EtherCAT故障排查手冊(cè)

實(shí)用文檔

EtherCAT故障排查手冊(cè)TOC\o"1-4"\h\z\u一、EtherCAT及TwinCAT概述 21.1EtherCAT介紹 21.2EtherCAT通訊機(jī)制介紹 31.3TwinCAT介紹 5二、EtherCAT模塊硬件診斷 72.1CX5020模塊介紹及硬件診斷 72.2EK1100模塊介紹及硬件診斷 82.3BK1250模塊介紹及硬件診斷 9三、EtherCAT軟件診斷方法 113.1WorkingCounter的作用和Syncunit同步單元設(shè)置 113.1.1WorkingCounter的作用 113.1.2同步單元設(shè)置原則 113.1.3同步單元的監(jiān)測(cè) 113.2EtherCAT主站的狀態(tài)字診斷 133.2.1FrameState 133.2.2FrameWorkingCounterState 133.2.3SlaveCount和CfgSlaveCount 133.2.4DeviceStateMaster 133.3EtherCAT從站狀態(tài)字診斷 143.4通過Tcsyslog進(jìn)行故障排查 153.4.1開通FTP功能 153.4.2開啟TcSyslog(故障記錄文件功能) 163.4.3通過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診斷 173.5.1CRC與changecount 173.5.2OnlineState診斷 183.6EtherCAT拓?fù)鋱D 203.7EmergencyScan 21四、典型的失效模式分類 224.1PLC到通訊模塊的連接失效 224.2模塊與模塊間的連接失效 224.3光電交換機(jī)的連接失效 24五、EtherCAT故障處理 285.1更換故障模塊 285.2CF卡數(shù)據(jù)備份 29一、EtherCAT及TwinCAT概述EtherCAT介紹EtherCAT技術(shù)突破了其他以太網(wǎng)解決方案的系統(tǒng)限制：通過該項(xiàng)技術(shù)，無需接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，將其解碼，之后再將過程數(shù)據(jù)復(fù)制到各個(gè)設(shè)備。EtherCAT從站設(shè)備在報(bào)文經(jīng)過其節(jié)點(diǎn)時(shí)處理以太網(wǎng)幀：嵌入在每個(gè)從站中的FMMU（現(xiàn)場(chǎng)總線存儲(chǔ)管理單元）在幀經(jīng)過該節(jié)點(diǎn)時(shí)讀取相應(yīng)的編址數(shù)據(jù)，并同時(shí)將報(bào)文傳輸?shù)较乱粋€(gè)設(shè)備。同樣，輸入數(shù)據(jù)也是在報(bào)文經(jīng)過時(shí)插入至報(bào)文中。整個(gè)過程中，報(bào)文只有幾納秒的時(shí)間延遲。主站方面也非常經(jīng)濟(jì)，商用的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)卡（NIC）或任何主板集成的以太網(wǎng)控制器可以用作硬件接口。這些接口的共性就是數(shù)據(jù)通過DMA（直接內(nèi)存讀?。﹤鬏斨罰C，即網(wǎng)絡(luò)讀取時(shí)無需占用CPU資源。EtherCAT協(xié)議在以太網(wǎng)幀內(nèi)采用官方指定的以太類型。采用這種以太類型即可允許在以太網(wǎng)幀內(nèi)直接傳輸控制數(shù)據(jù)，而無需重新定義標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)幀。該以太網(wǎng)幀可由多種子報(bào)文組成，每個(gè)子報(bào)文服務(wù)于邏輯過程映像區(qū)的特定內(nèi)存區(qū)，該區(qū)域最大可達(dá)4GB。數(shù)據(jù)序列是獨(dú)立于物理順序的，所以以太網(wǎng)端子模塊的編址可以隨意排序。從站之間的廣播，多播和通訊也可得以實(shí)現(xiàn)。EtherCAT擁有杰出的通訊性能，接線非常簡(jiǎn)單，并對(duì)其它協(xié)議開放。傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)已達(dá)到了極限，而EtherCAT則突破建立了新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)——30μs內(nèi)可以更新1000個(gè)I/O數(shù)據(jù)，可選擇雙絞線或光纖，并利用以太網(wǎng)和因特網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)垂直優(yōu)化集成。使用EtherCAT，可以用簡(jiǎn)單的線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)替代昂貴的星型以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，無需昂貴的基礎(chǔ)組件。EtherCAT還可以使用傳統(tǒng)的交換機(jī)連接方式，以集成其它的以太網(wǎng)設(shè)備。其它的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)方案需要與控制器進(jìn)行特殊連接，而EtherCAT只需要價(jià)格低廉的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)卡(NIC)便可實(shí)現(xiàn)。