Erschienen am: 10.08.2016, Ausgabe SPS-MAGAZIN 8 2016

Bussysteme im Maschinen- und Anlagenbau

Achtung, falscher Alarm!

Bussysteme haben sich inzwischen in der Sicherheitstechnik etabliert. Die Sicherheitsprotokolle Profisafe, CANopen-Safety und AS-Interface bieten den Vorteil, dass sich konventionelle Automatisierungslösungen einfach um Sicherheitstechnik erweitern lassen. Wichtiger ist jedoch, dass die Businstallation intakt ist und das Sicherheitssystem nicht aufgrund von Alterung und Verschleiß des Bussystems auslöst.


Die integrierte Status-LED und ein potenzialfreier Alarmkontakt des Quicktester A-QT 15 signalisieren Fehler in der AS-Interface-Kommunikation.
Bild: I-V-G Göhringer

Viele Maschinen und Anlagen sind in der Lage, Bewegungen auszuführen, die Menschen unter Umständen durch Scher-, Schneid- oder Stoßstellen, Einzug- und Fangmechanismen sowie durch weggeschleuderte und umstürzende Teile gefährden. Für Gefährdungsrisiken, die sich nicht durch konstruktive Änderungen beseitigen lassen, sind technische Schutzeinrichtungen notwendig. Beispiele dafür sind Zweihandbedienungen, Notausschalter, Schutztüren mit Kontakt oder Sicherheitslichtvorhänge. Sie verhindern entweder den Zugang zum Gefahrenbereich oder überwachen ihn, um die Anlage rechtzeitig zu stoppen und in einen sicheren Zustand zu bringen. Wie eine solche Sicherheitstechnik sinnvoller Weise aussieht, ist in verschiedenen Normen und Vorschriften geregelt, wie in der Maschinenrichtlinie. Die Berufsgenossenschaften haben hier ebenfalls ein Wort mitzureden. Zum Realisieren der Sicherheitstechnik dürfen Unternehmen nur dafür zugelassene Protokolle und Komponenten einsetzen. Ein großer Vorteil von Profisave, CANopen-Safety und AS-Interface (AS-i) ist, dass die konventionelle Anlagensteuerung und die Sicherheitsfunktionen gleichzeitig auf demselben Kabel laufen. Für die Sicherheitstechnik gelten dieselben Vorteile wie für das Bussystem selbst:

  • • Bussystem statt konventionelle Verkabelung
  • • keine fehlersichere SPS bzw. Master erforderlich
  • • einfach erweiter- und nachrüstbar
  • • Sicherheitssignale für Anlagendiagnose verwendbar
  • • Zertifizierung durch TÜV oder BIA.

Blinder Alarm

In der Praxis kommt es vor, dass die Sicherheitstechnik auslöst, obwohl es dafür keinen Grund gibt. Es gehört zu den schwierigsten Aufgaben in der Instandhaltung, solche sporadisch auftretenden Fehler in der Buskommunikation zu finden. Sie sind nicht nachvollziehbar und die Messgeräte zeigen häufig Signalpegel, die in Ordnung sind. Trotzdem führen diese Fehler in unregelmäßigen Abständen zum Anlagenstillstand. In solchen Fällen werden häufig Troubleshooting-Dienstleister wie IVG Göhringer an die Anlage gerufen. "Telefonisch schildert der Kunde das Fehlerbild: Zwei AS-Interface Master in der Anlage, in zwei AS-i-Kreisen spricht die Sicherheitstechnik hin und wieder an, vorwiegend an Schweißtisch zwei", so Hans-Ludwig Göhringer, der über knapp 15 Jahre Erfahrung bei der Fehlersuche an Bussystemen verfügt. So oder ähnlich hört es sich an, wenn ein Kunde ihn mit der Fehlersuche in der Sicherheitstechnik beauftragt. Er kennt sowohl beide Seiten der Sicherheitstechnik als auch die Herausforderung, die dadurch für den Konstrukteur entsteht. Einerseits ist es möglich, dass die Sicherheitstechnik im gesamten Maschinenleben nie zum Einsatz kommt. "Aber ein einziger Fall, in dem sich die Gesundheit oder das Leben eines Menschen schützen lassen, rechtfertigt ihren Einsatz", ist Göhringer überzeugt. Andererseits verursacht die Sicherheitseinrichtung Kosten, ohne dass sie zur Produktivität beiträgt. Sie führt sogar zu Produktivitätsverlust, wenn sie aufgrund der eigenen Fehlfunktion auslöst.

