基于profinet的工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)故障診斷方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于PROFINET的工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)故障診斷方法，通過(guò)記錄工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)的故障現(xiàn)象及故障前臨界狀態(tài)的設(shè)備運(yùn)行情況，再搜集與當(dāng)前故障相關(guān)的準(zhǔn)確信息，重現(xiàn)故障，找出故障點(diǎn)，確定故障原因，從而制定故障解決方案，再根據(jù)制定的故障解決方案，進(jìn)行多次測(cè)試，判定故障解決方案的可行性，若經(jīng)過(guò)多次測(cè)試后，有效解決故障問(wèn)題，則判定為有效解決方案，進(jìn)入下一步；若經(jīng)過(guò)多次測(cè)試后，不能解決故障問(wèn)題，則判定為無(wú)效解決方案，重新制定故障解決方案；利用本方法能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)內(nèi)的各種設(shè)備信息的探測(cè)，以及設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系，為工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷提供有利的設(shè)備信息，為后續(xù)工作提供有效數(shù)據(jù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于PROF I NET的工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)故障診斷方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于PR0FINET的工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)故障診斷方法。

【背景技術(shù)】
[0002]PR0FINET 由 PR0FIBUS 國(guó)際組織(PROFIBUS Internat1nal，PI)推出，是新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)化總線標(biāo)準(zhǔn)。作為一項(xiàng)戰(zhàn)略性的技術(shù)創(chuàng)新，PR0FINET為自動(dòng)化通信領(lǐng)域提供了一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)解決方案，囊括了諸如實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、運(yùn)動(dòng)控制、分布式自動(dòng)化、故障安全以及網(wǎng)絡(luò)安全等當(dāng)前自動(dòng)化領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題，并且，作為跨供應(yīng)商的技術(shù)，可以完全兼容工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線(如PROFIBUS)技術(shù)，保護(hù)現(xiàn)有投資。
[0003]在過(guò)去的幾年間，工業(yè)機(jī)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模經(jīng)歷了爆炸式的增長(zhǎng)。網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用已經(jīng)深入到人們生產(chǎn)的每一個(gè)角落，成為必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施。隨著對(duì)網(wǎng)絡(luò)依賴性的加強(qiáng)，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可靠性也提出了更高的要求:第一，有穩(wěn)定、高效、安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境:第二，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，能夠及時(shí)的檢測(cè)出故障原因并修復(fù)?？梢钥闯?，網(wǎng)絡(luò)故障診斷對(duì)保持網(wǎng)絡(luò)的健康狀態(tài)具有重要的意義。然而在當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)故障診斷遇到了前所未有的困難，其主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面；控制器網(wǎng)絡(luò)無(wú)論從規(guī)模上，還是從網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性和業(yè)務(wù)多樣性上都有了巨大的發(fā)展。大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的故障關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，故障原因和故障現(xiàn)象之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系模糊，大大提高了故障診斷的難度。
[0004]網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的復(fù)雜性也提高了故障診斷的難度。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的復(fù)雜性有兩個(gè)含義:第一是新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不斷推出，功能越來(lái)越多，越來(lái)越復(fù)雜；第二是設(shè)備提供商數(shù)量眾多，產(chǎn)品規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。
