EtherCAT故障排查手册,EtherCAT故障

("EtherCAT故障排查手册一、EtherCAT及TwinCAT概述..............................................21.1EtherCAT介绍.............................................................................................................21.2EtherCAT通讯机制介绍...............................................................................................31.3TwinCAT介绍..............................................................................................................5二、EtherCAT模块硬件诊断..........................................................................................72.1CX5020模块介绍及硬件诊断......................................................................................72.2EK1100模块介绍及硬件诊断.......................................................................................82.3BK1250模块介绍及硬件诊断.......................................................................................9三、EtherCAT软件诊断方法........................................................................................113.1WorkingCounter的作用和Syncunit同步单元设置....................................................113.1.1WorkingCounter的作用...................................................................................113.1.2同步单元设置原则...........................................................................................113.1.3同步单元的监测...............................................................................................113.2EtherCAT主站的状态字诊断......................................................................................133.2.1FrameState....................................................................................................133.2.2FrameWorkingCounterState........................................................................133.2.3SlaveCount和CfgSlaveCount.......................................................................133.2.4DeviceStateMaster........................................................................................133.3EtherCAT从站状态字诊断.........................................................................................143.4通过Tcsyslog进行故障排查.......................................................................................153.4.1开通FTP功能..................................................................................................153.4.2开启TcSyslog(故障记录文件功能)...................................................................163.4.3通过FTP功能把tcsyslog.txt文件拷出.............................................................163.4.4查看并分析TcSysLog文件..............................................................................173.5CRC、changecount和Onlinestate诊断..................................................................173.5.1CRC与changecount......................................................