工業以太網堵塞斷網故障的分析與處理

楊虎濤

（云南中煙再造煙葉有限責任公司，云南昆明 650102）

0 引言

云南中煙再造煙葉有限責任公司再造煙葉工廠二車間DCS（Distributed Control System，分布式控制系統）采用多套西門子S7-300+S7-400 作為控制器由西門子PCS7 軟件進行集成的，由四川高達科技有限公司于2013 年設計完成投入使用。

該系統的人機界面由WinCC 上位機系統“C/S，客戶機/服務器 模式”和西門子操作屏（MP377、MP370、OP277 等）組成。之前該系統一直穩定運行，近段時間不定期的出現新提取段WinCC 客戶機程序死機故障，嚴重影響到操作人員的工作，增加操作人員的勞動強度，給產品質量控制帶來極大是風險，因此操作現場使用的單臺WinCC 客戶機死機故障必須得到解決。

1 網絡結構及硬件配置

（1）云南中煙再造煙葉有限責任公司再造煙葉工廠二車間的DCS 網絡配置見圖1。

（2）網絡地址及硬件配置情況見表1。

2 故障情況

出現WinCC 客戶端死機故障的電腦為 提取段現場操作電腦，IP 地址：10.75.22.28（見圖1）。該PC 本地無程序，需要從服務器端讀取WinCC 控制程序，主要用于操作提取段新增加的提取、投料等設備。

在近期使用過程中，提取段操作電腦（WinCC 客戶端，IP 地址：10.75.22.28）不定期的出現WinCC 客戶端死機的故障，嚴重影響操作人員的操作。同一時段其他的WinCC 客戶端運行正常，連接該段PLC（S7-300 6ES7 315-2EH14-0AB0）的操作屏（MP277）也正常運行，沒有出現數據包丟失的情況。

通過ping“WinCC 服務器”，發現從該客戶端發送數據包到服務器的平均丟包率在（10～20）%之間（發送100 個數據包，平局丟失18 個數據），而在中控室內其他的WinCC 客戶端上ping“WinCC 服務器”則是正常的，丟包率為0%。

此故障在近段時間發生率不確定，有時候是一天出現多次死機故障，而有時候是連續2、3 天不出現故障，因此類似的系統軟故障在排查起來是非常困難的。

3 原因分析

（1）經過網絡結構分析，目前車間DCS 系統的WinCC 上位機采用C/S 結構，在提取段操作電腦（WinCC 客戶端，IP 地址：10.75.22.28）出現丟包情況嚴重，WinCC 死機的情況下，其余WinCC 客戶端節點是正常使用的，同時服務器能正常訪問所有的PLC 站點。且從同一個交換機連出的操作屏（MP277）使用也正常，由此可以判定網絡連接在物理層上是正常的。

圖1 DCS 系統網絡結構

表1 網絡地址及硬件配置

（2）進一步在故障計算機上通過命令行模式下的Tracert 命令跟蹤出問題WinCC 客戶機與WinCC 服務器的路由路徑，發現該WinCC 客戶機要操作新提取段的一個數據需要走的路徑見圖2。

圖2 客戶機數據傳輸路徑

（3）進一步分析，MP277 操作屏和WinCC 客戶機（10.75.22.28）均與新提取段PLC（10.75.22.40）進行通信，MP277操作屏正常而WinCC 客戶機（10.75.22.28）會不定期的出現網絡卡死堵塞故障，同時WinCC 服務器與新提取PLC 的通信也是正常的，因此分析故障原因集中于新提取PLC 上（S7-300 315-2EH14-0AB0，IP：10.75.22.40）。

（4）新提取PLC 為西門子S7-300 產品（315-2EH14-0AB0，IP：10.75.22.40）自帶2 個以太網接口，到西門子官網上查詢得知該兩個接口均為10 M/100 M 的自適應端口。

（5）至此故障原因基本得到確認：在整個網絡中，新提取PLC（10.75.22.40）處于該故障的中轉站的位置，而其自身的以太網端口只是10 M/100 M 自適應的，而與WinCC 服務器連接的交換機均為10 M/100 M/1000 M 自適應的交換機，當時施工時為了減少施工的網線放置量，就同時使用了該PLC 的2 個以太網接口使該PLC 作為新提取段的網絡中轉站。從數據通信量上來說，其他的交換機的數據交換能力遠遠大于新提取段PLC（315-2EH14-0AB0）自身的通信量。這就造成數據量較小的MP277 操作屏（只與新提取段PLC 進行通信）連接使用正常，而數據量較大的WinCC 客戶機（10.75.22.28）與服務器的通信隨著通信數據量的增加而導致網絡堵塞（WinCC 服務器需要同時與7 套PLC 進行通信，并匯總數據），進而使WinCC 客戶機（10.75.22.28）不能讀取到WinCC 服務器的數據而造冊客戶端程序死機的情況。

4 解決方案

（1）把新提取段電控室內的普通8 口交換機更換為性能更高的10 M/100 M/1000 M 自適應的工業以太網交換機。

（2）修改網絡結構，取消新提取PLC（315-2EH14-0AB0）作為中繼網絡節點的功能，重新放置網線把該PLC 系統直接與服務器連接，以減少新提取段PLC 與服務器之間的路由路徑。

（3）提取段WinCC 客戶機（10.75.22.28）和MP277 操作屏直接連接到新更換的10 M/100 M/1000 M 交換機上，通過該交換機再與WinCC 服務器進行通信，進而讀取新提取PLC（10.75.22.40）的相關數據，其改造的網絡見圖3。

圖3 改造后的客戶機數據傳輸路徑

5 結束語

經過網絡、設備改造后，現場通過命令行模式下的ping 工具進行故障WinCC 客戶機與WinCC 服務器的數據包診斷，多次連續發送100 個數據包丟包率為0%，沒有再發生過數據包丟失的情況。改造后的網絡，經過連續3 個月的使用運行，之前不定時出現的WinCC 客戶機（10.75.22.28）死機故障，沒有再發生過，至此該故障得到徹底的解決。