CN104503423A - 基于profinet的工业以太网控制系统故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PROFINET的工业以太网控制系统故障诊断方法，通过记录工业以太网设备发生故障时的故障现象及故障前临界状态的设备运行情况，再搜集与当前故障相关的准确信息，重现故障，找出故障点，确定故障原因，从而制定故障解决方案，再根据制定的故障解决方案，进行多次测试，判定故障解决方案的可行性，若经过多次测试后，有效解决故障问题，则判定为有效解决方案，进入下一步；若经过多次测试后，不能解决故障问题，则判定为无效解决方案，重新制定故障解决方案；利用本方法能够实现工业以太网内的各种设备信息的探测，以及设备之间的网络连接关系，为工业以太网网络故障诊断提供有利的设备信息，为后续工作提供有效数据。

Description

基于PROFINET的工业以太网控制系统故障诊断方法

技术领域

本发明涉及工业以太网控制系统技术领域，尤其涉及一种基于PROFINET的工业以太网控制系统故障诊断方法。

背景技术

PROFINET由PROFIBUS国际组织（PROFIBUS International，PI）推出，是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。作为一项战略性的技术创新，PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题，并且，作为跨供应商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如PROFIBUS）技术，保护现有投资。

在过去的几年间，工业机网络的规模经历了爆炸式的增长。网络的应用已经深入到人们生产的每一个角落，成为必不可少的基础设施。随着对网络依赖性的加强，人们对网络的可靠性也提出了更高的要求：第一，有稳定、高效、安全的网络环境：第二，当网络发生故障时，能够及时的检测出故障原因并修复。可以看出，网络故障诊断对保持网络的健康状态具有重要的意义。然而在当今网络环境下，网络故障诊断遇到了前所未有的困难，其主要表现在以下几个方面；控制器网络无论从规模上，还是从网络复杂性和业务多样性上都有了巨大的发展。大规模网络的故障关系错综复杂，故障原因和故障现象之间的对应关系模糊，大大提高了故障诊断的难度。

网络设备的复杂性也提高了故障诊断的难度。网络设备的复杂性有两个含义：第一是新的网络设备不断推出，功能越来越多，越来越复杂；第二是设备提供商数量众多，产品规格和标准不统一。

随着PROFINET的广泛应用，控制器技术和网络通信技术得到迅速发展，新的数字通信网络不仅拥有多种业务流量，而且采用了多种融合的网络传输技术。不断采用的网络新技术对网络故障诊断提出了越来越高的要求；正是由于上述困难的存在，传统的依靠网络专家人工方式进行的故障诊断已经不能满足需要了。当代网络呼唤智能化的故障诊断技术，以实现网络故障诊断的自动化，将人从繁重的诊断工作中解放出来。

智能化网络故障诊断技术有下列四个方面的难点：

第一，故障发现网络故障发生的不确定性和网络软硬件构架的动态变化，使得包括专家在内的知识受到了局限。

第二，故障定位一个设备产生故障会影响很多和它相连的设备或子系统，甚至会导致网络的瘫痪，这种现象就叫做故障关联。

第三，故障检测常规的故障检测方法需要建立数学模型，而数学模型的复杂性和精确性难以满足高速网络的实时需求；简化的数学模型又导致实际控制效果不能令人满意。

第四，故障表示由于网络应用的多样性与不断更新，现在还不能找到一个明确的函数能表示所有的应用层故障。

发明内容

 本发明的目的是提供一种基于PROFINET的工业以太网控制系统故障诊断方法，能够实现工业以太网内的各种设备信息的探测，以及设备之间的网络连接关系，为工业以太网网络故障诊断提供有利的设备信息，为后续工作提供有效数据。

 本发明采用的技术方案为：

一种基于PROFINET的工业以太网控制系统故障诊断方法，其特征在于：包括以下步骤：

A：记录工业以太网设备发生故障时的故障现象及故障前临界状态的设备运行情况；

B：搜集与当前故障相关的准确信息，包括故障发生后采取的处理措施；是否伴随其他故障出现；故障发生前，设备是否正常工作；

C：重现步骤A中的故障，找出故障点；

D：根据步骤C中的故障点，确定故障原因，制定故障解决方案；

E：通过步骤D制定的故障解决方案，经过多次测试，判定故障解决方案的可行性，若经过多次测试后，有效解决故障问题，则判定为有效解决方案，进入步骤F；若经过多次测试后，不能解决故障问题，则判定为无效解决方案，返回步骤D，重新制定故障解决方案；