[0005]隨著PR0FINET的廣泛應(yīng)用，控制器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)得到迅速發(fā)展，新的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)不僅擁有多種業(yè)務(wù)流量，而且采用了多種融合的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。不斷采用的網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障診斷提出了越來(lái)越高的要求；正是由于上述困難的存在，傳統(tǒng)的依靠網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)家人工方式進(jìn)行的故障診斷已經(jīng)不能滿足需要了。當(dāng)代網(wǎng)絡(luò)呼喚智能化的故障診斷技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障診斷的自動(dòng)化，將人從繁重的診斷工作中解放出來(lái)。
[0006]智能化網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)有下列四個(gè)方面的難點(diǎn):
第一，故障發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障發(fā)生的不確定性和網(wǎng)絡(luò)軟硬件構(gòu)架的動(dòng)態(tài)變化，使得包括專(zhuān)家在內(nèi)的知識(shí)受到了局限。
[0007]第二，故障定位一個(gè)設(shè)備產(chǎn)生故障會(huì)影響很多和它相連的設(shè)備或子系統(tǒng)，甚至?xí)?dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，這種現(xiàn)象就叫做故障關(guān)聯(lián)。
[0008]第三，故障檢測(cè)常規(guī)的故障檢測(cè)方法需要建立數(shù)學(xué)模型，而數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜性和精確性難以滿足高速網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)需求；簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型又導(dǎo)致實(shí)際控制效果不能令人滿
O
[0009]第四，故障表示由于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的多樣性與不斷更新，現(xiàn)在還不能找到一個(gè)明確的函數(shù)能表示所有的應(yīng)用層故障。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種基于PROFINET的工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)故障診斷方法，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)內(nèi)的各種設(shè)備信息的探測(cè)，以及設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系，為工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷提供有利的設(shè)備信息，為后續(xù)工作提供有效數(shù)據(jù)。
[0011]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種基于PROFINET的工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)故障診斷方法，其特征在于:包括以下步驟:
A:記錄工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)的故障現(xiàn)象及故障前臨界狀態(tài)的設(shè)備運(yùn)行情況；
B:搜集與當(dāng)前故障相關(guān)的準(zhǔn)確信息，包括故障發(fā)生后采取的處理措施；是否伴隨其他故障出現(xiàn)；故障發(fā)生前，設(shè)備是否正常工作；
C:重現(xiàn)步驟A中的故障，找出故障點(diǎn)；
D:根據(jù)步驟C中的故障點(diǎn)，確定故障原因，制定故障解決方案；
E:通過(guò)步驟D制定的故障解決方案，經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，判定故障解決方案的可行性，若經(jīng)過(guò)多次測(cè)試后，有效解決故障問(wèn)題，則判定為有效解決方案，進(jìn)入步驟F ;若經(jīng)過(guò)多次測(cè)試后，不能解決故障問(wèn)題，則判定為無(wú)效解決方案，返回步驟D，重新制定故障解決方案；
F:分析故障解決方案對(duì)整個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)的潛在影響；
G:將上述步驟A-F編制為故障解決方案的文檔。
[0012]本發(fā)明通過(guò)記錄工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)的故障現(xiàn)象及故障前臨界狀態(tài)的設(shè)備運(yùn)行情況，再搜集與當(dāng)前故障相關(guān)的準(zhǔn)確信息，重現(xiàn)故障，找出故障點(diǎn)，確定故障原因，從而制定故障解決方案，再根據(jù)制定的故障解決方案，進(jìn)行多次測(cè)試，判定故障解決方案的可行性，若經(jīng)過(guò)多次測(cè)試后，有效解決故障問(wèn)題，則判定為有效解決方案，進(jìn)入下一步；若經(jīng)過(guò)多次測(cè)試后，不能解決故障問(wèn)題，則判定為無(wú)效解決方案，重新制定故障解決方案；利用本方法能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)內(nèi)的各種設(shè)備信息的探測(cè)，以及設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系，為工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷提供有利的設(shè)備信息，為后續(xù)工作提供有效數(shù)據(jù)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的流程框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1所示，本發(fā)明包括以下步驟:
