西门子PROFINET通信故障诊断技术

1.PROFINETIO诊断的概念

PROFINET IO支持的诊断概念和PROFIBUS DP支持的诊断概念很相似。STEP7中那些用来诊断PROFIBUS DP组件的工具同样适用与PROFINET IO。PROFINET IO的诊断工具见表11-28。

表11-28 PROFINETIO的诊断工具

（续）

PROFINET IO设备的诊断信息可以在四个级别进行评估，见表11-29和图11-17所示。

表11-29 诊断级别

图11-17 PROFINET IO的诊断级别

（1）PROFINET IO设备模型及寻址级别

与PROFIBUS-DP从站类似，PROFINET IO设备同样具有模块化结构。可以将一个插槽分为多个子插槽，模块插入插槽，而子模块插入子插槽。模块/子模块具有用于读取或输出过程信号的通道，有的模块没有子模块。

PROFINET IO设备的诊断分为4级，1～4级分别用于设备诊断、模块诊断、子模块诊断和通道诊断。通过图11-18所示寻址级别评估诊断数据和组态数据。

图11-18 诊断记录的寻址级别

●AR（应用关联），数据记录编号为W#16#Exxx。

●API（应用程序进程标识符），数据记录编号为W#16#Fxxx。

●插槽（Slot），数据记录编号为W#16#Cxxx。

●子插槽（Sub slot），数据记录编号为W#16#8xxx。

每个寻址级别都有一组可用的诊断记录和组态记录。通过记录编号的首字母来区别各记录组。每个IO设备（寻址级别为AR）、模块（寻址级别为插槽）或子模块（寻址级别为子插槽）的信息传送到各个诊断记录或组态记录中。根据寻址级别，记录将返回一个或多个子插槽、插槽和API的诊断数据或组态数据。

（2）用户结构标识符

用户结构标识符（USI）用于识别诊断数据的类型。诊断数据分为通道诊断、扩展的通道诊断和供应商特定的通道诊断。诊断记录编号的最后两个数字与诊断记录的类型有关。

2.通过用户程序诊断

与在PROFIBUS DP中相同，PROFINET IO支持在用户程序中使用系统功能（SFC）、系统功能块（SFB）和系统状态列表（SSL）进行诊断。唯一的区别位于为详细错误诊断选择的各个块中。表11-30概述了在PROFINET IO和PROFIBUS DP中的特性和状态信息。

表11-30 PROFINETIO和PROFIBUSDP的诊断功能的比较

（续）

PROFINET通信的故障诊断需要在OB1中调用系统功能块SFB52，读取用于诊断的数据记录；在OB82中调用系统功能块SFB54读取组织块起动信息以及中断源（PROFINET IO设备）的信息。

（1）在OB1中调用SFB52读取数据记录

调用SFB52“RDREC”（读取数据记录），可以从PROFINET IO设备（模块或子模块）中读取指定编号的数据记录，其参数列表见表11-31。SFB52采用异步方式工作，处理过程中需要被多次调用。输入参数REQ为1时传送数据记录。对于输出模块，应将输入参数ID的第15位置1。对于输入/输出组合模块，应采用两个地址中较小的地址。

SFB52的输入参数INDEX用于指定数据记录号，示例程序实现ET200S PN的DO模块诊断信息的读取，INDEX编号为W#16#800A的数据记录是故障模块的诊断数据。因为诊断的是数字量输出模块，故参数ID为DW#16#8000（第15位为1）。

SFB52的输入参数MLEN用于指定要读取数据记录的最大字节数，地址区RECORD的长度至少应等于MLEN的长度。若输出参数VALID为1，表示已将数据记录成功传送到了目标地址区RECORD。此时输出参数LEN是读取到的数据记录字节数。

输出参数ERROR用来指示数据记录传输是否出错，出错则置1；且输出参数STATUS是错误信息，其2、3字节返回请求状态。输出参数BUSY为0表示数据记录传送已完成。OB1调用SFB52的程序如图11-19所示。