F：分析故障解决方案对整个工业以太网的潜在影响；

G：将上述步骤A-F编制为故障解决方案的文档。

本发明通过记录工业以太网设备发生故障时的故障现象及故障前临界状态的设备运行情况，再搜集与当前故障相关的准确信息，重现故障，找出故障点，确定故障原因，从而制定故障解决方案，再根据制定的故障解决方案，进行多次测试，判定故障解决方案的可行性，若经过多次测试后，有效解决故障问题，则判定为有效解决方案，进入下一步；若经过多次测试后，不能解决故障问题，则判定为无效解决方案，重新制定故障解决方案；利用本方法能够实现工业以太网内的各种设备信息的探测，以及设备之间的网络连接关系，为工业以太网网络故障诊断提供有利的设备信息，为后续工作提供有效数据。

附图说明

图1为本发明的流程框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括以下步骤：

A：记录工业以太网设备发生故障时的故障现象及故障前临界状态的设备运行情况；

B：搜集与当前故障相关的准确信息，包括故障发生后采取的处理措施；是否伴随其他故障出现；故障发生前，设备是否正常工作；

C：重现步骤A中的故障，找出故障点；

D：根据步骤C中的故障点，确定故障原因，制定故障解决方案；

E：通过步骤D制定的故障解决方案，经过多次测试，判定故障解决方案的可行性，若经过多次测试后，有效解决故障问题，则判定为有效解决方案，进入步骤F；若经过多次测试后，不能解决故障问题，则判定为无效解决方案，返回步骤D，重新制定故障解决方案；

F：分析故障解决方案对整个工业以太网的潜在影响；

G：将上述步骤A-F编制为故障解决方案的文档。

由于工业以太网十分错综复杂，排除网络故障一般可以按照下列步骤进行：了解清楚故障现象，搜集变化情况，总结归纳症状；重现故障，找出故障点；确定最有可能的原因，制定解决方案；实施解决方案，测试修复效果；分析解决方案的潜在影响；编制解决方案文档。

第一，了解故障，搜集变化，归纳症状。排除工业以太网故障的第一步要确定故障的具体现象，发现症结所在，并确定其对工业以太网产生的影响。搜集与当前故障相关的准确信息，缩小故障原因排查范围，通常需要了解以下情况：意外故障发生时究竟采取了哪些措施；是否遇到其它意外事故；设备在工业以太网故障发生前是否处于正常运转状态。当原本正常的设备或其它工业以太网组件突然发生故障时，便有理由推测它们发生了某些改变。工业以太网故障排查人员所搜集的最重要信息就是设备在故障出现前的最后所发生的变化，如最近是否安装、移除或重新配置过硬件或软件。

第二，重现故障，找出故障点。可复制的工业以太网故障较易修复，这是因为，可以对修复方案进行测试，以确定是否有效。所以重现故障情景，将有助于制定解决方案。故障原因排查工作应从再现故障发生环境开始：要求用户在设备上重现故障，尝试通过重新执行用户任务再现故障状况，排除应用程序操作不当、权限设置问题、本地控制器故障等原因，最后将问题锁定在工业以太网系统。如果故障诱因存在于工业以太网系统，便可启动相关操作规则，将导致故障的网段隔离。最后，应将导致故障的根源锁定到服务器、交换机、路由器或线缆等特定组件。故障根源排查范围缩小到特定设备后，应继续判定导致故障的是硬件还是软件。如果属于硬件故障，则应替换存在缺陷的设备或尝试采用备用设备。直到发现设备缺陷所在。如果故障由软件导致，则可尝试运行相关程序并将数据保存到另一控制器，或者在发生故障的系统上重新安装软件。