................................173.5.2OnlineState诊断............................................................................................183.6EtherCAT拓扑图.......................................................................................................203.7EmergencyScan.......................................................................................................21四、典型的失效模式分类.................................................................................................224.1PLC到通讯模块的连接失效.......................................................................................224.2模块与模块间的连接失效...........................................................................................224.3光电交换机的连接失效...............................................................................................24五、EtherCAT故障处理..................................................................................................285.1更换故障模块.............................................................................................................285.2CF卡数据备份...........................................................................................................291一、EtherCAT及TwinCAT概述1.1EtherCAT介绍EtherCAT技术突破了其他以太网解决方案的系统限制：通过该项技术，无需接收以太网数据包，将其解码，之后再将过程数据复制到各个设备。EtherCAT从站设备在报文经过其节点时处理以太网帧：嵌入在每个从站中的FMMU（现场总线存储管理单元）在帧经过该节点时读取相应的编址数据，并同时将报文传输到下一个设备。同样，输入数据也是在报文经过时插入至报文中。整个过程中，报文只有几纳秒的时间延迟。主站方面也非常经济，商用的标准网卡（NIC）或任何主板集成的以太网控制器可以用作硬件接口。这些接口的共性就是数据通过DMA（直接内存读取）传输至PC，即网络读取时无需占用CPU资源。EtherCAT协议在以太网帧内采用官方指定的以太类型。采用这种以太类型即可允许在以太网帧内直接传输控制数据，而无需重新定义标准以太网帧。该以太网帧可由多种子报文组成，每个子报文服务于逻辑过程映像区的特定内存区，该区域最大可达4GB。数据序列是独立于物理顺序的，所以以太网端子模块的编址可以随意排序。从站之间的广播，多播和通讯也可得以实现。EtherCAT拥有杰出的通讯性能，接线非常简单，并对其它协议开放。传统的现场总线系统已达到了极限，而EtherCAT则突破建立了新的技术标准——30µs内可以更新1000个I/O数据，可选择双绞线或光纤，并利用以太网和因特网技术实现垂直优化集成。使用EtherCAT，可以用简单的线型拓扑结构替代昂贵的星型以太网拓扑结构，无需昂贵的基础组件。EtherCAT还可以使用传统的交换机连接方式，以集成其它的以太网设备。其它的实时以太网方案需要与控制器进行特殊连接，而EtherCAT只需要价格低廉的标准以太网卡(NIC)便可实现。EtherCAT特点：（1）EtherCAT是直达IO的实时通讯系统（2）没有子系统（3）无网关延时（4）输入、输出、传感器、驱动、显示等所有的设备集成于一个系统中21.2EtherCAT通讯机制介绍组成一个基本的EtherCAT通讯网络所包含的组件有：嵌入式控制器、EtherCAT总线耦合器、EtherCAT端子模块、CAT5电缆（标准五类网线）、光纤等。EtherCAT通讯在CAT5电缆上使用标准的100BASE-TX模式进行数据传输，在光纤上使用标准的100BASE-FX模式进行数据传输。EtherCAT总线耦合器后端可连接任何数目的EtherCAT端子和一个总线末端端子，EtherCAT耦合器将以太网100BaseTX的电报转换为E-bus信号在EtherCAT端子模块间传输。每个EtherCAT从站设备都有4个EtherCAT的通讯口，分别是Port0（A口），Port1（B口），Port2（C口）和Port3（D口）。如图1.1所示。掌握通讯口概念后，可以结合Onlinestate和CRC校验对故障进行排查（详见3.5章）。图1.1EtherCAT从站通讯口如果某个port口没有连接其他的EtherCAT从站，信号在经过该port口时，该port口自动锁闭，信号会接着往下传输(对应图1.1中紫色线路)。EtherCAT从站使用通讯口的个数不同时，EtherCAT帧的通讯顺序也不同。如表1.1所示。