EtherCAT特點(diǎn)：（1）EtherCAT是直達(dá)IO的實(shí)時(shí)通訊系統(tǒng)（2）沒有子系統(tǒng)（3）無網(wǎng)關(guān)延時(shí)（4）輸入、輸出、傳感器、驅(qū)動(dòng)、顯示等所有的設(shè)備集成于一個(gè)系統(tǒng)中1.2EtherCAT通訊機(jī)制介紹組成一個(gè)基本的EtherCAT通訊網(wǎng)絡(luò)所包含的組件有：嵌入式控制器、EtherCAT總線耦合器、EtherCAT端子模塊、CAT5電纜（標(biāo)準(zhǔn)五類網(wǎng)線）、光纖等。EtherCAT通訊在CAT5電纜上使用標(biāo)準(zhǔn)的100BASE-TX模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在光纖上使用標(biāo)準(zhǔn)的100BASE-FX模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。EtherCAT總線耦合器后端可連接任何數(shù)目的EtherCAT端子和一個(gè)總線末端端子，EtherCAT耦合器將以太網(wǎng)100BaseTX的電報(bào)轉(zhuǎn)換為E-bus信號(hào)在EtherCAT端子模塊間傳輸。每個(gè)EtherCAT從站設(shè)備都有4個(gè)EtherCAT的通訊口，分別是Port0（A口），Port1（B口），Port2（C口）和Port3（D口）。如圖1.1所示。掌握通訊口概念后，可以結(jié)合Onlinestate和CRC校驗(yàn)對(duì)故障進(jìn)行排查（詳見3.5章）。圖1.1EtherCAT從站通訊口如果某個(gè)port口沒有連接其他的EtherCAT從站，信號(hào)在經(jīng)過該port口時(shí)，該port口自動(dòng)鎖閉，信號(hào)會(huì)接著往下傳輸(對(duì)應(yīng)圖1.1中紫色線路)。EtherCAT從站使用通訊口的個(gè)數(shù)不同時(shí)，EtherCAT幀的通訊順序也不同。如表1.1所示。通訊口個(gè)數(shù)EtherCAT數(shù)據(jù)幀順序20EtherCATProcessingUnit1/1030EtherCATProcessingUnit1/12/20（使用port0,1,2）0EtherCATProcessingUnit3/31/10（使用port0,1,3）40EtherCATProcessingUnit3/31/12/20表1.1EtherCAT幀的通訊順序如果從站只有2個(gè)通訊口，結(jié)合圖1.1和表1.1，信號(hào)從左到右經(jīng)過該模塊時(shí)的過程如下：EtherCAT幀通過從站時(shí)，先從port0（即A口）進(jìn)入該模塊；然后經(jīng)過EtherCATProcessingUnit；port3（D口）因?yàn)闆]有連接設(shè)備，所以該口在通訊時(shí)自動(dòng)鎖閉；信號(hào)從port1（B口）離開該從站模塊。信號(hào)從右到左經(jīng)過該模塊時(shí)的過程如下：先從port1（即B口）進(jìn)入該模塊；port2（C口）因?yàn)闆]有連接設(shè)備，所以該口在通訊時(shí)自動(dòng)鎖閉；信號(hào)從port0（A口）離開該從站模塊。圖1.2：各類EtherCAT端子模塊的端口標(biāo)示（從左到右分別是一般IO模塊，EK1110，EK1100，EK1521）如果在通訊的過程中，模塊通訊有問題，有問題模塊的前面一個(gè)EtherCAT模塊會(huì)自動(dòng)閉鎖通訊口B，使EtherCAT報(bào)文返回。見圖1.3。如果在通訊的過程中，網(wǎng)線或者其他原因?qū)е耇x和Rx線通訊均中斷，這時(shí)，EtherCAT通訊的向右傳輸通道都是不正常的，EtherCAT報(bào)文會(huì)在Tx和Rx線通訊中斷前面的模塊處返回。見圖1.3。圖1.3有問題時(shí)，EtherCAT報(bào)文的返回如果在通訊的過程中，網(wǎng)線或者其他原因?qū)е耇x線通訊正常，但是Rx線通訊斷，這時(shí)，EtherCAT通訊的向右傳輸通道都是正常的，即EtherCAT主站可以發(fā)出報(bào)文，而且報(bào)文能一直發(fā)送到拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的最后一個(gè)模塊；然后EtherCAT報(bào)文從最后一個(gè)模塊往回返，即開始使用Rx通訊線，如果Rx通訊線有地方中斷，EtherCAT通信就會(huì)中斷，不能返回到EtherCAT主站。EtherCAT主站在10個(gè)周期接收不到發(fā)出的Frames的回復(fù)時(shí)，就會(huì)把自身的State值設(shè)定為INIT。見圖1.4。圖1.4Tx線通訊正常，但是Rx線通訊斷時(shí)，EtherCAT報(bào)文無法返回到主站處1.3TwinCAT介紹TwinCAT系統(tǒng)軟件可通過多PLC系統(tǒng)、NC軸控制系統(tǒng)、編程環(huán)境和操作站，將任何兼容PC“改造”成為一臺(tái)實(shí)時(shí)控制器，而無需PC外的其他硬件。TwinCATSystemManager（TSM）負(fù)責(zé)管理TwinCAT系統(tǒng)，是TwinCAT系統(tǒng)的配置中心。TwinCATPLCControl作為一種純粹的軟PLC，TwinCATPLC允許在一個(gè)PC上實(shí)現(xiàn)4個(gè)虛擬“PLCCPU”，4套PLC可以獨(dú)立啟動(dòng)和停止，儲(chǔ)存區(qū)也相互獨(dú)立，每個(gè)PLC最多可運(yùn)行4個(gè)用戶任務(wù)。PLC程序可使用多種語言編程，符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)。