SLC505断网原因分析及解决措施(汪贵明)原稿

SLC505断网原因分析及解决措施 汪贵明（酒钢(集团)宏兴钢铁股份有限责任公司，甘肃嘉峪关，735100）摘 要：本文依据酒钢生产数据采集中SLC505频繁断网的实际案例，分析了工业以太网与IT信息网对接过程中PLC断网的原因，提供了解决方法及措施。关键词：SLC505；工业以太网；IT信息网；断网Cause analysis and solving measures of SLC505Wang Gui Ming(Jiuquan Hongxing iron and steel (Group) Co. Ltd,Jiayuguan Gansu,735100)Abstract: Based on the actual case of SLC505 in the production data acquisition of, this paper analyzes the causes of PLC in the process of industrial Ethernet and IT information network, and provides the solution and measures. Key Words:SLC505; industrial Ethernet; IT information network 1 前言酒钢骨干网投用10年来，随着生产规模的扩大，骨干网络也相应进行了扩展，由于接入终端地理位置点多面广，树型拓扑结构层层级联；同时，随着酒钢Intranet OA办公系统、ERP、SAP、设备管理系统、财务管理、物料管理、工业视频监控等诸多应用系统的投用，网络数据量大幅增加。这种多应用汇集不光给网络维护增加了故障点，而且给接入Intranet的PLC系统带来了影响。以下结合数据采集PLC SLC505断网实例，总结故障原因及解决措施。2 SLC505接入企业网拓扑结构酒钢网络系统地域跨度大、涉及部门多，网络功能比较复杂，骨干网的设计采用Cisco的三层结构模型，属于典型的层次结构，即核心层、汇聚层和接入层，每个层次都有其特定的功能。该PLC AB SLC505部署在不锈钢热轧炉卷厂房CT2下数据采集站，通过光电收发器、光缆、非管理型交换机（HUB）层层级联后上联至炉卷办公楼24口HUB1，与IT信息网一起再上联至上级中板办公楼接入层机房思科2960管理交换机（Switch1）100M电口。拓扑结构示意如下图（实线部分）：3 SLC505断网故障特征及解决过程3.1排查骨干网络是否正常以往该SLC505断网发生后，维护人员排除骨干网络故障，在本网段（VLAN3）能ping通PLC IP地址，一般第2天，跨网段能ping通PLC IP后，骨干网核心机房服务器可采集到PLC数据。本次断网发生后，维护人员拔下PLC以太口双绞线，直接连接笔记本电脑，笔记本电脑能ping通骨干网DNS服务器、上网正常、不丢包，说明骨干网是正常的。3.2 排查SLC505以太口通讯是否正常将笔记本电脑和PLC接到同一个HUB上，拔下上联骨干网的级联线，能ping通PLC IP而且不丢包，说明PLC以太口是正常的。将级联线插到HUB上，笔记本电脑ping不通PLC IP，对PLC程序重新下载，故障依旧未排除。3.3与同网段考勤机网络故障的联系考勤机维护人员发现炉卷办公楼考勤机丢包，更换考勤机后，考勤机恢复正常。炉卷办公楼区域PC办公机没有出现网络故障，只有考勤机、数采PLC两台设备出现故障，该区域网络拓扑结构未发生变化，数采PLC程序也未改动。根据维护经验，给PLC重新分配一个新例外IP，SLC505通讯恢复正常。但运行了大约3天后，考勤机、SLC505几乎同时发生网络中断。3.4中板机房骨干网络的改造如上图虚线所示，将考勤机、SLC505分别通过光电收发器、光缆各自跳接直接连接至中板机房2960交换机的2个不同端口（IP网段未改变，仍旧在VLAN3中），考勤机、SLC505网络运行数天后，又出现网络中断。为了不影响数采数据上传，在采集站部署1台工控机接入骨干网，工控机与SLC505通过COM口通讯，由工控机采集数据上传至核心机房服务器。3.5将考勤机、SLC505接入到VLAN2因考勤机可离线保存刷卡数据，不影响正常刷卡，决定用考勤机做实验，将中板机房思科2960上接考勤机的电口划入VLAN2，给考勤机分配一个属于VLAN2的IP，考勤机运行数天后，未发生断网故障。同样，给SLC505分配一个属于VLAN2的IP，也未发生断网故障。4 SLC505断网故障原因分析4.1工业以太网和IT信息网的区别以太网/工业协议（Ethernet/IP）是基于以太网的实时通讯模型中的一种，其目的是集成庞大的底层现场总线。它是基于CIP的应用层协议，Ethernet/IP是一个开放协议标准，它在物理层和数据链路层中根据IEEE802.3（CSMA/CD）使用以太网，而在网络层和传输层中采用TCP/IP和UDP/IP。以太网在工业和办公环境上除安装要求、环境要求不同外，在传输要求上有显著的差异。IT信息网中网络平均有效率较高，大文件传输，传输时间为几秒钟，主要为非周期传输，可能有显著的负荷波动，表现为非同步传输；而在工业环境中，网络有效率非常高，数据包小，传输时间仅为几微秒，主要是周期传输，表现为同步传输。4.2考勤机、SCL505接入点骨干网流量的变化故障发生前，不锈钢厂刚刚投用ERP系统，数据流量大增，而炉卷办公楼24口HUB1下连了80多台PC机。广播域太大，冲突增多，流量集中在HUB1上联Switch1单个端口上。将SCL505直连到Switch1上，虽然达到了MAC地址和端口的对应，提高了转发效率，由于仍旧在VLAN3中，同一VLAN属于一个广播域，所以故障未得到解决。VLAN2中连接PC机50多台，广播域相对小，所以故障消除。4.3 SLC505产品设计的局限性按照故障表现，考勤机、SCL505此类工业设备连接到骨干网后，只能在本网段ping通，说明其路由更新与PC机网卡相比有很大的滞后性。依据带有冲突检测载波侦听的多路访问（CSMA/CD）机制，只有当其在Switch1中完成MAC地址更新后，才能达到三层交换机VLAN的透传，SLC505在运行中，当遇到VLAN3中数据流量达到某个峰值时，SCL505侦听到线路忙，得不到数据发送的机会，它自动将排在发送队列的末尾，继续侦听线路是否空闲，尝试约16次左右若依旧侦听到线路忙，则自动停止侦听产生断网。这就是SLC505时通时段，断网后不能自动重连，或因网络状况未改善，重启SLC505依旧不能连网的原因。SLC505作为AB公司约20年前产品，其设计要求同网段IP设备约50-60台，所以直连Switch1未消除故障。4.4骨干网络设计的局限性 目前，除嘉北工业园区外，公司其余区域为传统三层交换机和二层交换机、收发器、光缆、双绞线组成的100Mbps IT信息网，接入了PC办公机、IP视频监控、电子围栏、工业IP终端、无线AP等所有可能接入的设备。这种接入方式上下行带宽均无法得到保证；另外，线缆破损、强电干扰、线序错误、ARP病毒攻击、网卡故障、交换机环路等均会产生广播风暴，增加了接入信息网的PLC设备断网发生的概率。5 结语随着大数据、工业4.0时代的到来，需要工业以太网产品生产方提高产品技术标准、性能，也需要企业信息化建设得到提升，IT信息化人才与自动化人才