通讯口个数EtherCAT数据帧顺序20\uf0e0EtherCATProcessingUnit\uf0e01/1\uf0e0030\uf0e0EtherCATProcessingUnit\uf0e01/1\uf0e02/2\uf0e00（使用port0,1,2）0\uf0e0EtherCATProcessingUnit\uf0e03/3\uf0e01/1\uf0e00（使用port0,1,3）40\uf0e0EtherCATProcessingUnit\uf0e03/3\uf0e01/1\uf0e02/2\uf0e00表1.1EtherCAT帧的通讯顺序如果从站只有2个通讯口，结合图1.1和表1.1，信号从左到右经过该模块时的过程如3下：EtherCAT帧通过从站时，先从port0（即A口）进入该模块；然后经过EtherCATProcessingUnit；port3（D口）因为没有连接设备，所以该口在通讯时自动锁闭；信号从port1（B口）离开该从站模块。信号从右到左经过该模块时的过程如下：先从port1（即B口）进入该模块；port2（C口）因为没有连接设备，所以该口在通讯时自动锁闭；信号从port0（A口）离开该从站模块。图1.2：各类EtherCAT端子模块的端口标示（从左到右分别是一般IO模块，EK1110，EK1100，EK1521）如果在通讯的过程中，模块通讯有问题，有问题模块的前面一个EtherCAT模块会自动闭锁通讯口B，使EtherCAT报文返回。见图1.3。如果在通讯的过程中，网线或者其他原因导致Tx和Rx线通讯均中断，这时，EtherCAT通讯的向右传输通道都是不正常的，EtherCAT报文会在Tx和Rx线通讯中断前面的模块处返回。见图1.3。图1.3有问题时，EtherCAT报文的返回如果在通讯的过程中，网线或者其他原因导致Tx线通讯正常，但是Rx线通讯断，这时，EtherCAT通讯的向右传输通道都是正常的，即EtherCAT主站可以发出报文，而且报文能一直发送到拓扑结构的最后一个模块；然后EtherCAT报文从最后一个模块往回返，即开始使用Rx通讯线，如果Rx通讯线有地方中断，EtherCAT通信就会中断，不能返回到EtherCAT主站。EtherCAT主站在10个周期接收不到发出的Frames的回复时，就会把自身的State值设定为INIT。见图1.4。图1.4Tx线通讯正常，但是Rx线通讯断时，EtherCAT报文无法返回到主站处41.3TwinCAT介绍TwinCAT系统软件可通过多PLC系统、NC轴控制系统、编程环境和操作站，将任何兼容PC“改造”成为一台实时控制器，而无需PC外的其他硬件。TwinCATSystemManager（TSM）负责管理TwinCAT系统，是TwinCAT系统的配置中心。TwinCATPLCControl作为一种纯粹的软PLC，TwinCATPLC允许在一个PC上实现4个虚拟“PLCCPU”，4套PLC可以独立启动和停止，储存区也相互独立，每个PLC最多可运行4个用户任务。PLC程序可使用多种语言编程，符合IEC61131-3标准。TwinCAT系统服务是在本机上作为WindowsNT的一个服务来运行的。在用户登录系统前，WindowsNT就启动了TwinCATSystem服务，并在任务栏上生成作为TwinCAT活动标识的图标：红——————表示TwinCAT处在停止模式蓝——————表示TwinCAT处在配置模式黄——————表示TwinCAT正在启动绿——————表示TwinCAT处在运行模式。图1.5TwinCATSystemMangaer界面介绍System-Configuration中可设置Autoboot，Autoboot项为RUNMODE时,目标机器的TwinCAT服务一启动,TwinCAT就处于Running模式。Autoboot项为ConfigMODE时,目标机器的TwinCAT服务一启动,TwinCAT就处于Configmode模式。System-Configuration中Basetime（最低可设为50uS）是一个时间片的概念，将Windows操作系统的运行时间切成1ms一片，在1ms中运行plc的程序以及运动控制，由5此保证了TwinCAT软件的实时性。CPULimit设置的是CPU的使用率，默认为80%，意味着1ms的时间中80%用做TwinCAT处理，20%用做Windows的进程。所有的TwinCAT任务周期，比如PLC任务周期，都是BaseTime的倍数。假如要实现PLC周期500微秒，可以在上图中将Basetime设置为500微秒，而PLC任务周期设为1倍。或者Basetime设为250微秒，而PLC任务周期设为2倍，依此类推。如图1.6。图1.6BaseTime与CPULimit设置I/O-configuration中可通过点击I/ODevices–AppendDevice进行手动配置硬件设备，也可以在ConfigurationMode下，通过ScanDevices自动扫描目标系统的I/O。如图1.7图1.7I/ODevice硬件扫描扫描成功后,展开I/ODevice树形结构,在最底层,可以看到所有本地和远程的I/O模块以及设备。Freerun模式是调试模式，可以自动给I/O一个4ms的Task，这样就可以诊断I/O模块的输入输出状态，Freerun模式中，右下角图标会在config与freerun两个状态闪烁。61.右键点击I/ODevices2.点击ScanDevices3.提示不是所有设备都能被自动获取，点击确定二、EtherCAT模块硬件诊断本章节主要介绍风电项目中EtherCAT模块的硬件诊断方法。现场设备发生故障后，可通过模块的指示灯状态快速地对故障进行初步排查及诊断，也可在软件诊断后再检查硬件指示灯状态，对故障信息再确认。本章中未列举模块的硬件诊断资料可在InformationSystem手册中进行检索获取。2.1CX5020模块介绍及硬件诊断CX5020模块如右图所示，内含1.6HzIntel®Atom™处理器带K-bus/E-BUS自动识别接口，WINCE系统，带TWINCAT2PLCrun-time的控制器。其中状态LED：PWRLED亮绿灯表示电源供应正常。TCLED亮绿灯：表示TwinCAT在运行模式。TCLED亮红灯：表示TwinCAT在停止模式。TCLED亮蓝灯：表示TwinCAT在配置模式。HDDLED闪红灯：表示在读/写闪存。FB1和FB2亮红灯：表示现场总线状态。CX5020有2个独立的LAN接口，2个LAN接口都可以以10/100/1000Mbit的速度运行。上部的LINK/ACT指示灯表明该网口是否连接到了网络。如果该网口连接到了网络并且有数据交换，则LED绿光闪烁。下部的SPEED指示灯表明连接速度。如果连接速度为10/100Mbit则该LED为绿色，如果连接速度为1000Mbit则该LED为红色。