TwinCAT系統(tǒng)服務(wù)是在本機(jī)上作為WindowsNT的一個(gè)服務(wù)來運(yùn)行的。在用戶登錄系統(tǒng)前，WindowsNT就啟動(dòng)了TwinCATSystem服務(wù)，并在任務(wù)欄上生成作為TwinCAT活動(dòng)標(biāo)識(shí)的圖標(biāo)：紅——————表示TwinCAT處在停止模式藍(lán)——————表示TwinCAT處在配置模式黃——————表示TwinCAT正在啟動(dòng)綠——————表示TwinCAT處在運(yùn)行模式。圖1.5TwinCATSystemMangaer界面介紹System-Configuration中可設(shè)置Autoboot，Autoboot項(xiàng)為RUNMODE時(shí),目標(biāo)機(jī)器的TwinCAT服務(wù)一啟動(dòng),TwinCAT就處于Running模式。Autoboot項(xiàng)為ConfigMODE時(shí),目標(biāo)機(jī)器的TwinCAT服務(wù)一啟動(dòng),TwinCAT就處于Configmode模式。System-Configuration中Basetime（最低可設(shè)為50uS）是一個(gè)時(shí)間片的概念，將Windows操作系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間切成1ms一片，在1ms中運(yùn)行plc的程序以及運(yùn)動(dòng)控制，由此保證了TwinCAT軟件的實(shí)時(shí)性。CPULimit設(shè)置的是CPU的使用率，默認(rèn)為80%，意味著1ms的時(shí)間中80%用做TwinCAT處理，20%用做Windows的進(jìn)程。所有的TwinCAT任務(wù)周期，比如PLC任務(wù)周期，都是BaseTime的倍數(shù)。假如要實(shí)現(xiàn)PLC周期500微秒，可以在上圖中將Basetime設(shè)置為500微秒，而PLC任務(wù)周期設(shè)為1倍?；蛘連asetime設(shè)為250微秒，而PLC任務(wù)周期設(shè)為2倍，依此類推。如圖1.6。圖1.6BaseTime與CPULimit設(shè)置I/O-configuration中可通過點(diǎn)擊I/ODevices–AppendDevice進(jìn)行手動(dòng)配置硬件設(shè)備，也可以在ConfigurationMode下，通過ScanDevices自動(dòng)掃描目標(biāo)系統(tǒng)的I/O。如圖1.73.提示不是所有設(shè)備都能被自動(dòng)獲取，點(diǎn)擊確定2.點(diǎn)擊ScanDevices1.右鍵點(diǎn)擊I/ODevices3.提示不是所有設(shè)備都能被自動(dòng)獲取，點(diǎn)擊確定2.點(diǎn)擊ScanDevices1.右鍵點(diǎn)擊I/ODevices圖1.7I/ODevice硬件掃描掃描成功后,展開I/ODevice樹形結(jié)構(gòu),在最底層,可以看到所有本地和遠(yuǎn)程的I/O模塊以及設(shè)備。Freerun模式是調(diào)試模式，可以自動(dòng)給I/O一個(gè)4ms的Task，這樣就可以診斷I/O模塊的輸入輸出狀態(tài)，F(xiàn)reerun模式中，右下角圖標(biāo)會(huì)在config與freerun兩個(gè)狀態(tài)閃爍。TerminalBoxTerminalBox二、EtherCAT模塊硬件診斷本章節(jié)主要介紹風(fēng)電項(xiàng)目中EtherCAT模塊的硬件診斷方法?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)生故障后，可通過模塊的指示燈狀態(tài)快速地對(duì)故障進(jìn)行初步排查及診斷，也可在軟件診斷后再檢查硬件指示燈狀態(tài)，對(duì)故障信息再確認(rèn)。本章中未列舉模塊的硬件診斷資料可在InformationSystem手冊(cè)中進(jìn)行檢索獲取。CX5020模塊介紹及硬件診斷CX5020模塊如右圖所示，內(nèi)含1.6HzIntel?Atom?處理器帶K-bus/E-BUS自動(dòng)識(shí)別接口，WINCE系統(tǒng)，帶TWINCAT2PLCrun-time的控制器。其中狀態(tài)LED：PWRLED亮綠燈表示電源供應(yīng)正常。TCLED亮綠燈：表示TwinCAT在運(yùn)行模式。TCLED亮紅燈：表示TwinCAT在停止模式。TCLED亮藍(lán)燈：表示TwinCAT在配置模式。HDDLED閃紅燈：表示在讀/寫閃存。FB1和FB2亮紅燈：表示現(xiàn)場(chǎng)總線狀態(tài)。CX5020有2個(gè)獨(dú)立的LAN接口，2個(gè)LAN接口都可以以10/100/1000Mbit的速度運(yùn)行。上部的LINK/ACT指示燈表明該網(wǎng)口是否連接到了網(wǎng)絡(luò)。如果該網(wǎng)口連接到了網(wǎng)絡(luò)并且有數(shù)據(jù)交換，則LED綠光閃爍。下部的SPEED指示燈表明連接速度。如果連接速度為10/100Mbit則該LED為綠色，如果連接速度為1000Mbit則該LED為紅色。E-bus電源裝置指示燈定義：Us24VCPU模塊電源供電如果電源正常，LED指示燈顯示綠色。Up24V端子模塊電源供電如果電源正常，LED指示燈顯示綠色。L/A暗E-bus沒有連接亮E-bus連接但沒有數(shù)據(jù)通信閃E-bus連接并且有數(shù)據(jù)通信2.2EK1100模塊介紹及硬件診斷K1100耦合器用于將EtherCAT網(wǎng)線與EtherCAT端子(ELxxxx)相連。一個(gè)站由一個(gè)EK1100耦合器、任意多個(gè)EtherCAT端子端子組成。