图11-19 OB1调用SFB52的程序

表11-31 SFB52“RDREC”的参数

PROFINET IO通信的诊断数据记录的详细信息请参考相关通信编程手册。

（2）在OB82中调用SFB54进行诊断

一些PROFINET IO设备或从站中的模块具有中断功能，中断组织块的局部数据提供了中断时产生的部分诊断信息。在中断组织块中调用SFB54“RALRM”，可以读取与事件相关（例如由错误OB触发）的完整的诊断信息，以及中断附加信息，其参数列表见表11-32。

表11-32 SFB54“RALRM”的参数

（续）

SFB54从支持诊断的模块读取中断数据，不管这些模块是在中央机架还是在PROFINET IO设备。SFB54输出参数中的信息包含调用它的OB的起动信息和中断源信息。由于要检查外部设备中断，所以最好在由CPU操作系统起动的中断OB中调用SFB54，否则SFB54输出参数提供的信息会减少。

SFB54的附加中断信息仅包含PROFINET IO触发中断的站点故障通道的状态，以及DP网络触发中断的站点所有通道的状态。

诊断信息写入SFB54的输出参数STATUS、ID、LEN、TINFO和AINFO。TINFO目标区中存放OB的起动和管理信息，AINFO目标区中存放标题信息和附加中断信息。如果TINFO和AINFO设置的数据区长度不够，则无法写入完整信息。

可以使用3种模式进行SFB54“RALRM”的调用：

1）模式0：输出参数ID提供触发中断的DP从站或从站中模块的逻辑起始地址，并将输出参数NEW置为1，不改写其他输出参数。

2）模式1：不论是哪个模块产生的中断，相关的诊断数据将改写SFB54的所有输出参数。

3）模式2：检查是否是输入参数F_ID指定的模块触发了中断。若不是，则输出参数NEW为0；否则输出参数NEW为1状态，相关的诊断数据将改写SFB54所有输出参数。

如果具备诊断功能的模块检测到了故障，在进入中断事件或离开中断事件时，将向CPU发出诊断中断请求，操作系统将调用OB82来响应诊断请求。OB82的局部变量包含了产生中断的逻辑基地址和与故障模块有关的4字节诊断数据。如果未生成和下载OB82，CPU将进入STOP模式。OB82调用SFB54的程序如图11-20所示。

图11-20 OB82调用SFB54的程序

输出参数ID的第15位为1，表示产生中断的是输出模块；如果为0，则是输入模块。

（3）诊断数据分析

所有设备厂商的PROFINET IO的诊断信息数据记录都具有一致的结构，系统状态列表（SSL），SFB 54和SFB 52都进行了扩展，以使PROFINET IO系统的状态和诊断信息可以用于S7用户程序。要了解为PROFINET IO定义了哪些SSL和诊断记录、诊断数据记录的结构等信息，请查阅相关的通信手册。SFB52读取的诊断数据记录的结构和各部分含义，以及通道错误类型的含义见《从PROFIBUS DP到PROFINET IO编程手册》。

本小节主要对TINFO中的起动和管理信息以及AINFO中的标题信息和附加中断信息进行简要介绍。

1）TINFO中的起动和管理信息。TINFO和AINFO的详细信息请参阅文件《用于S7的系统软件和标准功能参考手册》，或参阅SFB54的在线帮助。下面是目标区域的TINFO数据结构：

●字节0～11：当前调用SFB 54的OB82的起动信息。

●字节12～19：产生中断请求的日期和时间。

●字节20～21：产生中断的从站或模块的地址。(https://www.xing528.com)