Anzeige

Alterung und Verschleiß

"Über den gesamten Lebenszyklus wirken laufend Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen, Kühlmittel, Lösungsmitteldämpfe, Vibrationen und Wechselbiegebelastungen auf die Feldbusinstallation ein", erläutert Göhringer. Spätestens ab der Inbetriebnahme hinterlassen die verschiedenen Einflüsse ihre Spuren in Form von Verschleißeffekten an der Businstallation. Beispiele für solche Einflüsse sind:

  • • Oxidation von Kontaktoberflächen
  • • Verschmutzen von Kontakten durch Staub, Öl, Kleber und Metallstaub
  • • Kabelbrüche im Kabelschlepp
  • • kalte Lötstellen durch mechanische Beanspruchung und Temperaturwechselbelastungen
  • • Kurzschluss durch mechanische Reibung
  • • Beanspruchen der Buskabel durch Chemikalien und Lösungsmittel
  • • Whiskerbildung an Leiterplatten
  • • Verspröden von Kunststoffen durch UV-Strahlung.

Permanente Zustandsüberwachung

Verschleiß ist nicht mess- oder prognostizierbar. Als geeignete Strategie hat sich das Condition Monitoring, bzw. die permanente Zustandsüberwachung, bewährt. Feldbussysteme sind prinzipbedingt zuverlässige und fehlertolerante Systeme. Durch spezielle Mechanismen wie die automatische Telegrammwiederholung lassen sich Fehler in einem gewissen Umfang ausgleichen, ohne dass der Anwender etwas davon merkt. Diesen Ansatz machen sich die Quicktester zunutze, die IVG Göhringer für verschiedene Bussysteme anbietet. Neben dem Quicktester A-QT 15 für AS-Interface sind der P-QT 10 für Profibus und der C-QT 15 für CAN-Netzwerke erhältlich. Anwender stecken sie an einer beliebigen Stelle auf den Feldbus, wo sie rückwirkungsfrei arbeiten. Sie messen keine physikalischen Größen wie Spannungspegel und Signallaufzeiten, sondern zeichnen Fehler auf Protokollebene auf. Konkret erkennen die Module eine Verschlechterung der Kommunikation durch typische Busfehler wie Fehltelegramme, Telegrammwiederholungen und Diagnosemeldungen. Solche Fehler signalisieren sie per LED und über einen potenzialfreien Alarmkontakt. Solange die Anzahl der Telegrammwiederholungen nicht überhand nimmt, läuft die Kommunikation ohne Einschränkung weiter. Der potenzialfreie Alarmkontakt der Diagnosestecker löst zur Anzeige eines Fehlers eine Warnleuchte oder eine Sirene aus. Zudem ist es möglich, den Alarmkontakt über die übergeordnete Steuerung auszuwerten.

Empfehlungen der Redaktion

Fazit

Häufig wird die Instandhaltung erst bei einem unerwarteten Auslösen der Sicherheitstechnik in Form eines blinden Alarms aktiv. Im Rahmen einer effizienten Instandhaltung ist es jedoch das Ziel, die Leistungsfähigkeit der Sicherheitstechnik zu erhalten und unvorhersehbare Störungen zu vermeiden. Ein einfache Lösung dafür sind die kompakten Diagnosegeräte. Sie ermöglichen dem Anwender die permanente Überwachung. Schon beim ersten Fehltelegramm hat der Instandhalter die Möglichkeit, zu reagieren und den Fehler zu suchen. Dann löst auch die Sicherheitstechnik nur aus, wenn tatsächlich ein Notfall vorliegt.

Instandhaltung von industriellen Bussystemen und Netzwerken

Parallel zur Messe All About Automation in Leipzig bietet IVG Göhringerverschiedene Anwender-Workshops an. Dazu gehören folgenden Themen: Der halbtägige Anwender-Workshop 'Strukturierte Profinet-Abnahme' richtet sich an Konstrukteure, Inbetriebnehmer und Instandhalter und behandelt praktische Erfahrungen aus der Fehlersuche, bisherige Konzepte für Abnahmemessungen und Lücken in bestehenden Normen und Vorschriften. Anschließend folgt die Besprechung des vom Unternehmen selbst entwickelten Verfahrens zur Prüfung und Abnahme von Profinet-Installationen. Der zweieinhalbstündige Anwenderworkshop 'Ganzheitliche Fehlersuche an Bussystemen' vermittelt theoretische Grundlagen und Voraussetzungen für eine stabile Buskommunikation. Anschließend werden die durch Installationsfehler, Alterung und Verschleiß entstehenden Fehlerbilder besprochen. Neben den Quicktestern für verschiedene Bussysteme ist die Fehlersuche per tabletgestützter Sichtprüfung ein Schwerpunkt. Der Workshop 'EMV-gerechter Busaufbau' ist ganztägig. Hier geht es um die verschiedenen Arten von elektromagnetischen Einflüssen, wie sie sich auswirken und welche konstruktiven Maßnahmen davor schützen. Schwerpunkte sind dabei die Leitungsabschirmung, der Potentialausgleich und welche Aspekte bei der Kabelverlegung zu beachten sind.

Anzeige