該耦合器將來自100baseTX以太網(wǎng)的傳遞報(bào)文轉(zhuǎn)換為E-BUS總線信號(hào)。耦合器通過上面的以太網(wǎng)接口與網(wǎng)絡(luò)相連。下面的RJ45接口可用于在同一條電纜上連接其它EtherCAT設(shè)備。指示燈定義：LED顯示狀態(tài)含義Us綠色滅未上電耦合器以及E-bus未供電亮已上電耦合器以及E-bus已供電Up綠色滅未上電I/O觸點(diǎn)未供電亮已上電I/O觸點(diǎn)已供電RUN綠色滅初始化EtherCAT狀態(tài)機(jī)狀態(tài)：INIT=初始化慢閃預(yù)操作EtherCAT狀態(tài)機(jī)狀態(tài)：PREOP=預(yù)操作閃一次安全操作EtherCAT狀態(tài)機(jī)狀態(tài)：SAFEOP=安全操作亮運(yùn)行Ethercat狀態(tài)機(jī)狀態(tài)：OP=運(yùn)行快閃啟動(dòng)EtherCAT狀態(tài)機(jī)狀態(tài)：BOOT=啟動(dòng)(耦合器固件更新)LINK/ACT

E-Bus綠色滅未連接與E-bus總線沒有連接常亮已連接與E-bus總線已連接但沒有通訊數(shù)據(jù)交換閃爍已通訊與E-bus總線已連接并且有通訊數(shù)據(jù)交換LINK/ACT

X1綠色滅未連接與前一個(gè)EtherCAT設(shè)備沒有連接常亮已連接已經(jīng)與前一個(gè)EtherCAT設(shè)備連接閃爍已通訊與前一個(gè)EtherCAT設(shè)備連接并通信LINK/ACT

X2綠色滅未連接與后一個(gè)EtherCAT設(shè)備沒有連接常亮已連接已經(jīng)與后一個(gè)EtherCAT設(shè)備連接閃爍已通訊與后一個(gè)EtherCAT設(shè)備連接并通信2.3BK1250模塊介紹及硬件診斷BK1250是一種安裝在端子模塊間的總線耦合器，用于總線站中EtherCAT端子模塊（Elxxxx）與標(biāo)準(zhǔn)總線端子模塊（KLxxxx）的混合應(yīng)用。BK1250有ERROR和I/O-ERRORK-bus2個(gè)故障診斷燈，通過觀察指示燈的不同閃爍方式，可區(qū)分不同故障類型，詳見下表格。指示燈定義：LED顯示狀態(tài)含義Us綠色滅未上電耦合器以及E-bus未供電亮已上電耦合器以及E-bus已供電Up綠色滅未上電I/O觸點(diǎn)未供電亮已上電I/O觸點(diǎn)已供電RUN綠色滅初始化EtherCAT狀態(tài)機(jī)狀態(tài)：INIT=初始化慢閃預(yù)操作EtherCAT狀態(tài)機(jī)狀態(tài)：PREOP=預(yù)操作閃一次安全操作EtherCAT狀態(tài)機(jī)狀態(tài)：SAFEOP=安全操作亮運(yùn)行EtherCAT狀態(tài)機(jī)狀態(tài)：OP=運(yùn)行快閃啟動(dòng)EtherCAT狀態(tài)機(jī)狀態(tài)：BOOT=啟動(dòng)(耦合器固件更新)LINK/ACT

E-Bus綠色滅未連接與E-bus總線沒有連接常亮已連接與E-bus總線已連接但沒有通訊數(shù)據(jù)交換閃爍已通訊與E-bus總線已連接并且有通訊數(shù)據(jù)交換I/ORUNK-bus綠色滅未激活K總線未激活常亮激活K總線已激活ERROR紅色滅正常無錯(cuò)誤慢閃報(bào)錯(cuò)PLC錯(cuò)誤/丟幀I/OERRORK-bus紅色連續(xù)的慢閃EMC問題閃爍1次0EEPROM校驗(yàn)錯(cuò)誤1代碼緩沖區(qū)溢出2未知數(shù)據(jù)類型閃爍2次0編程的配置有一個(gè)不正確的表項(xiàng)n(n>0)表對(duì)照(總線端子模塊n)閃爍3次0K總線命令錯(cuò)誤閃爍4次0K數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，超出了總線耦合器n超出了總線端子模塊n閃爍5次n總線端子模塊n寄存器通信的K總線錯(cuò)誤閃爍14次n第n個(gè)總線端子模塊的格式錯(cuò)誤閃爍15次n總線端子模塊的個(gè)數(shù)不正確閃爍16次nK總線數(shù)據(jù)的長度不正確舉例說明如何發(fā)現(xiàn)BK1250后端的問題模塊：現(xiàn)象：BK1250上電后，I/OERRORK-bus紅燈閃爍，具體閃爍情況如下，先閃爍14次，1秒左右間隔后，再閃爍5次，然后紅燈高速閃爍，之后紅燈一直重復(fù)上述三種閃爍狀態(tài)。分析：發(fā)現(xiàn)I/OERRORK-bus紅燈閃爍規(guī)律后，查找上面表格中的I/OerrorK-bus一欄，發(fā)現(xiàn)故障原因?yàn)榈?個(gè)總線端子模塊的格式錯(cuò)誤（n=5），即BK1250后端的第5個(gè)模塊存在問題。然后可以拆除這個(gè)問題模塊，重新上電觀察BK1250的I/OERRORK-bus是否還有故障。三、EtherCAT軟件診斷方法本章內(nèi)容介紹了EtherCAT軟件診斷的一些方法，包含：WorkingCounter的作用與Syncunit同步單元設(shè)置；EtherCAT主站狀態(tài)字診斷；EtherCAT從站狀態(tài)字診斷；TcSyslog故障排查；CRC、changecounter和OnlineState診斷、EtherCAT拓?fù)鋱D以及EmergencyScan。3.1WorkingCounter的作用和Syncunit同步單元設(shè)置3.1.1WorkingCounter的作用對(duì)于一個(gè)EtherCAT系統(tǒng)，一般情況下是默認(rèn)一個(gè)同步單元組，即所有的從站數(shù)據(jù)的讀、寫等信息都包含在一個(gè)WorkingCounter里，例如：讀一次+1，寫一次+2，讀寫一次+3等。主站會(huì)對(duì)比接收到的信息的WKC和“ShouldBe”值進(jìn)行對(duì)比，如果值相同，則認(rèn)為通訊正常，WcState=0，如果值不相等，則認(rèn)為通訊有問題，WcState=1。