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Fehlersuche und -behebung in Profibus-Netzwerken

Permanente Feldbus-Überwachung
Fehlersuche und -behebung in Profibus-Netzwerken

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Ethernet-basierte Systeme wie Profinet sind bei Neuinstallationen die erste Wahl. Im Bestand sind jedoch serielle Feldbusse wie der Profibus immer noch weit verbreitet. Mit zunehmendem Alter der Anlagen steigt allerdings das Risiko eines plötzlichen Anlagenstillstands. Mit einer korrektiven Instandhaltungsstrategie lassen sich Fehler finden und beseitigen, bevor es zu einem Anlagenausfall kommt.

Gerhard Bäurle, Technikjournalist für die Leadec Group

Vor Ort angekommen, hören die Experten für industrielle Feldbus- und Netzwerktechnik der Leadec Group von Instandhaltern Fehlerbeschreibungen wie diese: „Die Fehler treten nicht immer auf. Aber wenn doch, dann nur auf der linken Seite und nur im obersten Regalfach. Unabhängig davon geht die Anlage in seltenen Fällen auch an anderer Stelle auf Störung.“ Zunächst wird die Anlage dann mit dem Profibus-Quicktester P-QT 10 auf Auffälligkeiten untersucht, im nächsten Schritt das Diagnose-Modul mit dem Bussystem verbunden. Mit einer Hupe kann das Diagnosemodul Telegrammfehler akustisch signalisieren, so dass die Fehler dem laufenden Prozess zugeordnet werden können. „Damit haben wir in diesem Fall relativ schnell festgestellt, dass die Telegrammfehler genau dann auftraten, wenn das Regalbediengerät die Gabel ausgefahren und die Palette leicht angehoben hatte“, berichtet Hans-Ludwig Göhringer, einer der Experten der Leadec Group von der Fehlersuche und erläutert weiter: „Bei genauerer Betrachtung stellten wir fest, dass die Datenlichtschranke nicht mehr richtig auf den Empfänger ausgerichtet war.“ Nach der Instandsetzung traten die Störungen zwar seltener auf, aber das Problem war noch nicht ganz gelöst. Aufgefallen ist, dass bei jedem per Hupe signalisierten Telegrammfehler die LEDs an der Datenlichtschranke dunkel wurden. Als Ursache stellte sich ein Kabelbruch in der 24-VDC-Versorgungsleitung im Kabelschlepp heraus.

Instandhaltungskonzepte

Um Situationen wie diese von vornherein zu vermeiden, bieten sich in der Instandhaltung verschiedene Ansätze an. Die DIN EN 13306 unterscheidet grundsätzlich zwischen der vorbeugenden und der korrektiven Instandhaltung. Bei der vorbeugenden Instandhaltung werden Komponenten und Bauteile, die der Abnutzung unterliegen, präventiv ausgetauscht – bevor sie zu einem Ausfall führen. Voraussetzung dafür ist, dass die Abnutzung in regelmäßigen Inspektionen messbar ist oder dass es zumindest Erfahrungswerte gibt, wie lange ein Ventil, ein Getriebe oder ein bestimmtes Lager halten. Bei gleichmäßigem Verschleiß ist die vorbeugende Instandhaltung eine brauchbare Strategie.

Alterung und Verschleiß

Über den gesamten Lebenszyklus ist die Profibusinstallation laufend verschiedenen Einflüssen ausgesetzt – wie beispielsweise Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen, Kühlmitteln, Lösungsmitteldämpfen, Vibrationen und Wechselbiegebelastungen. Ab der Inbetriebnahme hinterlassen diese Einflüsse ihre Spuren in Form von Verschleißeffekten an der Businstallation. Beispiele für die Alterungs- und Verschleißeffekte sind:

  • Oxidation von Kontaktoberflächen
  • Verschmutzung von Kontakten durch Staub, Öl, Kleber und Metallstaub
  • Kabelbrüche im Kabelschlepp
  • Kalte Lötstellen durch mechanische Beanspruchung und Temperaturwechselbelastungen
  • Alterung der Kondensatoren, wodurch der EMV-Pegel ansteigt, Elektrolyt-Kondensatoren können austrocknen
  • Kurzschluss durch mechanische Reibung
  • Versprödung der Busleitungen durch UV-Licht
  • Beanspruchung der Buskabel durch Chemikalien und Lösungsmittel
  • Whiskerbildung an Leiterplatten
  • Versprödung von Kunststoffen durch UV-Strahlung

Es gibt leider keine sinnvolle Möglichkeit, Alterung und Verschleiß sinnvoll zu messen. Turnusmäßige Messungen werden manchmal empfohlen. Die Ergebnisse sind jedoch nicht belastbar, da sich die Umgebungsbedingungen laufend ändern können. In der Praxis weiß man nie, wann ein günstiger Zeitpunkt für eine Messung nach Wartungsplan ist. Genau genommen kann man erst reagieren, wenn Fehler in der Buskommunikation auftreten.

Vorteile per korrektiver Instandhaltung

Wenn die Instandhaltung erst im Fehlerfall reagiert, unterscheidet man zwischen Feuerwehr-Instandhaltung und der korrektiven Instandhaltung.

  • Bei der Feuerwehr-Instandhaltung werden nur die defekten Komponenten gesucht und 1:1 ausgetauscht. Warum der Fehler oder der Schaden entstanden ist, wird nicht hinterfragt. Derselbe Fehler kann deswegen nach unbestimmter Zeit wieder entstehen.
  • Bei der korrektiven Instandhaltung wird die Ursache genauer untersucht. Ist ein Installations- oder Konstruktionsfehler als Grund erkennbar, ist das Ziel, diesen zu beseitigen. Derselbe Fehler soll kein zweites Mal auftreten.