E-bus电源装置指示灯定义：Us24VCPU模块电源供电如果电源正常，LED指示灯显示绿色。Up24V端子模块电源供电如果电源正常，LED指示灯显示绿色。L/A暗E-bus没有连接亮E-bus连接但没有数据通信7闪E-bus连接并且有数据通信2.2EK1100模块介绍及硬件诊断K1100耦合器用于将EtherCAT网线与EtherCAT端子(ELxxxx)相连。一个站由一个EK1100耦合器、任意多个EtherCAT端子端子组成。该耦合器将来自100baseTX以太网的传递报文转换为E-BUS总线信号。耦合器通过上面的以太网接口与网络相连。下面的RJ45接口可用于在同一条电缆上连接其它EtherCAT设备。指示灯定义：LED显示状态含义Us绿色灭未上电耦合器以及E-bus未供电亮已上电耦合器以及E-bus已供电Up绿色灭未上电I/O触点未供电亮已上电I/O触点已供电RUN绿色灭初始化EtherCAT状态机状态：INIT=初始化慢闪预操作EtherCAT状态机状态：PREOP=预操作闪一次安全操作EtherCAT状态机状态：SAFEOP=安全操作亮运行Ethercat状态机状态：OP=运行快闪启动EtherCAT状态机状态：BOOT=启动(耦合器固件更新)LINK/ACT绿色灭未连接与E-bus总线没有连接常亮已连接与E-bus总线已连接但没有通讯数据交换8E-Bus闪烁已通讯与E-bus总线已连接并且有通讯数据交换LINK/ACTX1绿色灭未连接与前一个EtherCAT设备没有连接常亮已连接已经与前一个EtherCAT设备连接闪烁已通讯与前一个EtherCAT设备连接并通信LINK/ACTX2绿色灭未连接与后一个EtherCAT设备没有连接常亮已连接已经与后一个EtherCAT设备连接闪烁已通讯与后一个EtherCAT设备连接并通信2.3BK1250模块介绍及硬件诊断BK1250是一种安装在端子模块间的总线耦合器，用于总线站中EtherCAT端子模块（Elxxxx）与标准总线端子模块（KLxxxx）的混合应用。BK1250有ERROR和I/O-ERRORK-bus2个故障诊断灯，通过观察指示灯的不同闪烁方式，可区分不同故障类型，详见下表格。指示灯定义：LED显示状态含义Us绿色灭未上电耦合器以及E-bus未供电亮已上电耦合器以及E-bus已供电Up绿色灭未上电I/O触点未供电亮已上电I/O触点已供电RUN绿色灭初始化EtherCAT状态机状态：INIT=初始化慢闪预操作EtherCAT状态机状态：PREOP=预操作闪一次安全操作EtherCAT状态机状态：SAFEOP=安全操作亮运行EtherCAT状态机状态：OP=运行9快闪启动EtherCAT状态机状态：BOOT=启动(耦合器固件更新)LINK/ACTE-Bus绿色灭未连接与E-bus总线没有连接常亮已连接与E-bus总线已连接但没有通讯数据交换闪烁已通讯与E-bus总线已连接并且有通讯数据交换I/ORUNK-bus绿色灭未激活K总线未激活常亮激活K总线已激活ERROR红色灭正常无错误慢闪报错PLC错误/丢帧I/OERRORK-bus红色连续的慢闪EMC问题闪烁1次0EEPROM校验错误1代码缓冲区溢出2未知数据类型闪烁2次0编程的配置有一个不正确的表项n(n>0)表对照(总线端子模块n)闪烁3次0K总线命令错误闪烁4次0K数据错误，超出了总线耦合器n超出了总线端子模块n闪烁5次n总线端子模块n寄存器通信的K总线错误闪烁14次n第n个总线端子模块的格式错误闪烁15次n总线端子模块的个数不正确闪烁16次nK总线数据的长度不正确举例说明如何发现BK1250后端的问题模块：现象：BK1250上电后，I/OERRORK-bus红灯闪烁，具体闪烁情况如下，先闪烁14次，1秒左右间隔后，再闪烁5次，然后红灯高速闪烁，之后红灯一直重复上述三种闪烁状态。分析：发现I/OERRORK-bus红灯闪烁规律后，查找上面表格中的I/OerrorK-bus一栏，发现故障原因为第5个总线端子模块的格式错误（n=5），即BK1250后端的第5个模块存在问题。然后可以拆除这个问题模块，重新上电观察BK1250的I/OERRORK-bus是否还有故障。10三、EtherCAT软件诊断方法本章内容介绍了EtherCAT软件诊断的一些方法，包含：WorkingCounter的作用与Syncunit同步单元设置；EtherCAT主站状态字诊断；EtherCAT从站状态字诊断；TcSyslog故障排查；CRC、changecounter和OnlineState诊断、EtherCAT拓扑图以及EmergencyScan。3.1WorkingCounter的作用和Syncunit同步单元设置3.1.1WorkingCounter的作用对于一个EtherCAT系统，一般情况下是默认一个同步单元组，即所有的从站数据的读、写等信息都包含在一个WorkingCounter里，例如：读一次+1，写一次+2，读写一次+3等。主站会对比接收到的信息的WKC和“ShouldBe”值进行对比，如果值相同，则认为通讯正常，WcState=0，如果值不相等，则认为通讯有问题，WcState=1。报文示意图如图3.1所示。图3.1WorkingCounter示意图为了能更加明确地得到通讯问题的所在，一般情况下，建议划分几个不同的“同步单元”。这样，每个同步单元都有自己的WorkingCounter值。多个同步单元的WorkingCounter，如图3.2所示。11图3.2多个同步单元的WorkingCounter3.1.2同步单元设置原则1）.按照柜子的物理地址，分别单独设置同步单元；2）.通讯模块单独设置同步单元；3）.特殊的模拟量模块单独设置同步单元（例如：编码器模块）；4）.客户需要单独监测的模块，可以单独设置同步单元。3.1.3同步单元的监测1）.EtherCAT通讯有问题时，该同步单元WcState=1；2）.每个模块都有state位，state值为8时，模块在正常的运行状态，同时如果EtherCAT的通讯没有问题，WcState=0；state值不为8时，模块不在正常的运行状态，该模块所在同步单元WcState=1；3）.FrmnWcState的每一个bit，代表一个同步单元的WcState值；如果一个同步单元的WcState值=0，则这个同步单元的所有模块状态都为OP，并且同步单元的通讯也没有问题。