報(bào)文示意圖如圖3.1所示。圖3.1WorkingCounter示意圖為了能更加明確地得到通訊問題的所在，一般情況下，建議劃分幾個(gè)不同的“同步單元”。這樣，每個(gè)同步單元都有自己的WorkingCounter值。多個(gè)同步單元的WorkingCounter，如圖3.2所示。圖3.2多個(gè)同步單元的WorkingCounter3.1.2同步單元設(shè)置原則1）.按照柜子的物理地址，分別單獨(dú)設(shè)置同步單元；2）.通訊模塊單獨(dú)設(shè)置同步單元；3）.特殊的模擬量模塊單獨(dú)設(shè)置同步單元（例如：編碼器模塊）；4）.客戶需要單獨(dú)監(jiān)測(cè)的模塊，可以單獨(dú)設(shè)置同步單元。3.1.3同步單元的監(jiān)測(cè)1）.EtherCAT通訊有問題時(shí)，該同步單元WcState=1；2）.每個(gè)模塊都有state位，state值為8時(shí)，模塊在正常的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)如果EtherCAT的通訊沒有問題，WcState=0；state值不為8時(shí)，模塊不在正常的運(yùn)行狀態(tài)，該模塊所在同步單元WcState=1；3）.FrmnWcState的每一個(gè)bit，代表一個(gè)同步單元的WcState值；如果一個(gè)同步單元的WcState值=0，則這個(gè)同步單元的所有模塊狀態(tài)都為OP，并且同步單元的通訊也沒有問題。如果一個(gè)同步單元的WcState值=1，則這個(gè)同步單元的通訊有可能有問題，或者有模塊的狀態(tài)不在OP。4）.當(dāng)一個(gè)同步單元的WcState值=1時(shí)，DI/AI值保持上個(gè)周期的值不變；DO/AO值，當(dāng)模塊本身的state值為8時(shí)，該模塊可以按照PLC程序，正常的輸出，模塊本身的state值不為8時(shí)，該模塊輸出被設(shè)置為0。以遠(yuǎn)景能源主控系統(tǒng)為例，主控系統(tǒng)中一共設(shè)置了6個(gè)同步單元（如圖3.3所示），包括8個(gè)EtherCAT命令，每個(gè)命令都可通過WcState來監(jiān)控其是否執(zhí)行成功：WcState=1表示命令失敗，數(shù)據(jù)無效。圖3.3主控系統(tǒng)的6個(gè)同步單元6個(gè)同步單元的8個(gè)命令在1個(gè)EtherCATFrame中傳輸（1個(gè)EtherCATFrame中最大可傳輸16個(gè)命令），所有命令的WcState都包括在Frm0WcState中，如圖3.4所示：圖3.4Frm0WcState在PLC程序中可以通過判斷Frm0WcState每一位的狀態(tài)來判斷每個(gè)同步單元中每個(gè)命令是否執(zhí)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每一位的狀態(tài)3.2EtherCAT主站的狀態(tài)字診斷EtherCAT主站需要診斷的信息有：FrameStateFrameWorkingCounterStateSlaveCount和CfgSlaveCountDeviceStateMaster圖3.5主站診斷狀態(tài)字3.2.1FrameStateFrameState為UINT變量，它的每一位表示1個(gè)EtherCAT命令是否執(zhí)行成功（0為成功，1為失?。?。例如：Frm0State值為0004（16進(jìn)制），則表示數(shù)據(jù)幀0的第3個(gè)EtherCAT命令執(zhí)行失敗。3.2.2FrameWorkingCounterState詳細(xì)內(nèi)容見3.1。如果一個(gè)同步單元的WcState值=0，則這個(gè)同步單元的所有模塊狀態(tài)都為OP，并且同步單元的通訊也沒有問題。如果一個(gè)同步單元的WcState值=1，則這個(gè)同步單元的通訊有可能有問題，或者有模塊的狀態(tài)不在OP。3.2.3SlaveCount和CfgSlaveCountCfgSlaveCount：配置的EtherCAT從站數(shù)量（CountofconfiguredEtherCATslaves）；SlaveCount：實(shí)際接收到的EtherCAT從站數(shù)量（ActualcountofEtherCATslavesreceived）；可以進(jìn)行比較，一旦出現(xiàn)SlaveCount與CfgSlaveCount值不相同時(shí)，就證明有從站已經(jīng)在通訊中丟失。3.2.4DeviceStateMaster通過這個(gè)UINT值，可以快速發(fā)現(xiàn)從站中有不為OP的站，但是只是一個(gè)報(bào)警值，不能幫助你快速定位。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的每一位狀態(tài)3.3EtherCAT從站狀態(tài)字診斷在同一個(gè)EtherCAT同步單元中的同一個(gè)EtherCAT命令中，可以有多個(gè)EtherCAT的子站，當(dāng)在主站查看到這個(gè)EtherCAT命令無效時(shí)，還無法判斷哪個(gè)EtherCAT子站報(bào)錯(cuò)，這時(shí)就需要去看各個(gè)EtherCAT子站的狀態(tài)，來確定具體的問題模塊。EtherCAT從站需要診斷的信息有：WcState（1bit）和SlaveState（16bit）。WcState是BOOL型變量，表示一個(gè)EtherCAT從站的WorkingCounterState。