工業網絡故障及應對方案

　　在當今網絡的分級管理幾乎遍布所有較大型的工業控制網絡，一般都劃分為level1基礎自動化級、level2過程自動化級、level3生產控制級。在濟南鋼鐵集團，這樣的工業網絡系統也是遍布整個工藝流程。雖然工業網絡控制功能強大，但也需要有好的維護以及正確實用的應用程序來適應。下面就是在濟鋼集團某分廠發生的一例網絡故障的情況。

　　1基本情況

　　2002年12月濟鋼集團自動化部與某分廠聯合進行了該分廠整個生產線的自動化控制改造，其中，改造過程很重要的一部分就是在原有的level1基礎自動化級上，擴展level2過程自動化級，由于是改造工程、同時也為了節約投資。level2過程自動化級并沒有遍及整個基礎自動化級。作為初期目標，在level2過程自動化級上，設置了一臺服務器，另有10臺左右的工作站，構成了該分廠核心的生產管理控制中心，幾乎全部的生產線啟停操作、目標設置、數據管理都由該中心完成。整個網絡拓撲結構、實際排列順序及類型，

　　其中level1基礎自動化部分：PLC1～4為操作控制基礎自動化控制器，機型為E984-685，屬于此次改造僅存的未變動部分，其余全部是新增部分;PLC5～6為基礎自動化一級模型運算處理控制器，機型為Quantum140-CPU-434-12。所有PLC1～6之間的數據通訊都通過1Mbit/s的MODBUSPLUSE網絡完成。由于該網絡線路較長中間增設了2臺中繼器，并按布線要求，在網絡兩端各配備有120Ω的終端電阻。在level2過程自動化部分設有服務器SERVERC1～C10共10臺工作站，另外PLC5～6也起到類似網關作用，同時也連接在level2過程自動化部分，通過交換機連接在一起。網絡類型為100Mbit/s的以太網。這里舉例說明數據流向：當C1對PLC1的數據進行寫操作時，首先，向服務器SERVER申請，服務器SERVER接到申請后，將所寫內容，通過以太網寫入PLC6中相對應的寄存器。至此2級操作即告完成。然后PLC6中所寫內容寄存器會按照PLC6中的邏輯程序進行MSTR傳送，通過1級的MODBUSPLUSE網絡寫入PLC1中所對應的寄存器。從而達到C1控制PLC1的目的。讀操作也是類似此法處理的。

　　2故障現象及原因分析

　　12月16日，該分廠改造結束，剛投入生產不久，突然發現C1～C10上顯示的數據全部不隨現場設備狀態更新了，緊接著檢查服務器SERVER，發現SERVER數據也不刷新。當時，檢查人員認為SERVER服務不響應了，于是重新啟動服務器SERVER，一次重啟后，全部系統恢復正常。其后的1～2天里，此現象時斷時續又發生了多次，有時服務器SERVER，還需重啟兩次，才恢復正常。也就是說故障時間一般不超過30分鐘。還有一個特點，故障從不發生在深夜，另外該現象也給故障排查帶來了一定困難：通訊中斷的數據處理是保持最終狀態的，很可能雖然故障發生，但由于現場設備狀態未發生改變而不易被操作者發現，從而忽略過去。這種現象的發生極大的影響了生產的正常運行，導致了多次生產線停機。

　　12月18日此故障再次出現，工作站數據標簽與服務器數據標簽內容吻合，證明2級網絡通訊正常。服務器數據標簽與PLC6的寄存器數據標簽內容吻合。證明服務器數據交換正常。當檢查PLC6與PLC2通訊時，發現PLC1、PLC2的MODBUSPLUSE的通訊指示燈閃爍均不正常，而PLC6的閃爍正常。按理說PLC6、PLC2、PLC1之間為柜間線，也無人接觸不該導致通訊中斷。經簡單目視檢查后，沒有發現問題。由于PLC1、PLC2同處于網路后半段，遂認為有因素在影響整個網路后半段。立即前往距離約50米外的網路后半段終端點-電氣值班室。經檢查MODBUSPLUSE網絡終端電阻接線接觸不良，引起短路，導致網絡阻抗不匹配，信號反射率上升，引起波形失真，從而影響到網路后半段最近的3個節點不能正常工作。重新接線后，系統立即恢復正常。事后詢問得知，電氣值班室這幾日一直在裝修，白天屢屢搬動設備可能就是因為設備移動導致終端電阻時好時壞，這也解釋了為何故障從不發生在深夜的疑問。

　　3改進措施

　　現在網絡化工業控制在工業生產中處于至關重要的地位，其通訊安全理應得到足夠的重視。一些次重要或可有可無的網絡節點應盡量減少或做分段處理。布線點一定要確保網路安全可靠。這一點尤其在總線式網絡上特別突出。從而在根源上減少甚至杜絕故障。除了在硬件設置上進行了重新安置，還在網絡故障軟件診斷上，下了很大功夫。經過反復論證，實現了網路故障的即時診斷。即使出問題的不單單是網路線路，還包括電源中斷、CPU損壞、通訊輔助設備損壞等，也能夠在極短的時間內判斷故障點及故障范圍。具體做法如下：在PLC1～6以及服務器分別設置一個動態變化的位寄存器和位數據標簽，它們不斷地以1秒一次的頻率變化，由0→1再由1→0。這樣在C1～C10上可以清楚的看到PLC1～6以及服務器中，誰與工作站通訊中斷了。同時配合PLC以及服務器的狀態字傳輸，可以方便的得到通訊故障原因，如果應用數據庫技術還可以進行網絡故障的歷史記錄和查詢。