如果一个同步单元的WcState值=1，则这个同步单元的通讯有可能有问题，或者有模块的状态不在OP。4）.当一个同步单元的WcState值=1时，DI/AI值保持上个周期的值不变；DO/AO值，当模块本身的state值为8时，该模块可以按照PLC程序，正常的输出，模块本身的state值不为8时，该模块输出被设置为0。以远景能源主控系统为例，主控系统中一共设置了6个同步单元（如图3.3所示），包括8个EtherCAT命令，每个命令都可通过WcState来监控其是否执行成功：WcState=1表示命令失败，数据无效。图3.3主控系统的6个同步单元6个同步单元的8个命令在1个EtherCATFrame中传输（1个EtherCATFrame中最大可传输16个命令），所有命令的WcState都包括在Frm0WcState中，如图3.4所示：12图3.4Frm0WcState在PLC程序中可以通过判断Frm0WcState每一位的状态来判断每个同步单元中每个命令是否执行成功。如表3.1所示。BitMeaning0(0x0001)wrongworkingcounterof1.EtherCATcommandreceived1(0x0002)wrongworkingcounterof2.EtherCATcommandreceived2(0x0004)wrongworkingcounterof3.EtherCATcommandreceived……14(0x4000)wrongworkingcounterof15.EtherCATcommandreceived15(0x8000)completeframemissing表3.1Frm0WcState每一位的状态3.2EtherCAT主站的状态字诊断EtherCAT主站需要诊断的信息有：1）FrameState2）FrameWorkingCounterState3）SlaveCount和CfgSlaveCount4）DeviceStateMaster图3.5主站诊断状态字3.2.1FrameStateFrameState为UINT变量，它的每一位表示1个EtherCAT命令是否执行成功（0为成功，1为失败）。例如：Frm0State值为0004（16进制），则表示数据帧0的第3个EtherCAT命令执行失败。3.2.2FrameWorkingCounterState13详细内容见3.1。如果一个同步单元的WcState值=0，则这个同步单元的所有模块状态都为OP，并且同步单元的通讯也没有问题。如果一个同步单元的WcState值=1，则这个同步单元的通讯有可能有问题，或者有模块的状态不在OP。3.2.3SlaveCount和CfgSlaveCountCfgSlaveCount：配置的EtherCAT从站数量（CountofconfiguredEtherCATslaves）；SlaveCount：实际接收到的EtherCAT从站数量（ActualcountofEtherCATslavesreceived）；可以进行比较，一旦出现SlaveCount与CfgSlaveCount值不相同时，就证明有从站已经在通讯中丢失。3.2.4DeviceStateMaster通过这个UINT值，可以快速发现从站中有不为OP的站，但是只是一个报警值，不能帮助你快速定位。BitMeaning0(0x0001)Linkerrordetected.1(0x0002)I/Olockedafterlinkerror(I/Oresetrequired)2(0x0004)Linkerror(redundancyadapter)3(0x0008)Missingoneframe(redundancymode)4(0x0010)Outofsendresources(I/Oresetrequired)5(0x0020)Watchdogtriggered6(0x0040)Ethernetdriver(miniport)notfound7(0x0080)I/Oresetactive8(0x0100)Atleastonedevicein'INIT'state9(0x0200)Atleastonedevicein'PRE-OP'state10(0x0400)Atleastonedevicein'SAFE-OP'state11(0x0800)Atleastonedeviceindicatesanerrorstate12(0x1000)DCnotinsync(DC=distributedclocks)表3.2DeviceStateMaster的每一位状态3.3EtherCAT从站状态字诊断在同一个EtherCAT同步单元中的同一个EtherCAT命令中，可以有多个EtherCAT的子站，当在主站查看到这个EtherCAT命令无效时，还无法判断哪个EtherCAT子站报错，这时就需要去看各个EtherCAT子站的状态，来确定具体的问题模块。EtherCAT从站需要诊断的信息有：WcState（1bit）和SlaveState（16bit）。WcState是BOOL型变量，表示一个EtherCAT从站的WorkingCounterState。当WcState为0(FALSE)时，该从站数据交换正确无错误；当WcState为1(TURE)时表示该从站数据交换报错，EtherCAT命令在刷新Inputs的值或者Output的值时有不正确的14WorkingCounter。SlaveState反映从站设备的EtherCAT的状态，正常工作时State=8，否则表示该从站出现故障，此时相应的WcState也会变为1。EtherCAT的所有耦合器和端子都是作为EtherCAT的从站，每个EtherCAT从站都有State状态，模块State的16bit状态信息如图3.6所示。