第三，确定原因，制定解决方案。在工业以太网故障排查过程中，应从最明显的迹象人手，发掘可能导致故障的最有可能的原因。举例来说，如果工作站无法同文件服务器进行通信，就不要从检查两个系统之间的路由器人手；应首先排查可能发生在工作站上简单的问题。应当设法减少可能的故障原因并制定详细故障排除方案。故障排查过程的另一个重要组成部分就是做好记录。在有条不紊地开展调查活动时，详细记录已经掌握的情况，以防止出现重复劳动。

第四，实施解决方案，测试修复效果在实施解决方案的过程中，需要制定周密的工作计划。有些复杂故障在彻底排除之前，需要采取过渡性解决方案或替代措施。在故障问题得到解决后，应返回整个流程起始处，再次执行当初引发故障的任务。准确重复引发故障的操作程序，以确保故障得到根除，而不只是暂时掩盖。倘若故障不再发生，还应测试与所做调整相关的其它功能，以确保不会在修复一起故障的同时，埋下另一起故障隐患。如果故障具有间歇发作特点，则应测试一段时间确认故障得到有效排除。

第五，分析解决方案的潜在影响。在故障排除过程中，应将工业以太网当成一个不可分割的整体，避免将精力过分集中于某个用户、应用或局域网的故障一这一点非常重要。在某些情况下，在实施某项故障解决方案的同时，可能引发更加严重或波及更多用户的故障。

第六，编制解决方案文档建立健全事件管理体系，将每次故障登记在册，并包含与问题和隔离解决步骤相关的完整记录。这是因为在许多情况下，技术支持机构将按专业群体和技术等级划分为若干层次，并以此为单位开展运作。用户求助申请将首先提交给第一个层次；如果故障复杂，第一级专业人员无法解决，求助申请就会被上报给由资深技术专家组成的第二个层次。只有整个流程牵涉的所有人员都能将其所从事的活动记录在案，就不会在向技术专家移交故障问题的过程中出现遗漏情况。此外，认真记录档案资料还可为以后的工业以太网管理工作提供经验和资料。对于简单的工业以太网故障，可将上述步骤简化，但是面对复杂的工业以太网故障时，就要求我们不仅具有相关专业知识和丰富的经验，同时应该遵循工业以太网故障诊断和排除的一般步骤和方法。

以太网中存在的故障存在多种表现形式，由多种原因造成。大致可以把它分为硬件故障和软件（逻辑）故障两种类型。硬件故障的错误一般来讲，会直接导致系统不能正常工作，比如网卡烧毁或者工业以太网线路的短路和断路等。对于这些发生的故障，用户一般可以较容易的知道故障的出错或者成因，然后就可以迅速解决故障。相对于硬件故障来讲，软件故障的错误也许就没那么明显。存在软件故障的设备，系统功能大多仍在运转，但是在性能上（速度，或者功能受限等）已经严重受到影响，而且用户可能不会在短时间内察觉到此类故障。比如说网卡软件驱动如果出现问题那么就可以导致工业以太网出现短帧，长帧或者FCS错误等，从而导致工业以太网冲突率升高，利用率下降，严重的降低工业以太网的性能，影响工作学习的顺利进行。本测试仪器就是针对以太网所出现的硬件故障和软件故障的测试，硬件线路故障，不在本方案讨论范围内。本方案主要探讨以太网出现的软件故障。

Claims (1)

1.一种基于PROFINET的工业以太网控制系统故障诊断方法，其特征在于：包括以下步骤：

A：记录工业以太网设备发生故障时的故障现象及故障前临界状态的设备运行情况；

B：搜集与当前故障相关的准确信息，包括故障发生后采取的处理措施；是否伴随其他故障出现；故障发生前，设备是否正常工作；

C：重现步骤A中的故障，找出故障点；

D：根据步骤C中的故障点，确定故障原因，制定故障解决方案；

E：通过步骤D制定的故障解决方案，经过多次测试，判定故障解决方案的可行性，若经过多次测试后，有效解决故障问题，则判定为有效解决方案，进入步骤F；若经过多次测试后，不能解决故障问题，则判定为无效解决方案，返回步骤D，重新制定故障解决方案；

F：分析故障解决方案对整个工业以太网的潜在影响；

G：将上述步骤A-F编制为故障解决方案的文档。