站，参考连接如下：

https://support.industry.siemens.com/cs/cn/zh/view/109768626

https://support.industry.siemens.com/cs/cn/zh/view/109477206

https://support.industry.siemens.com/cs/cn/zh/view/109483256

https://support.industry.siemens.com/cs/cn/zh/view/109753067

#11 SINEC NMS 是否支持跨 VLAN 监控？

SINEC NMS 是基于 SNMP 协议对网络设备进行管理的，对于NMS 网络管理软件来说，它的 SNMP 协议是基于传输层 UDP 协议的。所以 NMS 如果要跨 VLAN 进行设备管理的话，是需要三层交换机或者路由器的，从一个 VLAN 访问另一个 VLAN 的设备的时候，最终是通过底层 UDP 进行的。UDP 通讯是可以跨路由实现的。所以 NMS 跨 VLAN 必须由三层交换机实行路由功能。

#12 SCALANCE 交换机是否一定需要配置后才能使用？

SCALANCE 的交换机一般分为两大类：

一类就是底层非网管型的，这是即插即用式的交换机，此类交换机无额外功能，只能满足最基本的、基于同一网段设备之间的通讯，没有额外的网管功能。

另一类就是网管型的交换机，它相较于前者多出了很多管理功能，比如 VLAN 划分功能、环网配置功能、诊断功能和路由功能等。

如果网管型的交换机不进行配置，可以当作普通交换机来用，只不过很多功能没能进行有效的利用，比如诊断现场的网络故障。但如果只是拿来当作即插即用的交换机也没有问题。

#13 OSPF 是否可以分发部分网段？如何做到？

OSPF 的网段宣告以及重分发取决于配置，在配置中是可组态的，宣告所需的网段或选择重分发直连或者静态的路由，是和配置相关的，可在配置说明中查找，以下链接供参考：

https://support.industry.siemens.com/cs/cn/zh/view/109804264

https://support.industry.siemens.com/cs/cn/zh/view/109798663

#14 有个项目，通过 SCALANCE 交换机连接设备时，下载不了程序，只有直连才能下载程序，是什么原因？

需要查看 PLC 设备类型以及编程软件版本，如果通过交换机连接，首先需要确定问题，是否是网络连通问题，比如 IP 地址设置是否有冲突，首先可以通过 PING 方式进行测试。之后再从应用层往下进行排查。如果是网络不通，从下面开始排查，比如物理层的连接，网口灯是否亮起等，是否存在二层环路等故障。

#15 使用 IOT 2040，通讯组态必须使用 NAT 后的地址吗？