A:記錄工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)的故障現(xiàn)象及故障前臨界狀態(tài)的設(shè)備運(yùn)行情況；
B:搜集與當(dāng)前故障相關(guān)的準(zhǔn)確信息，包括故障發(fā)生后采取的處理措施；是否伴隨其他故障出現(xiàn)；故障發(fā)生前，設(shè)備是否正常工作；
C:重現(xiàn)步驟A中的故障，找出故障點(diǎn)；
D:根據(jù)步驟C中的故障點(diǎn)，確定故障原因，制定故障解決方案；
E:通過(guò)步驟D制定的故障解決方案，經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，判定故障解決方案的可行性，若經(jīng)過(guò)多次測(cè)試后，有效解決故障問(wèn)題，則判定為有效解決方案，進(jìn)入步驟F ;若經(jīng)過(guò)多次測(cè)試后，不能解決故障問(wèn)題，則判定為無(wú)效解決方案，返回步驟D，重新制定故障解決方案； F:分析故障解決方案對(duì)整個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)的潛在影響；
G:將上述步驟A-F編制為故障解決方案的文檔。
[0015]由于工業(yè)以太網(wǎng)十分錯(cuò)綜復(fù)雜，排除網(wǎng)絡(luò)故障一般可以按照下列步驟進(jìn)行:了解清楚故障現(xiàn)象，搜集變化情況，總結(jié)歸納癥狀；重現(xiàn)故障，找出故障點(diǎn)；確定最有可能的原因，制定解決方案；實(shí)施解決方案，測(cè)試修復(fù)效果；分析解決方案的潛在影響；編制解決方案文檔。
[0016]第一，了解故障，搜集變化，歸納癥狀。排除工業(yè)以太網(wǎng)故障的第一步要確定故障的具體現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)癥結(jié)所在，并確定其對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)生的影響。搜集與當(dāng)前故障相關(guān)的準(zhǔn)確信息，縮小故障原因排查范圍，通常需要了解以下情況:意外故障發(fā)生時(shí)宄竟采取了哪些措施；是否遇到其它意外事故；設(shè)備在工業(yè)以太網(wǎng)故障發(fā)生前是否處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。當(dāng)原本正常的設(shè)備或其它工業(yè)以太網(wǎng)組件突然發(fā)生故障時(shí)，便有理由推測(cè)它們發(fā)生了某些改變。工業(yè)以太網(wǎng)故障排查人員所搜集的最重要信息就是設(shè)備在故障出現(xiàn)前的最后所發(fā)生的變化，如最近是否安裝、移除或重新配置過(guò)硬件或軟件。
[0017]第二，重現(xiàn)故障，找出故障點(diǎn)?？蓮?fù)制的工業(yè)以太網(wǎng)故障較易修復(fù)，這是因?yàn)?，可以?duì)修復(fù)方案進(jìn)行測(cè)試，以確定是否有效。所以重現(xiàn)故障情景，將有助于制定解決方案。故障原因排查工作應(yīng)從再現(xiàn)故障發(fā)生環(huán)境開(kāi)始:要求用戶在設(shè)備上重現(xiàn)故障，嘗試通過(guò)重新執(zhí)行用戶任務(wù)再現(xiàn)故障狀況，排除應(yīng)用程序操作不當(dāng)、權(quán)限設(shè)置問(wèn)題、本地控制器故障等原因，最后將問(wèn)題鎖定在工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)。如果故障誘因存在于工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)，便可啟動(dòng)相關(guān)操作規(guī)則，將導(dǎo)致故障的網(wǎng)段隔離。最后，應(yīng)將導(dǎo)致故障的根源鎖定到服務(wù)器、交換機(jī)、路由器或線纜等特定組件。故障根源排查范圍縮小到特定設(shè)備后，應(yīng)繼續(xù)判定導(dǎo)致故障的是硬件還是軟件。如果屬于硬件故障，則應(yīng)替換存在缺陷的設(shè)備或嘗試采用備用設(shè)備。直到發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷所在。如果故障由軟件導(dǎo)致，則可嘗試運(yùn)行相關(guān)程序并將數(shù)據(jù)保存到另一控制器，或者在發(fā)生故障的系統(tǒng)上重新安裝軟件。
[0018]第三，確定原因，制定解決方案。在工業(yè)以太網(wǎng)故障排查過(guò)程中，應(yīng)從最明顯的跡象人手，發(fā)掘可能導(dǎo)致故障的最有可能的原因。舉例來(lái)說(shuō)，如果工作站無(wú)法同文件服務(wù)器進(jìn)行通信，就不要從檢查兩個(gè)系統(tǒng)之間的路由器人手；應(yīng)首先排查可能發(fā)生在工作站上簡(jiǎn)單的問(wèn)題。應(yīng)當(dāng)設(shè)法減少可能的故障原因并制定詳細(xì)故障排除方案。故障排查過(guò)程的另一個(gè)重要組成部分就是做好記錄。在有條不紊地開(kāi)展調(diào)查活動(dòng)時(shí)，詳細(xì)記錄已經(jīng)掌握的情況，以防止出現(xiàn)重復(fù)勞動(dòng)。