Bei mechanischen Komponenten wird die korrektive Instandhaltung in der Regel nicht gewählt, da es bei einem Fehler zu einem Anlagenstillstand kommen würde. Dagegen sind Feldbussysteme wie der Profibus als fehlertolerante Systeme konstruiert. Durch spezielle Mechanismen wie die automatische Telegrammwiederholung werden Fehler in einem gewissen Umfang ausgeglichen, ohne dass der Anwender etwas davon merkt. Diese Fehler gilt es zu entdecken und zu beseitigen, bevor es zu einem Ausfall der Kommunikation kommt.

Permanente Busüberwachung

Eine passende Strategie im Rahmen der korrektiven Instandhaltung ist das Condition Monitoring oder auf Deutsch die permanente Zustandsüberwachung. Speziell dafür haben die Experten der Leadec Group entsprechende Diagnosemodule entwickelt – für den Profibus beispielsweise den Quicktester P-QT 10. Die Diagnosemodule messen keine physikalischen Größen wie Spannungspegel und Signallaufzeiten, sondern zeichnen Fehler auf Protokollebene auf. Konkret erkennen die Module eine Verschlechterung der Buskommunikation durch typische Profibus-Fehler wie Fehltelegramme, Telegramm-Wiederholungen und Diagnosemeldungen. Solche Fehler werden per LED und über einen potenzialfreien Alarmkontakt signalisiert. Die Module werden an einer beliebigen Stelle auf den Feldbus gesteckt und arbeiten dort völlig rückwirkungsfrei.

Solange die Anzahl der Telegrammwiederholungen nicht die festgelegte Anzahl übersteigt, läuft die Kommunikation ohne Einschränkung weiter. Der potenzialfreie Alarmkontakt der Diagnose-Stecker löst zur Anzeige eines Fehlers eine Warnleuchte oder eine Sirene aus. Zudem ist es möglich, den Alarmkontakt über die übergeordnete Steuerung auszuwerten. Das Instandhaltungspersonal weiß nun, dass es (tolerierte) Kommunikationsfehler gibt und kann die Ursache dementsprechend suchen und beseitigen.

Profibusfehler akustisch signalisieren

Zur Fehlersuche wird das Diagnosemodul im laufenden Betrieb auf eine freie PG-Buchse der Profibus-Installation gesteckt und der Alarmkontakt mit einer elektrischen Hupe verbunden. Sobald die Hupe ertönt, ist man dem Fehler auf der Spur. Nun geht es darum, den Verursacher aufzuspüren. In der Regel klopft man zunächst alle Profibusstecker und Koppler ab, um Wackelkontakte zu finden. Wenn dann immer noch Fehler signalisiert werden, empfiehlt es sich, den Prozess zu beobachten: Die Augen in der Anlage, die Ohren an der Hupe. Das Ziel ist, die Fehltelegramme den Schaltvorgängen oder Bewegungen bestimmter Komponenten wie Motoren, Hydraulikaggregaten oder Pneumatikventilen zuzuordnen. Fixingmaßnahmen mit Ferritkernen und Entstörgliedern an den auffälligen Komponenten und deren Schaltgruppen (Motoren, Schütze im Schaltschrank) sind eine Möglichkeit, Fehlerursachen zu beseitigen. Telegrammverluste können aber auch durch Schaltvorgänge von in die Jahre gekommenen Schützkontakten hervorgerufen werden, indem die Steuerspannung mit einem Störsignal beaufschlagt wird. Neben dem Quicktester P-QT 10 für Profibus bietet Leadec übrigens auch die Diagnosemodule C-QT 15 für CAN, A-QT 15 für das AS-Interface, PN-QT 20 für Profinet und ESD-QT16 für die Signalisierung von elektrostatischen Entladungen an.

Schlussfolgerung

Die permanente Busüberwachung ist ein probates Mittel, um Profibus-Installationen unabhängig vom Alter und der Umgebung zuverlässig instandzuhalten. Wenn die Instandhaltung die vom Diagnosemodul gemeldeten Fehler zeitnah beseitigt, können ungeplante Stillstände zuverlässig verhindert werden. Neben der direkten Unterstützung bei der Fehlerbeseitigung bietet Leadec auch eine Beratung zur Beschaffung der entsprechenden Messgeräte an. (co)

Weitere Infos zu den Dienstleistungen im Bereich Feldbus- und Netzwerktechnik:
hier.pro/xNk28

Kontakt:
Leadec Niederlassung Stuttgart
Gänsäckerstr. 11
73730 Esslingen
Tel. +49 711/459 848 10
viki_feldbustechnik@leadec-services.com
www.i-v-g.de


Workshop-Tipps

Wer sein Know-how zur Fehlersuche in Netzwerken und Feldbussystemen vertiefen möchte, kann zwei Praxis-Workshops mit Hans-Ludwig Göhringer besuchen. Die Workshops sind getrennt buchbar.

Gut durchdachte Erdung reduziert EMV-Einflüsse – Maßnahmen, Erdungskonzepte, Alterung und Verschleiß

  • Mittwoch, 07.07.2021
  • 10:00 bis 17:30 Uhr
  • Schloss Monrepos, Ludwigsburg

hier.pro/dgSbN

Profinet-Installation, -Abnahme und -Diagnose – Diagnosemöglichkeiten und Fehlersuche

  • Donnerstag, 08.07.2021
  • 10:00 bis 17:30 Uhr
  • Schloss Monrepos, Ludwigsburg

hier.pro/w1PKg

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