●字节22～31：管理信息。

OB82调用SFB54后，会在用户指定的DB块中保存起动与管理信息。DB块的前20个字节与OB82的局部变量（即OB82的起动信息）相同。

2）AINFO中的标题信息和附加中断信息。OB82调用SFB54后，保存在用户指定DB（目标区域AINFO）中的标题信息和附加中断信息如下：

●字节0～3：标题信息，块类型、中断类型、中断信息的字节长度和插槽号等。

●字节4～199：来自PROFINET、DP或集中式IO设备的附加的中断信息。

无维护请求的AINFO区的数据的意义见《从PROFIBUS DP到PROFINET IO编程手册》和SFB54的在线帮助。

3.通过RSE诊断

（1）RSE介绍

西门子公司提供一种基于RSE（Report System Error）的方法进行诊断和维护。RSE是STEP7提供一个简便的方式去显示模块所产生的故障诊断信息。用户仅需要组态，STEP7自动生成必要的功能块和消息文本。下载这些功能块和设置消息文本，即可在连接的HMI设备上显示。RES的诊断原理如图11-21所示。本小节采用9.2.1节的实例组态RSE。

（2）RSE组态

在SIMATIC Manager中，单击菜单“Options”→“Language for Display Devices…”，增加语言“德语”和“英语”到“Installed Languages in Project”中，用于HMI设备显示。这里选择默认语言为“英文”，如图11-22所示增加语言。如果需要中文显示消息文本，需要安装中文STEP7，然后选择中文进行消息文本显示。

在硬件组态中，使用鼠标单击CPU312-2PN/DP使其处于高亮状态，然后选择菜单“Options”→“Report System Error…”，参考图11-23所示单击“Report System Error…”。

图11-21 RSE诊断原理

图11-22 增加语言

图11-23 “Report System Error…”

在弹出的“Report System Error”对话框，单击“OB Configuration”选项卡，可以定义支持的OB组织块。这些OB块不需要手动添加到STEP 7程序中，Report System Error会自动添加所选择的OB组织块，并且自动调用SFM函数到相应的OB组织块。如图11-24组态。需要注意的是在“Cycle and Startup Behavior”中，必须选择一个OB1或者其他与时间循环的组织块，这里选择默认的OB1。

图11-24 OB组态

单击“Message”选项卡，可以根据需要修改上述的文本信息，以满足相应的应用。注意蓝色字体标识的变量建议不要修改，修改后变量会无法显示。组态消息如图11-25所示。

图11-25 组态消息

单击“Generate”按钮，这样就给该项目创建了消息文本的系统文本库。生成完毕后，在STEP7程序中的“Blocks”文件夹下自动添加了相应的OB组织块和SFM相关的功能块以及数据块。程序列表如图11-26所示。

图11-26 程序列表

打开OB1，FB49被自动调用。OB1程序如图11-27所示。需要注意的是，在调用SFM函数之前OB1中不能存在BE/BEU等块结束命令，否则出现的系统故障无法正常显示。

图11-27 OB1程序

（3）在STEP7显示CPU消息

在SIMATIC Manager中，单击S7-300站，即SIMATIC 300（1）使其处于高亮状态，然后单击菜单“PLC”→“CPU Messages”，弹出CPU消息对话框，用于测试CPU消息。激活“W”和“A”，其中W表示激活系统诊断消息，A表示读和显示来自于ALARM_S的消息。参考图11-28所示CPU消息，其中，ID表示消息号，Status的I表示事件的到来，O表示事件的离开。

注意事项：

①如果重复出现相同的消息，那么在CPU Messages界面中重新勾选“A”时，只会出现相同消息的一次。不会显示多次，而且仅显示时间上最新的那一次消息。

②如果产生的消息被确认，那么在CPU Messages界面中重新勾选“A”时，消息将不再显示出来。

③当CPU messages的界面没有打开时。如果出现重复的消息，而且没有确认，那么再次打开CPU messages的界面并激活“A”时，消息会出现“OV”的标记，表示消息重复或溢出。所以为了避免“OV”的出现，应对消息进行确认。