當(dāng)WcState為0(FALSE)時(shí)，該從站數(shù)據(jù)交換正確無錯(cuò)誤；當(dāng)WcState為1(TURE)時(shí)表示該從站數(shù)據(jù)交換報(bào)錯(cuò)，EtherCAT命令在刷新Inputs的值或者Output的值時(shí)有不正確的WorkingCounter。SlaveState反映從站設(shè)備的EtherCAT的狀態(tài)，正常工作時(shí)State=8，否則表示該從站出現(xiàn)故障，此時(shí)相應(yīng)的WcState也會(huì)變?yōu)?。EtherCAT的所有耦合器和端子都是作為EtherCAT的從站，每個(gè)EtherCAT從站都有State狀態(tài)，模塊State的16bit狀態(tài)信息如圖3.6所示。圖3.6SlaveState故障代碼各個(gè)位的信息具體如下：BitMeaning0x___1Slavein'INIT'state0x___2Slavein'PREOP'state0x___3Slavein'BOOT'state0x___4Slavein'SAFEOP'state0x___8Slavein'OP'state0x0010Slavesignalserror0x0020InvalidvendorId,productCode...read0x0100Slavenotpresent0x0200Slavesignalslinkerror0x0400Slavesignalsmissinglink0x0800Slavesignalsunexpectedlink0x1000CommunicationportA0x2000CommunicationportB0x4000CommunicationportC0x8000CommunicationportD表3.3SlaveState的每一位診斷狀態(tài)3.4通過Tcsyslog進(jìn)行故障排查3.4.1開通FTP功能首先開通CX5020控制器的FTP功能，運(yùn)行CERHOST.EXE程序，彈出Connect的對(duì)話框，輸入CX5020的名稱或者IP地址進(jìn)入CX5020的界面。進(jìn)入控制面板后打開CXConfiguration圖標(biāo)，點(diǎn)擊FTP，Serveractive勾選上，查看默認(rèn)路徑是否為\HardDisk\ftp\，點(diǎn)擊Apply按鈕，在彈出的提示重啟的對(duì)話框里選擇Yes按鈕，重新啟動(dòng)CX5020控制器。如圖3.7所示：圖3.7激活FTP功能3.4.2開啟TcSyslog(故障記錄文件功能)開啟Tcsyslog功能后，如果PLC內(nèi)部發(fā)生故障（包括硬件IO的狀態(tài)有改變），在FTP的路徑下會(huì)生成tcsyslog.txt文件。進(jìn)入控制面板后打開CXConfiguration圖標(biāo)，點(diǎn)擊TwinCATSettings，勾選EnableLogFile，設(shè)置LogFile的尺寸為2M（2000000），設(shè)置文件的路徑\HardDisk\ftp\，點(diǎn)擊Apply按鈕后重新啟動(dòng)CX5020控制器，如圖3.8所示：圖3.8設(shè)置記錄文件的大小和路徑啟動(dòng)完成后，CX5020的故障記錄文件配置結(jié)束。如果PLC內(nèi)部發(fā)生故障，在CX5020的\HardDisk\ftp路徑下就會(huì)生成tcsyslog.txt的故障記錄文件，文件最大能記錄2M的數(shù)據(jù)，當(dāng)tcsyslog文件要超出2M容量時(shí)，新生成的故障記錄會(huì)自動(dòng)覆蓋掉最先生成的故障記錄文件。3.4.3通過FTP功能把tcsyslog.txt文件拷出打開IE瀏覽器，在地址內(nèi)輸入ftp://CX_056EE4或者CX5020的IP地址4/進(jìn)入FTP文件夾，看到如下圖所示tcsyslog.txt文件，復(fù)制拷出。圖3.2.3tcsyslog.txt文件圖5.20TcSysLog文件（4）通過FTP功能把故障文件拷出打開IE瀏覽器，在地址內(nèi)輸入ftp://CX_056EE4或者CX9000的IP地址4/進(jìn)入FTP文件夾，看到如下圖5.21所示tcsyslog.txt文件，復(fù)制拷出。圖3.9查看和拷貝TcSyslog文件3.4.4查看并分析TcSysLog文件打開故障記錄文件tcsyslog.txt，看到如下圖所示信息，表明模塊曾發(fā)生過異常：圖3.10TcSyslog文件記錄信息對(duì)比tcsyslog.txt文件記錄數(shù)據(jù)圖3.10與TwinCAT→EtherCAT→Online里的故障，初步判斷故障的原因?yàn)镵lemme4(EL1008)出現(xiàn)了異常（外部干擾或者本身異常）。3.5CRC、changecount和Onlinestate診斷3.5.1CRC與changecount當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，將網(wǎng)線連接到CX5020控制器，在不斷電的情況下，掃描到CX5020，添加后點(diǎn)擊工具欄第3個(gè)的紅色圖標(biāo)openfromtarget。把CX5020里的組態(tài)打開。切記此時(shí)保持CX5020狀態(tài)為Running，不能切換為config或者freerun模式（否則CRC校驗(yàn)或者Changes的計(jì)數(shù)會(huì)清零）。點(diǎn)擊I/O-Configuration→I/ODevices→Ger鋞1(EtherCAT(v2.10only))，右邊窗口Online項(xiàng)的對(duì)話框里是否出現(xiàn)故障狀態(tài)如：CRC檢驗(yàn)錯(cuò)誤，LostFrames有計(jì)數(shù)，State不是OP等故障。如圖3.11所示。