【西门子技术π-PLC通信原理探秘】后知后觉充满遗憾地消除了一次通信故障

1.应用的基本信息

1.1基本应用信息描述

    这次故障源自我承担的一项公司设备改造项目，所涉及的都是西门子产品。。

    多年前公司所建车间共有6条生产线配置了Andon功能。不知当时出于什么原因，没有采用公司标准的PLC程序由各生产线的PLC分别实现，而是采用了一个专用的Andon PLC(型号CPU319-3PN/DP)为所有生产线实现Andon功能：所有Andon拉绳和指示灯都接到线边的IM151-3PN接口模块和ET200S电子模块所组成的IO设备；就近的几个IO设备接入一个X008交换机，共有12个X008交换机；就近的几个X008交换机接入一个XF204-2交换机，共有5个XF204-2交换机，他们之间用光纤相连形成环网；Andon PLC和每条生产线PLC之间有一个PN/PN Coupler，Andon PLC通过Coupler发送生产线起停信号到生产线PLC；另外有大屏幕显示停机工位等Andon信息；Andon PLC的硬件配置中没有交换机，没有拓扑图，甚至没有纸质版的资料，以上基本信息都是后来在现场捋线然后取得的信息。

   后来公司因要使用公司标准的Sicalis生产监控,所以需要与每条生产线PLC通信获取信息，需要把Andon功能转移到每条生产线上来。为了节约费用和时间，我提出来在现有Andon PLC系统基础上进行改造。把Andon拉绳和指示灯信号通过PN/PN Coupler传递到各生产线PLC，然后在各生产线PLC（型号CPU319-3PN/DP）采用公司标准的PLC程序来实现Andon功能，由各生产线PLC控制Andon起停，然后与Sicalis服务器通信，在大屏幕上显示停机工位等Andon信息。

    项目进行过程中就出现了问题，拉了Andon拉绳之后，偶尔出现生产线不能正常起停、大屏幕上也不能显示应有起停状态的故障，不但导致Sicalis无法实现生产监控，甚至造成了生产线不能正常起停。

2.故障的检测和解决 

2.1故障或问题分析

     从故障现象来看，故障原因有两种可能：1、拉绳信号没有传送到生产线PLC中去；2、生产线PLC程序编制有问题。后来，经过排查PLC程序，认为PLC程序没有问题，因为PLC程序有问题会导致每次有故障而不是偶尔有故障。这样，基本上确认拉绳信号没有传送到生产线PLC中去，首先我怀疑的就是PN/PN Coupler可能可靠性不高，不能可靠传递瞬间的Andon拉绳信号。大家知道，拉绳信号拉一下，只有很短的接通时间。为此我还咨询了西门子技术支持热线，想确认一下PN/PN Coupler是不是不能用于传递瞬间的信号？热线工程师显然没有经历过这个问题，换了几个工程师，都无法确认或否认，答复不了我的问题。

2.2故障或问题处理

     后来，我自己一想，确认或否认了又如何？无助于解决问题啊！这显然是一个硬件问题，无法解决，只能通过修改程序来规避。我首先修改了PLC程序，仍旧由Andon PLC控制生产线的起停。这样，生产线能够正常起停了，但是大屏幕上的显示还是不能保证每次都正常。

    没办法，我只能继续修改程序规避硬件问题。后来经长时间多种办法修改程序仍旧解决不了问题，这个问题折腾了我很长时间。不得已，最终的办法是废弃了公司的标准PLC程序，通过PN/PN Coupler把Andon PLC中的大屏幕显示起停信号传送到生产线PLC中，然后再与Sicalis服务器通信。经过试用，发现问题不再出现。Andon PLC中的大屏幕显示起停信号是一个长期保持的信号，不同于拉绳信号是瞬间信号，这似乎坐实了PN/PN Coupler可靠性不高，不能可靠传递瞬间信号的问题。

   但是，这个问题始终萦绕在我心，因为最终的结果与初衷不同，让我很难接受。并且，我知道PN/PN Coupler的Update time是2ms。拉绳信号虽然是瞬间信号，但是真的能比2ms还要短？我觉着不可能，也许存在我没注意到的其他问题。拉绳信号持续的时间到底是多少？如何测量？ 这些都是悬而未决的问题，并且都在我能力之外。

3.实践联系理论

    为了更深入的了解Profinet通信，能在理论高度上联系实践解决问题，我需要深入学习Profinet通信的理论，并且掌握一些诊断工具。我在西门子技术支持网站上，下载了所有能下载的和Profinet有关的文档，还从知网等网站上下载了许多Profinet技术论文，对Profinet各方面的问题，尤其是实时性问题作了深入研究，因为这个问题显然是一个实时性问题。通过研究，有了一些心得，于今年春节和疫情宅家期间写成了一篇论文，已经通过专家审核，即将发表在专业期刊上。经过一番理论准备，下一步就要动手实践了。

    首先，我下载了Proneta软件，想用它来确定一下Andon PLC的拓扑结构，遗憾的是X008交换机没有网管功能，无法用Proneta来确定拓扑结构，只能看个大概。最终，还是结合现场捋线确定了拓扑结构。在捋线的过程中，发现有一个XF204-2交换机Fault灯亮了,并且这个交换机还是环网的Manager。其实很久之前我就发现了这个问题，但是当时理论准备不足心里没底并且这个Fault似乎没有影响Andon的正常工作，就没有自找麻烦去解决这个问题。现在心里有一定把握了，就打算把这个问题解决一下。断电后我在这个报警的交换机上插了C-PLUG卡，然后再上电保存了设置，然后断电后换了一个新的XF204-2交换机并插上了这个C-Plug卡，但是这个Fault灯还是亮的，故障没有解决。看来交换机没有出问题，那么是配置出了问题？在Proneta上，与其他交换机对比了一番，没见有什么不同的设置。最后，我只能把这个交换机恢复出厂设置重新进行设置。还好，其实需要设置参数的不多，只是设置了IP地址等，环网参数自动进行设置。之后，Fault灯消失了。为什么重新设置就消除了这个Fault报警？不知道……

      我想确认在使用公司程序的情况下，用Wireshark监控出现故障时PN/PN Coupler是否丢失了信号。Anodon PLC系统用的XF204-2和生产线PLC系统用的X414E都有端口镜像功能，所以用Wireshark进行监控不成问题。于是我用了两台笔记本电脑，分别监控这个PN/PN Coupler的两个端口。在此之前，我把一条生产线恢复使用了公司程序，然后在现场多次拉Andon拉绳，希望能够再现故障。很遗憾的是，尽管拉了上百次拉绳，这个故障没有再次出现，在以后长时间的使用过程中也没有出现。

4.经验总结

4.1遗留的问题

    故障就在这样不知不觉中消除了，到底是什么原因造成了故障？现在只能做一个后知后觉的分析，根本原因可能还是那个XF204-2的Fault灯，他造成了通信故障，导致PN/PN Coupler偶尔不能正常传递信号。如果我能先知先觉，我应该先用Wireshark来进行监控，不应该先把这个XF204-2的Fault灯消除。现在故障不能重现，到底发生了什么问题，已经无法进行追查了。非常遗憾，让我纠结两三年的问题就这样被放走了……

4.2改进方法

     重视每一个异常现象，不轻易放过任何一个异常现象，哪怕看上去好像与真正的故障没有联系。

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