图3.6SlaveState故障代码各个位的信息具体如下：BitMeaning0x___1Slavein'INIT'state0x___2Slavein'PREOP'state0x___3Slavein'BOOT'state0x___4Slavein'SAFEOP'state0x___8Slavein'OP'state0x0010Slavesignalserror0x0020InvalidvendorId,productCode...read0x0100Slavenotpresent0x0200Slavesignalslinkerror0x0400Slavesignalsmissinglink0x0800Slavesignalsunexpectedlink0x1000CommunicationportA0x2000CommunicationportB0x4000CommunicationportC0x8000CommunicationportD表3.3SlaveState的每一位诊断状态3.4通过Tcsyslog进行故障排查3.4.1开通FTP功能首先开通CX5020控制器的FTP功能，运行CERHOST.EXE程序，弹出Connect的对话框，输入CX5020的名称或者IP地址进入CX5020的界面。进入控制面板后打开CXConfiguration图标，点击FTP，Serveractive勾选上，查看默认路径是否为\\HardDisk\\ftp\\，点击Apply按钮，在弹出的提示重启的对话框里选择15Yes按钮，重新启动CX5020控制器。如图3.7所示：图3.7激活FTP功能3.4.2开启TcSyslog(故障记录文件功能)开启Tcsyslog功能后，如果PLC内部发生故障（包括硬件IO的状态有改变），在FTP的路径下会生成tcsyslog.txt文件。进入控制面板后打开CXConfiguration图标，点击TwinCATSettings，勾选EnableLogFile，设置LogFile的尺寸为2M（2000000），设置文件的路径\\HardDisk\\ftp\\，点击Apply按钮后重新启动CX5020控制器，如图3.8所示：图3.8设置记录文件的大小和路径启动完成后，CX5020的故障记录文件配置结束。如果PLC内部发生故障，在CX5020的\\HardDisk\\ftp路径下就会生成tcsyslog.txt的故障记录文件，文件最大能记录162M的数据，当tcsyslog文件要超出2M容量时，新生成的故障记录会自动覆盖掉最先生成的故障记录文件。3.4.3通过FTP功能把tcsyslog.txt文件拷出打开IE浏览器，在地址内输入ftp://CX_056EE4或者CX5020的IP地址ftp://169.254.223.94/进入FTP文件夹，看到如下图所示tcsyslog.txt文件，复制拷出。图3.2.3tcsyslog.txt文件图5.20TcSysLog文件（4）通过FTP功能把故障文件拷出打开IE浏览器，在地址内输入ftp://CX_056EE4或者CX9000的IP地址ftp://169.254.223.94/进入FTP文件夹，看到如下图5.21所示tcsyslog.txt文件，复制拷出。图3.9查看和拷贝TcSyslog文件3.4.4查看并分析TcSysLog文件打开故障记录文件tcsyslog.txt，看到如下图所示信息，表明模块曾发生过异常：图3.10TcSyslog文件记录信息对比tcsyslog.txt文件记录数据图3.10与TwinCAT→EtherCAT→Online里的故障，初步判断故障的原因为Klemme4(EL1008)出现了异常（外部干扰或者本身异常）。3.5CRC、changecount和Onlinestate诊断3.5.1CRC与changecount当发生故障时，将网线连接到CX5020控制器，在不断电的情况下，扫描到CX5020，添加后点击工具栏第3个的红色图标openfromtarget。把CX5020里的组态打开。切记此时保持CX5020状态为Running，不能切换为config或者freerun模式（否则17CRC校验或者Changes的计数会清零）。点击I/O-Configuration→I/ODevices→Ger鋞1(EtherCAT(v2.10only))，右边窗口Online项的对话框里是否出现故障状态如：CRC检验错误，LostFrames有计数，State不是OP等故障。如图3.11所示。图3.11TwinCAT中EtherCAT模块的状态点击EtherCAT项，AdvancedSettings→Diagnosis勾选ShowChangeCounters(StateChanges/NotPresent)选项。将ChangeCounters勾上以后可以查看EtherCAT因故障而重试的次数（0/0为正常）。如下图3.12所示：图3.12添加ChangeCounters诊断显示功能在Online项的对话框里增加Changes状态列，如下图3.13:18图3.13ChangeCounters诊断显示信息图3.13中，klemme3(EL1008)的CRC校验码是（0,1089），证明该模块的B口有1089次CRC校验出错。（各EtherCAT从站的端口定义详见1.2章）3.5.2OnlineState诊断本节分析EtherCATOnline对话框中模块状态不在OP的故障代码含义。以下图3.14为例，Term24（EK1110）的State为OPLNK_MISB（TheslaveisinOPstate,althoughlinkismissingatportB(2)thatshouldbepresentaccordingtotheconfiguration）。该状态的含义为Term24（EK1110）模块本身无故障处在OP状态，但是该模块的端口B接收不到后面模块的数据，而在控制器的TSM配置文件中Term24（EK1110）的端口B后端带有21#NacelleControl（EK1100）模块，这些模块的状态为INITNO_COMM。此时可能的故障原因为：1.21#NacelleControl（EK1100）未上电2.21#NacelleControl（EK1100）模块有问题3.Term24（EK1110）与21#NacelleControl（EK1100）间的网线接头松动或网线有问题19图3.14OnlineStateLNK_MIS_B以下图3.15为例，Term47与Term48报INITVPRS故障，表示模块的位置和TwinCATSystemManager中配置的不一致，调换Term47与Term48的位置后问题解决。图3.15OnlineStateINITVPRS常见的Online模块报错与原因分析，见下表3.4：模块故障状态原因分析ELXXXX、EK1100LNKMISSB1.与后端模块接触不良2.该模块有问题3.后端模块有问题EK1100LNKMISSC1.网线接头松动或网线问题2.