圖3.11TwinCAT中EtherCAT模塊的狀態(tài)點(diǎn)擊EtherCAT項(xiàng)，AdvancedSettings→Diagnosis勾選ShowChangeCounters(StateChanges/NotPresent)選項(xiàng)。將ChangeCounters勾上以后可以查看EtherCAT因故障而重試的次數(shù)（0/0為正常）。如下圖3.12所示：圖3.12添加ChangeCounters診斷顯示功能在Online項(xiàng)的對(duì)話框里增加Changes狀態(tài)列，如下圖3.13:圖3.13ChangeCounters診斷顯示信息圖3.13中，klemme3(EL1008)的CRC校驗(yàn)碼是（0,1089），證明該模塊的B口有1089次CRC校驗(yàn)出錯(cuò)。（各EtherCAT從站的端口定義詳見1.2章）3.5.2OnlineState診斷本節(jié)分析EtherCATOnline對(duì)話框中模塊狀態(tài)不在OP的故障代碼含義。以下圖3.14為例，Term24（EK1110）的State為OPLNK_MISB（TheslaveisinOPstate,althoughlinkismissingatportB(2)thatshouldbepresentaccordingtotheconfiguration）。該狀態(tài)的含義為Term24（EK1110）模塊本身無故障處在OP狀態(tài)，但是該模塊的端口B接收不到后面模塊的數(shù)據(jù)，而在控制器的TSM配置文件中Term24（EK1110）的端口B后端帶有21#NacelleControl（EK1100）模塊，這些模塊的狀態(tài)為INITNO_COMM。此時(shí)可能的故障原因?yàn)椋?1#NacelleControl（EK1100）未上電21#NacelleControl（EK1100）模塊有問題Term24（EK1110）與21#NacelleControl（EK1100）間的網(wǎng)線接頭松動(dòng)或網(wǎng)線有問題圖3.14OnlineStateLNK_MIS_B以下圖3.15為例，Term47與Term48報(bào)INITVPRS故障，表示模塊的位置和TwinCATSystemManager中配置的不一致，調(diào)換Term47與Term48的位置后問題解決。圖3.15OnlineStateINITVPRS常見的Online模塊報(bào)錯(cuò)與原因分析，見下表3.4：模塊故障狀態(tài)原因分析ELXXXX、EK1100LNKMISSB與后端模塊接觸不良該模塊有問題后端模塊有問題EK1100LNKMISSC網(wǎng)線接頭松動(dòng)或網(wǎng)線問題后端EtherCAT耦合器未上電后端EtherCAT耦合器故障EK1521LNKMISSC與后端模塊接觸不良后端模塊有問題EK1521LinkmissDEK1521與EK1501之間的光纖故障（檢查光纖接頭、光纖進(jìn)口出口是否接反）；EK1501沒有上電EK1501模塊有問題，不能正常工作表3.4Online狀態(tài)故障表3.6EtherCAT拓?fù)鋱D打開TSM文件，Device4（EtherCAT），查看右面的EtherCAT頁簽，點(diǎn)擊Topology，跳出的對(duì)話框，可以顯示整個(gè)EtherCAT的拓?fù)鋱D。如圖3.16所示。圖3.16EtherCAT拓?fù)鋱D通過topology圖也可以看到各個(gè)模塊的狀態(tài)，如圖3.17所示：在ONLINE狀態(tài)下，每個(gè)設(shè)備上部有個(gè)狀態(tài)條，通過這個(gè)狀態(tài)條可以查看該設(shè)備是處于InitState、Pro-OperationState、Safe-OperationState還是OperationState；當(dāng)一個(gè)設(shè)備被一個(gè)紅框環(huán)繞，表示該設(shè)備無法和主站建立通訊；設(shè)備下端出現(xiàn)紅圈，則表示對(duì)應(yīng)位置的端口有CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤。圖3.17EtherCAT拓?fù)鋱D中各個(gè)從站模塊的狀態(tài)信息3.7EmergencyscanEmergencyscan可以用來檢查通訊情況，并查找通訊有問題的模塊。Emergencyscan只能在配置模式下進(jìn)行，它逐一地對(duì)EtherCAT從站發(fā)送報(bào)文并進(jìn)行檢查診斷。進(jìn)入Emergencyscan設(shè)置界面，首先在EtherCAT窗口打開AdvancedSettings，點(diǎn)進(jìn)Emergency-Scan子菜單，設(shè)置發(fā)送數(shù)據(jù)幀的數(shù)量（默認(rèn)為100），點(diǎn)擊‘StartScan’即可進(jìn)行Emergencyscan，通訊正常的模塊Quality值為100of100（發(fā)送的數(shù)據(jù)幀數(shù)量可自行設(shè)置，最大為1000），如果通訊不正常，Quality的值會(huì)低于最大值，如下圖3.18所示，當(dāng)有大量丟幀情況時(shí)，可能是EtherCAT網(wǎng)絡(luò)有斷線或接觸不良等原因，如果丟幀的數(shù)量較少，也有可能是EMC干擾，模塊過溫等原因。圖3.18Emergencyscan設(shè)置界面四、典型的失效模式分類4.1PLC到通訊模塊的連接失效首先用電腦打開Twincatsystemmanager軟件，連接上EtherCAT主控制器CX5020，然后在RUNMODE下打開EtherCAT-Online窗口，發(fā)現(xiàn)EtherCAT主站狀態(tài)為INIT,所有EtherCAT從站狀態(tài)為INITNO_COMM,如下圖4.1所示：圖4.1CX5020與EL1100失效時(shí)主從站狀態(tài)此外還可以打開Tcsyslog記錄文件（獲取Tcsyslog文件方法詳見3.4章節(jié)），顯示如下報(bào)錯(cuò)信息：TwinCATSystemMessage:Source:;