4.通过Web诊断

PROFINET基于工业以太网，工业以太网的各种IT技术可以应用到PROFINET中，用于管理和维护网络。西门子集成PN接口的CPU开始集成Web服务器，可以在工厂中通过IE浏览器并输入CPU的IP地址进行诊断，无需额外的开销即可跨越Internet或Intranet监控CPU、消息和模块状态、网络拓扑等。Web服务器可以读到如下内容：起始页中CPU基本信息、标识中订货号与版本等信息、CPU的诊断缓冲区、模块的信息、消息、PROFINET、变量/标签等。这些信息都可视化在Web页面上，从而监控整个PROFINET系统。

在STEP7硬件组态中，双击CPU315-2 PN/DP，弹出CPU属性对话框，单击“Web”标签，使能“Enable Web Server on this module”，选择“English”语言。激活10s自动刷新（如果有这个选项）。保持显示分类默认状态0～16，然后单击“OK”按钮完成设置。参考图11-29设置CPU Web Server属性，保存编译并下载硬件到CPU中。

打开IE浏览器，输入CPU的IP地址192.168.0.1，然后单击左侧“Messages”，可见相关的故障消息。Web诊断显示如图11-30所示。

单击图11-30所示Web页面右上角的语言选择，可以选择其他语言，例如德语。语言显示的种类与STEP7的安装语言种类数量有关，本例STEP7安装了3种语言，分别为德语、英语、法语，而对于Web所能显示的语言是CPU设置Web属性中所设置的最多两种语言，只有这两种语言才能正确地显示消息文本。

图11-28 CPU消息

图11-29 设置CPU Web Server属性

图11-30 Web诊断显示

5.ET200SPN的DO模块负载断线的诊断

9.2.1节的示例项目采用CPU315-2PN/DP的集成PN接口作为PROFINET IO控制器，若将ET200S PN的12号插槽的DO模块组态为具有断线诊断功能的模块（如图11-31所示），则运行时断开该模块己通电的外部负载接线，或者向外部负载已经断线了的输出点（Q0.0或Q0.1）写入二进制数1，将会触发诊断中断，CPU调用OB82和OB86。CPU、IM151-3PN和DO模块的SF LED亮。

图11-31 ET200S DO模块的诊断功能组态

6.基于通信处理器的PROFINET故障诊断

（1）基于CP443-1的PROFINET通信的故障诊断

CP443-1与CPU315-2PN/DP的诊断程序基本上相同。

运行时断开ET200S PN的DO模块外部负载的接线，因为DO模块组态了断线诊断功能（如图9-63所示），触发了诊断中断，CPU调用OB82。CPU和CP443-1的EXTF LED亮，IM151-3PN和DO的SF LED亮。

打开诊断视图（即在线的HW Config），选中ET 200S PN，可以看到CPU、IM 151-3PN和DO模块上的故障符号。双击ET200S PN的DO模块，打开它的模块信息对话框，在“IO设备诊断”选项卡的“指定通道诊断”列表中，可以看到12号插槽的通道0和通道1的引线断开的故障。

OB82调用SFB54后，保存在相应DB块中的诊断信息与315-2PN/DP的故障读取的诊断信息基本上相同。

（2）基于CP343-1的PROFINET通信的故障诊断

1）拔出ET200S PN电源模块的诊断。运行时拔出ET200S PN插槽1的电源模块，CPU的LED状态不变，CP343-1、IM 151-3PN和有诊断功能的DI、DO模块的SF LED亮，未产生中断。

在诊断视图中，CP343-1和ET 2005 PN有故障符号。CP 343-1的诊断缓冲区的诊断信息为“外部错误，进入的事件”。

IM 151-3PN的“模块信息”对话框的“常规”选项卡中的信息为“模块可用且正常，外部出错”，“IO设备诊断”选项卡的诊断信息为“插槽1中的模块丢失”。

2）硬件中断。CP 343-1作PROFINET控制器时，ET200S PN的DI模块属性视图的“参数”选项卡中的硬件中断复选框为灰色，不能组态硬件中断。

CPU集成的PN接口和CP 443-1作为PROFINET控制器时，ET200S PN的DI模块可以组态和产生硬件中断。