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Anlagenüberwachung

Zuverlässiger Busverkehr

am 28.03.2017 um 08:00 Uhr

Feldbussysteme wie AS-i fungieren als Daten-Rückgrat einer ganzen Anlage. Wenn jedoch in dieser Ebene der Informationsaustausch zwischen Sensoren, Aktoren und Anlagensteuerung nicht mehr funktioniert, dann ist die Suche nach Störungen der Buskommunikation unerlässlich.

robots in a car factory

Bei modernen, hoch vernetzten Anlagen spielt die Zuverlässigkeit der Bussysteme für die Anlagenverfügbarkeit und für die Produktionssicherheit eine entscheidende Rolle – Bild: Pepperl+Fuchs.

Verschleiß und Instandhaltungsbedarf mechanischer Baugruppen wie Getriebe oder Pumpe lassen sich oft recht einfach abschätzen. Anders verhält es sich bei Bussystemen, deren Lebensdauer nicht prognostizierbar ist. Die Abnutzung an diesen Ausrüstung ist weder messbar noch quantifizierbar. Das ist gefährlich, den im Worst Case Szenario führen Störungen und Ausfälle von Feldbussystemen häufig zum Stillstand der gesamten Anlage. Dabei treten zwei hauptsächliche Fehlerarten auf:
Alterungseffekte, also die schleichende Verschlechterung der Übertragungsqualität über den gesamten Lebenszyklus der Businstallation, etwa infolge von Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen, Kühlmitteln, Lösungsmitteldämpfen, Vibrationen oder Wechselbiegebelastungen. Mithilfe permanenter Busüberwachung lassen sich diese Verschleißeffekte gut erkennen und beseitigen. Im Vorfeld müssen allerdings Verbaufehler beseitigt werden.
Verbaufehler sind Mängel, die bei der Installation oder bei der Erweiterung des Bussystems gemacht wurden. Dazu gehören etwa nicht angeschlossene Abschirmungen oder falsch geschaltete Abschlusswiderstände. Viele solcher offensichtlich erkennbaren Fehler lassen sich durch eine visuelle Inspektion oder sogar eine einfache Sichtkontrolle feststellen.

Tablet-Sichtprüfung

Schwachstellenanalyse anhand einer Tablet-gestützten Sichtprüfung. Bild: I-V-G

Nach Erfahrungen des Unternehmens IVG Göhringer lassen sich bei der Fehlersuche in Bussystemen 70 Prozent der Fehler durch Sichtprüfung finden. Werden spezielle Mechanismen wie die automatische Telegrammwiederholung zur Zustandsüberwachung genutzt, so gleichen sich die Fehler in der Kommunikation allerdings bis zu einem bestimmten Umfang aus. Solange die Anzahl der Telegrammwiederholungen im definierten Bereich bleibt, leuchten alle LEDs grün. Dem Anwender fällt der Fehler also nicht auf.
Zur umfassenden Bus- und Telegrammanalyse bedarf es allerdings aufwendiger Messtechnik. Spezialisten in der Feldbusinstandhaltung setzen auf permanente Busüberwachung durch die Beobachtung des Telegrammverkehrs mit Diagnose-Modulen. Diese werden an einer beliebigen Stelle auf den Feldbus gesteckt und arbeiten dort völlig rückwirkungsfrei. Sie messen keine physikalischen Größen wie Spannungspegel und Signallaufzeiten, sondern erkennen Fehler auf Protokollebene. Konkret erkennen sie eine Verschlechterung der Buskommunikation durch typische Busfehler wie Fehltelegramme, Telegramm-Wiederholungen und Diagnosemeldungen.
Solche Fehler werden per LED und über einen potenzialfreien Alarmkontakt signalisiert. Letzterer löst zur Anzeige eines Fehlers eine Warnleuchte oder eine Sirene aus.
Zudem ist es möglich, den Alarmkontakt über die übergeordnete Steuerung auszuwerten. Damit kann die Instandhaltung schon beim ersten Fehltelegramm reagieren – lange bevor der Zustand des Systems so schlecht wird, dass die Buskommunikation komplett ausfällt.
Häufige Fehlerursachen sind etwa die Nähe der AS-i-Kabel zu Kabeln der Antriebstechnik, was zu Einkopplungen und damit zum Auslösen des Sicherheitskreises führen kann. Auch kommt es durch Anklopfen der Schütze zum „Prellen der Kontakte“ und damit zur Auslösung der Sicherheitsfunktion. Gleiches gilt für Alterungseffekte an den Steckverbindern, die durch Flüssigkeit entstanden sind. Anklopfen an den Steckverbinder führt hier zu einem Feinschluss und damit zum Telegrammfehler.

