工业以太网堵塞断网故障的分析与处理

杨虎涛

（云南中烟再造烟叶有限责任公司，云南昆明 650102）

0 引言

云南中烟再造烟叶有限责任公司再造烟叶工厂二车间DCS（Distributed Control System，分布式控制系统）采用多套西门子S7-300+S7-400 作为控制器由西门子PCS7 软件进行集成的，由四川高达科技有限公司于2013 年设计完成投入使用。

该系统的人机界面由WinCC 上位机系统“C/S，客户机/服务器 模式”和西门子操作屏（MP377、MP370、OP277 等）组成。之前该系统一直稳定运行，近段时间不定期的出现新提取段WinCC 客户机程序死机故障，严重影响到操作人员的工作，增加操作人员的劳动强度，给产品质量控制带来极大是风险，因此操作现场使用的单台WinCC 客户机死机故障必须得到解决。

1 网络结构及硬件配置

（1）云南中烟再造烟叶有限责任公司再造烟叶工厂二车间的DCS 网络配置见图1。

（2）网络地址及硬件配置情况见表1。

2 故障情况

出现WinCC 客户端死机故障的电脑为 提取段现场操作电脑，IP 地址：10.75.22.28（见图1）。该PC 本地无程序，需要从服务器端读取WinCC 控制程序，主要用于操作提取段新增加的提取、投料等设备。

在近期使用过程中，提取段操作电脑（WinCC 客户端，IP 地址：10.75.22.28）不定期的出现WinCC 客户端死机的故障，严重影响操作人员的操作。同一时段其他的WinCC 客户端运行正常，连接该段PLC（S7-300 6ES7 315-2EH14-0AB0）的操作屏（MP277）也正常运行，没有出现数据包丢失的情况。

通过ping“WinCC 服务器”，发现从该客户端发送数据包到服务器的平均丢包率在（10～20）%之间（发送100 个数据包，平局丢失18 个数据），而在中控室内其他的WinCC 客户端上ping“WinCC 服务器”则是正常的，丢包率为0%。

此故障在近段时间发生率不确定，有时候是一天出现多次死机故障，而有时候是连续2、3 天不出现故障，因此类似的系统软故障在排查起来是非常困难的。

3 原因分析

（1）经过网络结构分析，目前车间DCS 系统的WinCC 上位机采用C/S 结构，在提取段操作电脑（WinCC 客户端，IP 地址：10.75.22.28）出现丢包情况严重，WinCC 死机的情况下，其余WinCC 客户端节点是正常使用的，同时服务器能正常访问所有的PLC 站点。且从同一个交换机连出的操作屏（MP277）使用也正常，由此可以判定网络连接在物理层上是正常的。

图1 DCS 系统网络结构

表1 网络地址及硬件配置

（2）进一步在故障计算机上通过命令行模式下的Tracert 命令跟踪出问题WinCC 客户机与WinCC 服务器的路由路径，发现该WinCC 客户机要操作新提取段的一个数据需要走的路径见图2。

图2 客户机数据传输路径

（3）进一步分析，MP277 操作屏和WinCC 客户机（10.75.22.28）均与新提取段PLC（10.75.22.40）进行通信，MP277操作屏正常而WinCC 客户机（10.75.22.28）会不定期的出现网络卡死堵塞故障，同时WinCC 服务器与新提取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 为西门子S7-300 产品（315-2EH14-0AB0，IP：10.75.22.40）自带2 个以太网接口，到西门子官网上查询得知该两个接口均为10 M/100 M 的自适应端口。

（5）至此故障原因基本得到确认：在整个网络中，新提取PLC（10.75.22.40）处于该故障的中转站的位置，而其自身的以太网端口只是10 M/100 M 自适应的，而与WinCC 服务器连接的交换机均为10 M/100 M/1000 M 自适应的交换机，当时施工时为了减少施工的网线放置量，就同时使用了该PLC 的2 个以太网接口使该PLC 作为新提取段的网络中转站。从数据通信量上来说，其他的交换机的数据交换能力远远大于新提取段PLC（315-2EH14-0AB0）自身的通信量。这就造成数据量较小的MP277 操作屏（只与新提取段PLC 进行通信）连接使用正常，而数据量较大的WinCC 客户机（10.75.22.28）与服务器的通信随着通信数据量的增加而导致网络堵塞（WinCC 服务器需要同时与7 套PLC 进行通信，并汇总数据），进而使WinCC 客户机（10.75.22.28）不能读取到WinCC 服务器的数据而造册客户端程序死机的情况。

4 解决方案

（1）把新提取段电控室内的普通8 口交换机更换为性能更高的10 M/100 M/1000 M 自适应的工业以太网交换机。

（2）修改网络结构，取消新提取PLC（315-2EH14-0AB0）作为中继网络节点的功能，重新放置网线把该PLC 系统直接与服务器连接，以减少新提取段PLC 与服务器之间的路由路径。

（3）提取段WinCC 客户机（10.75.22.28）和MP277 操作屏直接连接到新更换的10 M/100 M/1000 M 交换机上，通过该交换机再与WinCC 服务器进行通信，进而读取新提取PLC（10.75.22.40）的相关数据，其改造的网络见图3。

图3 改造后的客户机数据传输路径

5 结束语

经过网络、设备改造后，现场通过命令行模式下的ping 工具进行故障WinCC 客户机与WinCC 服务器的数据包诊断，多次连续发送100 个数据包丢包率为0%，没有再发生过数据包丢失的情况。改造后的网络，经过连续3 个月的使用运行，之前不定时出现的WinCC 客户机（10.75.22.28）死机故障，没有再发生过，至此该故障得到彻底的解决。