[0019]第四，實(shí)施解決方案，測(cè)試修復(fù)效果在實(shí)施解決方案的過(guò)程中，需要制定周密的工作計(jì)劃。有些復(fù)雜故障在徹底排除之前，需要采取過(guò)渡性解決方案或替代措施。在故障問(wèn)題得到解決后，應(yīng)返回整個(gè)流程起始處，再次執(zhí)行當(dāng)初引發(fā)故障的任務(wù)。準(zhǔn)確重復(fù)引發(fā)故障的操作程序，以確保故障得到根除，而不只是暫時(shí)掩蓋。倘若故障不再發(fā)生，還應(yīng)測(cè)試與所做調(diào)整相關(guān)的其它功能，以確保不會(huì)在修復(fù)一起故障的同時(shí)，埋下另一起故障隱患。如果故障具有間歇發(fā)作特點(diǎn)，則應(yīng)測(cè)試一段時(shí)間確認(rèn)故障得到有效排除。
[0020]第五，分析解決方案的潛在影響。在故障排除過(guò)程中，應(yīng)將工業(yè)以太網(wǎng)當(dāng)成一個(gè)不可分割的整體，避免將精力過(guò)分集中于某個(gè)用戶、應(yīng)用或局域網(wǎng)的故障一這一點(diǎn)非常重要。在某些情況下，在實(shí)施某項(xiàng)故障解決方案的同時(shí)，可能引發(fā)更加嚴(yán)重或波及更多用戶的故障。
[0021]第六，編制解決方案文檔建立健全事件管理體系，將每次故障登記在冊(cè)，并包含與問(wèn)題和隔離解決步驟相關(guān)的完整記錄。這是因?yàn)樵谠S多情況下，技術(shù)支持機(jī)構(gòu)將按專(zhuān)業(yè)群體和技術(shù)等級(jí)劃分為若干層次，并以此為單位開(kāi)展運(yùn)作。用戶求助申請(qǐng)將首先提交給第一個(gè)層次；如果故障復(fù)雜，第一級(jí)專(zhuān)業(yè)人員無(wú)法解決，求助申請(qǐng)就會(huì)被上報(bào)給由資深技術(shù)專(zhuān)家組成的第二個(gè)層次。只有整個(gè)流程牽涉的所有人員都能將其所從事的活動(dòng)記錄在案，就不會(huì)在向技術(shù)專(zhuān)家移交故障問(wèn)題的過(guò)程中出現(xiàn)遺漏情況。此外，認(rèn)真記錄檔案資料還可為以后的工業(yè)以太網(wǎng)管理工作提供經(jīng)驗(yàn)和資料。對(duì)于簡(jiǎn)單的工業(yè)以太網(wǎng)故障，可將上述步驟簡(jiǎn)化，但是面對(duì)復(fù)雜的工業(yè)以太網(wǎng)故障時(shí)，就要求我們不僅具有相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和豐富的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)應(yīng)該遵循工業(yè)以太網(wǎng)故障診斷和排除的一般步驟和方法。
[0022]以太網(wǎng)中存在的故障存在多種表現(xiàn)形式，由多種原因造成。大致可以把它分為硬件故障和軟件(邏輯)故障兩種類(lèi)型。硬件故障的錯(cuò)誤一般來(lái)講，會(huì)直接導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作，比如網(wǎng)卡燒毀或者工業(yè)以太網(wǎng)線路的短路和斷路等。對(duì)于這些發(fā)生的故障，用戶一般可以較容易的知道故障的出錯(cuò)或者成因，然后就可以迅速解決故障。相對(duì)于硬件故障來(lái)講，軟件故障的錯(cuò)誤也許就沒(méi)那么明顯。存在軟件故障的設(shè)備，系統(tǒng)功能大多仍在運(yùn)轉(zhuǎn)，但是在性能上(速度，或者功能受限等)已經(jīng)嚴(yán)重受到影響，而且用戶可能不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)察覺(jué)到此類(lèi)故障。比如說(shuō)網(wǎng)卡軟件驅(qū)動(dòng)如果出現(xiàn)問(wèn)題那么就可以導(dǎo)致工業(yè)以太網(wǎng)出現(xiàn)短幀，長(zhǎng)幀或者FCS錯(cuò)誤等，從而導(dǎo)致工業(yè)以太網(wǎng)沖突率升高，利用率下降，嚴(yán)重的降低工業(yè)以太網(wǎng)的性能，影響工作學(xué)習(xí)的順利進(jìn)行。本測(cè)試儀器就是針對(duì)以太網(wǎng)所出現(xiàn)的硬件故障和軟件故障的測(cè)試，硬件線路故障，不在本方案討論范圍內(nèi)。本方案主要探討以太網(wǎng)出現(xiàn)的軟件故障。
【權(quán)利要求】
1.一種基于PROFINET的工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)故障診斷方法，其特征在于:包括以下步驟: A:記錄工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)的故障現(xiàn)象及故障前臨界狀態(tài)的設(shè)備運(yùn)行情況； B:搜集與當(dāng)前故障相關(guān)的準(zhǔn)確信息，包括故障發(fā)生后采取的處理措施；是否伴隨其他故障出現(xiàn)；故障發(fā)生前，設(shè)備是否正常工作； C:重現(xiàn)步驟A中的故障，找出故障點(diǎn)； D:根據(jù)步驟C中的故障點(diǎn)，確定故障原因，制定故障解決方案； E:通過(guò)步驟D制定的故障解決方案，經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，判定故障解決方案的可行性，若經(jīng)過(guò)多次測(cè)試后，有效解決故障問(wèn)題，則判定為有效解決方案，進(jìn)入步驟F ;若經(jīng)過(guò)多次測(cè)試后，不能解決故障問(wèn)題，則判定為無(wú)效解決方案，返回步驟D，重新制定故障解決方案； F:分析故障解決方案對(duì)整個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)的潛在影響； G:將上述步驟A-F編制為故障解決方案的文檔。
【文檔編號(hào)】G05B23/02GK104503423SQ201410676037
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】孟瑾, 王德吉, 胡開(kāi)利, 張乾, 張建勛, 劉博 , 楊云超 申請(qǐng)人:河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司