后端EtherCAT耦合器未上电203.后端EtherCAT耦合器故障EK1521LNKMISSC1.与后端模块接触不良2.后端模块有问题EK1521LinkmissD1.EK1521与EK1501之间的光纤故障（检查光纤接头、光纤进口出口是否接反）；2.EK1501没有上电3.EK1501模块有问题，不能正常工作表3.4Online状态故障表3.6EtherCAT拓扑图打开TSM文件，Device4（EtherCAT），查看右面的EtherCAT页签，点击Topology，跳出的对话框，可以显示整个EtherCAT的拓扑图。如图3.16所示。图3.16EtherCAT拓扑图通过topology图也可以看到各个模块的状态，如图3.17所示：1.在ONLINE状态下，每个设备上部有个状态条，通过这个状态条可以查看该设备是处于InitState、Pro-OperationState、Safe-OperationState还是OperationState；2.当一个设备被一个红框环绕，表示该设备无法和主站建立通讯；3.设备下端出现红圈，则表示对应位置的端口有CRC校验错误。21图3.17EtherCAT拓扑图中各个从站模块的状态信息3.7EmergencyscanEmergencyscan可以用来检查通讯情况，并查找通讯有问题的模块。Emergencyscan只能在配置模式下进行，它逐一地对EtherCAT从站发送报文并进行检查诊断。进入Emergencyscan设置界面，首先在EtherCAT窗口打开AdvancedSettings，点进Emergency-Scan子菜单，设置发送数据帧的数量（默认为100），点击‘StartScan’即可进行Emergencyscan，通讯正常的模块Quality值为100of100（发送的数据帧数量可自行设置，最大为1000），如果通讯不正常，Quality的值会低于最大值，如下图3.18所示，当有大量丢帧情况时，可能是EtherCAT网络有断线或接触不良等原因，如果丢帧的数量较少，也有可能是EMC干扰，模块过温等原因。图3.18Emergencyscan设置界面22四、典型的失效模式分类4.1PLC到通讯模块的连接失效首先用电脑打开Twincatsystemmanager软件，连接上EtherCAT主控制器CX5020，然后在RUNMODE下打开EtherCAT-Online窗口，发现EtherCAT主站状态为INIT,所有EtherCAT从站状态为INITNO_COMM,如下图4.1所示：图4.1CX5020与EL1100失效时主从站状态此外还可以打开Tcsyslog记录文件（获取Tcsyslog文件方法详见3.4章节），显示如下报错信息：TwinCATSystemMessage:Source:;Timestamp:2015-7-1013:22:12726msMessage:Device4(EtherCAT(v2.10only):Framemissed10times(frameno.0)这段信息表示，，EtherCAT主站CX5020在10个扫描周期接收不到发出的数据帧的返回值，此时EtherCAT主站会把自身的状态变为INIT。结合以上两种分析方法，我们可以判断出主控制器CX5020与第一个EtherCAT从站间通讯不上。此时可能的故障原因为：1）CX5020与从站间网线故障，可能是TX+，TX-,RX+,RX-中某根线断了2）CX5020与从站间网线接头松动3）第一个从站模块故障4）从站模块未上电或从站模块24V供电电源故障可以通过更换网线、重新紧固网线接头，检查从站模块24V供电或更换从站模块等方式，进行故障排查。4.2模块与模块间的连接失效首先用电脑打开Twincatsystemmanager软件，连接上EtherCAT主控制器CX5020，然后在RUNMODE下打开EtherCAT-Online窗口，如果发现情况1如下：EtherCAT主站为OP正常状态，从站Term47（EL1008）处于OPLNKMIS_B状态Term47之前的模块都为OP状态，后端模块Term48-Term52都处于INITNO_COMM状态，CRC23校验状态都为0（正常），如下图4.2所示：图4.2从站OPLNKMIS_BOPLNKMIS_B的含义为Term47（EK1008）模块本身无故障处在OP状态，但是该模块的端口B接收不到后面模块的数据（模块端口定义详见1.2章），后面模块Term48-Term52都无法和主控制器建立通讯。Tcsyslog记录文件中，显示如下报错信息：Term48(EL2004)(1056)-Term52(EL3204)(1060)'Communicationinterrupted新建一个TSM软件，连接上EtherCAT主控制器CX5020，并切换到ConfigureMode，重新进行DeviceScan，再次扫描仍然无法扫描到Term48-Term52。此时可能的故障原因为：1）Term47与Term48模块之间松动或接触不良造成E-bus通讯断开2）Term48模块本身有问题可以通过检查Term47与Term48模块卡扣是否卡紧，侧面E-bus通讯金属触点，更换Term48模块等方式来进行故障排查。如果发现情况2如下：EtherCAT主站为OP正常状态，所有从站也都处于OP状态，Term5（EL5001）的CRC校验码是（0，201），Term6-Term9的changes计数值为0/79，同时还有丢帧的情况。如下图4.3所示：图4.3从站CRC端口B计数错误Term5（EL5001）的CRC校验码是（0,201），表示该模块的B端口出现201次CRC校验出错。在TSM中将控制器切换到ConfigureMode，进行EmergencyScan，发现Term6出现24丢帧情况，可更加确认故障模块的位置。此时可能的故障原因为Term6（EL5001）模块有问题，可更换此模块进行故障排查。如果发现情况3如下：EtherCAT主站为OP正常状态，所有从站也都处于OP状态，Term5（EL3681）的CRC校验码是（103，0），同时还有丢帧的情况。如下图4.4所示：图4.4从站CRC端口A计数错误Term5（EL3681）的CRC校验码是（103,0），表示该模块的A端口出现103次CRC校验出错。在TSM中将控制器切换到ConfigureMode，进行EmergencyScan，发现Term4出现丢帧情况，可更加确认故障模块的位置。