Timestamp:2015-7-1013:22:12726ms

Message:Device4(EtherCAT(v2.10only):Framemissed10times(frameno.0)這段信息表示，，EtherCAT主站CX5020在10個(gè)掃描周期接收不到發(fā)出的數(shù)據(jù)幀的返回值，此時(shí)EtherCAT主站會(huì)把自身的狀態(tài)變?yōu)镮NIT。結(jié)合以上兩種分析方法，我們可以判斷出主控制器CX5020與第一個(gè)EtherCAT從站間通訊不上。此時(shí)可能的故障原因?yàn)椋篊X5020與從站間網(wǎng)線故障，可能是TX+，TX-,RX+,RX-中某根線斷了CX5020與從站間網(wǎng)線接頭松動(dòng)第一個(gè)從站模塊故障從站模塊未上電或從站模塊24V供電電源故障可以通過更換網(wǎng)線、重新緊固網(wǎng)線接頭，檢查從站模塊24V供電或更換從站模塊等方式，進(jìn)行故障排查。4.2模塊與模塊間的連接失效首先用電腦打開Twincatsystemmanager軟件，連接上EtherCAT主控制器CX5020，然后在RUNMODE下打開EtherCAT-Online窗口，如果發(fā)現(xiàn)情況1如下：EtherCAT主站為OP正常狀態(tài)，從站Term47（EL1008）處于OPLNKMIS_B狀態(tài)，Term47之前的模塊都為OP狀態(tài)，后端模塊Term48-Term52都處于INITNO_COMM狀態(tài)，CRC校驗(yàn)狀態(tài)都為0（正常），如下圖4.2所示：圖4.2從站OPLNKMIS_BOPLNKMIS_B的含義為Term47（EK1008）模塊本身無故障處在OP狀態(tài)，但是該模塊的端口B接收不到后面模塊的數(shù)據(jù)（模塊端口定義詳見1.2章），后面模塊Term48-Term52都無法和主控制器建立通訊。Tcsyslog記錄文件中，顯示如下報(bào)錯(cuò)信息：Term48(EL2004)(1056)-Term52(EL3204)(1060)'Communicationinterrupted新建一個(gè)TSM軟件，連接上EtherCAT主控制器CX5020，并切換到ConfigureMode，重新進(jìn)行DeviceScan，再次掃描仍然無法掃描到Term48-Term52。此時(shí)可能的故障原因?yàn)椋篢erm47與Term48模塊之間松動(dòng)或接觸不良造成E-bus通訊斷開Term48模塊本身有問題可以通過檢查Term47與Term48模塊卡扣是否卡緊，側(cè)面E-bus通訊金屬觸點(diǎn)，更換Term48模塊等方式來進(jìn)行故障排查。如果發(fā)現(xiàn)情況2如下：EtherCAT主站為OP正常狀態(tài)，所有從站也都處于OP狀態(tài)，Term5（EL5001）的CRC校驗(yàn)碼是（0，201），Term6-Term9的changes計(jì)數(shù)值為0/79，同時(shí)還有丟幀的情況。如下圖4.3所示：圖4.3從站CRC端口B計(jì)數(shù)錯(cuò)誤Term5（EL5001）的CRC校驗(yàn)碼是（0,201），表示該模塊的B端口出現(xiàn)201次CRC校驗(yàn)出錯(cuò)。在TSM中將控制器切換到ConfigureMode，進(jìn)行EmergencyScan，發(fā)現(xiàn)Term6出現(xiàn)丟幀情況，可更加確認(rèn)故障模塊的位置。此時(shí)可能的故障原因?yàn)門erm6（EL5001）模塊有問題，可更換此模塊進(jìn)行故障排查。如果發(fā)現(xiàn)情況3如下：EtherCAT主站為OP正常狀態(tài)，所有從站也都處于OP狀態(tài)，Term5（EL3681）的CRC校驗(yàn)碼是（103，0），同時(shí)還有丟幀的情況。如下圖4.4所示：圖4.4從站CRC端口A計(jì)數(shù)錯(cuò)誤Term5（EL3681）的CRC校驗(yàn)碼是（103,0），表示該模塊的A端口出現(xiàn)103次CRC校驗(yàn)出錯(cuò)。在TSM中將控制器切換到ConfigureMode，進(jìn)行EmergencyScan，發(fā)現(xiàn)Term4出現(xiàn)丟幀情況，可更加確認(rèn)故障模塊的位置。此時(shí)可能的故障原因?yàn)門erm4（EL9410）模塊有問題，可更換此模塊進(jìn)行故障排查。4.3光電交換機(jī)的連接失效以使用第三方光電交換機(jī)為例:風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)ethercat中斷故障，然后可以自恢復(fù)，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-established根據(jù)Tclog文件可以看到，EtherCAT通訊出現(xiàn)了中斷，連續(xù)丟幀10次，主站與從站的通訊中斷，當(dāng)主站重新檢測(cè)到EtherCAT數(shù)據(jù)幀返回后，主站重新進(jìn)行強(qiáng)制初始化操作，此時(shí)從站的狀態(tài)機(jī)重新由INIT切換到OP狀態(tài)，通訊重新建立，通訊恢復(fù)正常。先對(duì)故障進(jìn)行復(fù)現(xiàn)：測(cè)試1：拔掉主控制器到塔基柜EK1100之間的網(wǎng)線，此時(shí)出現(xiàn)丟幀10次錯(cuò)誤，控制器與所有從站斷開通訊，重新插上網(wǎng)線后通訊恢復(fù)，主站重新進(jìn)行強(qiáng)制初始化操作。見圖4.5