此时可能的故障原因为Term4（EL9410）模块有问题，可更换此模块进行故障排查。4.3光电交换机的连接失效以使用第三方光电交换机为例:风机在运行中出现ethercat中断故障，然后可以自恢复，Tclog文件如下：TwinCATSystemMessage:Source:;Timestamp:4/8/20157:52:30PM546msMessage:100A2-X103(EtherCAT):Framemissed10times(frameno.0)TwinCATSystemMessage:Source:;Timestamp:4/8/20157:52:30PM550msMessage:100A2-X103(EtherCAT):Framereturned->forcereinitialization!TwinCATSystemMessage:Source:;Timestamp:4/8/20157:52:33PM170msMessage:'101BC0(EK1100)TOWERBOX(1001)'Communicationre-establishedTwinCATSystemMessage:Source:;Timestamp:4/8/20157:52:33PM177msMessage:'102DI1(EL1004)(1002)'Communicationre-establishedTwinCATSystemMessage:Source:;Timestamp:4/8/20157:52:33PM202msMessage:'102DI5(EL1004)(1003)'Communicationre-established25根据Tclog文件可以看到，EtherCAT通讯出现了中断，连续丢帧10次，主站与从站的通讯中断，当主站重新检测到EtherCAT数据帧返回后，主站重新进行强制初始化操作，此时从站的状态机重新由INIT切换到OP状态，通讯重新建立，通讯恢复正常。先对故障进行复现：测试1：拔掉主控制器到塔基柜EK1100之间的网线，此时出现丢帧10次错误，控制器与所有从站断开通讯，重新插上网线后通讯恢复，主站重新进行强制初始化操作。见图4.5图4.5测试2：拔掉塔基光电转换模块上的Rx或者Tx光纤，出现丢帧10次错误，此时对单个模块进行重新OP操作无效，在TwinCat下对所有从站进行重新OP（下图红框部分）后，控制器与塔基柜部分的模块通讯恢复正常，其中EK1100报故障OPLNK_ERR_C，即EK1100的C口通讯有错误，见下图4.6：图4.626测试3：拔掉塔基EK1100与光电转换模块之间的网线，此时未出现丢帧10次错误，控制器与塔基模块的通讯正常，EK1100报故障OPLNK_ERR_C，即EK1100的C口通讯有错误，见下图4.7：图4.7测试4：断开机舱光电转换模块与机舱EK1100之间的网线，此时现象同测试2。结合上述测试情况，分析原因如下：当使用第三方光电转换模块时（比如NTRON光电转换模块），当塔基光电转换模块与机舱EK1100之间的通讯发生中断时（即上面测试2和测试4的情况），由于第三方光电转换模块没有自动闭环的功能，在中断时会出现ethercat丢帧10次错误，导致所有的从站都处于INITNOCOMM的状态。当塔基光电转换模块与塔基EK1100之间的通讯发生中断时（即上面测试3的情况），EK1100会自动判断c端口没有EtherCAT模块连接，c端口自闭合同时EtherCAT数据帧返回主控制器，EK1100只会报故障OPLNK_ERR_C，此时可检查EK1100与塔基光电转换模块间网线和塔基光电转换模块是否运行正常，进行排除故障。对于使用第三方光电转换模块的风机，出现丢帧10次导致ethercat通讯故障的原因可能有：1）EMC干扰；2）主控制器与塔基EK1100之间的通讯中断；3）塔基光电转换模块与机舱EK1100之间的通讯中断。此时可尝试更换主控制器与塔基EK1100之间的网线，光电转换模块之间的光纤，光电转换模块与机舱EK1100之间网线，观察是否还会出现该故障。如果使用倍福的EK1501与EK1521模块作为塔基与机舱间的光纤通讯时，发生光纤中断的情况下，则不会出现丢帧10次错误，而只是机舱上的模块断开通讯，此时可以通过TSM看到塔基的模块保持在OP状态，塔基EK1501报OPLNKMIS_C故障，机舱模块报INITNO_COMM故障。将控制器切换到ConfigureMode，重新进行DeviceScan，再次扫描仍27然无法扫描到机舱内模块。根据塔基EK1100模块的状态OPLNKMIS_C判断此时可能的故障原因为：1）光电转换模块故障、光电转换模块未供电或供电故障2）2个光电模块间光纤损坏或光纤插头松动可根据上述原因，对故障进行排查。28五、EtherCAT故障处理5.1更换故障模块如果故障模块是一般12mm标准IO模块时，可使用模块上的橙色抽拉条将其拉出，如果模块较难拔出，可尝试先拔出相邻的模块，然后再将其拔出。将新换模块按照上一个模块上下槽沿插入，注意上下沿同时施力推入，当听到“咔嗒”声后，表示模块已卡紧，安装完毕。建议逐块安装模块，以保证每个模块安装到位。图5.1橙色抽拉条拆除模块如果要更换CX5020模块，拆卸时必须确保所有抽拉条被拉出并打开模块侧面的橙色卡扣，如果部分抽拉条未被拉出，切勿用蛮力将控制器从导轨上拆卸，否则易对控制器背面的金属弹片造成损坏。安装CX5020模块时，一定要把橙色卡扣锁紧。图5.2打开橙色卡扣图5.3锁紧橙色卡扣更换CF卡时，使用小一字螺丝刀，插入卡槽旁红色框内，CF卡随即会自动弹出。勿用蛮力直接用手将卡拔出，这样会导致卡槽损坏，控制器无法正常使用。安装CF卡时，将CF卡印有BECKHOFF字样的一面朝向CPU模块标签一面，然后慢慢插入CF卡插槽。29图5.2安装CF卡图5.3拆除CF卡5.2CF卡数据备份CF卡是一种使用闪存的高效可靠的便携式数据存储设备。BECKHOFF嵌入式工控机将CF卡作为可从外部拆装的可互换的引导和存储介质。CF卡中保存了嵌入式工控机所需的IMAGE文件。不同型号的嵌入式工控机的IMAGE文件不同，在更换CF卡时或IMAGE文件出错时需要更新相应的IMAGE文件。将CF卡从控制器卡槽中取出，通过读卡器将CF卡上内容拷贝到电脑中备份，取一空白CF卡，将电脑中备份文件拷入，该CF卡可作为备用CF卡，当原CF卡损坏时，可直接更换CF卡保障系统正常运行。30",)