AS-i Gateways von Bihl+Wiedemann

Mit den AS-i Gateways von Bihl+Wiedemann lassen sich digitale und analoge Daten, die dezentral über AS-i ­Slaves eingelesen wurden, über das jeweilige Bussystem an die übergeordnete Steuerung weitergegeben und Ausgangssignale der Steuerung an die AS-i Aktuatoren übertragen. Bild: B+W

Was ist AS-Interface?

Beim einfachen Verdrahtungssystem AS-Interface bietet bereits die Struktur Installationsvorteile: Es besteht aus den vier Komponenten Master, Slaves sowie Netzteil und gelbem AS-i Kabel, auf dem sowohl Daten als auch Energie übertragen wird. In seiner Struktur bietet das Feldbussystem Transparenz, denn jedem Slave ist eine eindeutige Adresse zugewiesen, über die der Master Ein- und Ausgangsdaten austauscht. Zudem lassen sich die Module dank der Durchdringungstechnik schnell und einfach am AS-i Kabel montieren oder versetzen. Sicherheitssignale lassen sich mit dem System in die Anlagendiagnose integrieren.

AS-i Sicherheitslösungen sind zugelassen bis Performance Level e nach EN ISO 13849. Dabei ist die Bestimmung des Gesamt Performance Level PL mit AS-i sehr leicht: Es werden einfach die Subsysteme addiert, auch bei Reihenschaltung mehrerer Geräte.

Ingo Busch

Vorgefertigtes Förderelement

Vorgefertigte Förderelemente sind häufig mit dem G20 Motormodul von Pepperl + Fuchs ausgestattet, die einem Betriebsstopp vorbeugen. Bilder: P+F

Intelligent Maintenance

Weitere Möglichkeiten, die Feldbusse störungsfrei zu betreiben, liegen in der Auslegung der Komponenten. So verfügen etwa die AS-Interface von Gateways des Herstellers Bihl+Wiedemann seit Langem über zusätzliche Diagnose-Features wie Doppeladresserkennung, EMV- und Erdschlusswächter. Sie tragen zudem durch permanente Übermittlung von Statusinformationen auch entscheidend dazu bei, dass die übergeordnete Steuerung sich jederzeit ein genaues Bild vom Zustand der Anlage machen kann. Neben dem Auslesen der Informationen über den Feldbus ermöglichen die Gateways auch eine detaillierte Diagnose und Historie jedes Schaltzustandes sowie eine Ad-hoc-Diagnose über das Display.

Zum anderen lässt sich mithilfe einer Diagnose-Software der Aufbau eines beliebigen AS-Interface Netzes auf mögliche Schwächen untersuchen und Fehler im System werden erfasst, bevor sie zu Ausfällen führen. So können etwa Störungen, die von einem Umrichter ausgehen, den Bus sporadisch beeinträchtigen. Das muss gar nicht unbedingt zu einem Ausfall führen, aber unter Umständen leidet darunter die Systemleistung.

Für AS-Interface bietet die Software eine Störungserkennung, bevor teure Stillstände auftreten. Exakte Informationen über das System, die von den Geräte-Konstellationen über die Konzeption der Peripherie bis hin zur Konfiguration der Sicherheitsprogramme reichen, sparen Zeit für die Fehlersuche. Wegen der intuitiven Bedienung der Software benötigt das Fachpersonal für die Prüfung keine fundierten Kenntnisse.

Vorgefertigtes Förderelement

Vorgefertigte Förderelemente sind häufig mit dem G20 Motormodul von Pepperl + Fuchs ausgestattet, die einem Betriebsstopp vorbeugen. Bilder: P+F

Fehleranalyse mit Status-Feedback-Option

In modernen Verteilerzentren, etwa bei Amazon, verursachen Stillstände im Verteilersystem enorme Kosten. Deshalb werden intelligent gesteuerte Motorrollen eingesetzt. Diese bieten einfache Installation der Rollenantriebe zusammen mit der messenden oder schaltenden Sensorik.

Diese vorgefertigten Förderelemente sind häufig mit dem G20 Motormodul von Pepperl+Fuchs ausgestattet, die einem Betriebsstopp vorbeugen. Das geschieht über Status-Rückinformation und die logische IO-Signalüberwachung der Module und deren integrierte Logik-Funktionen.

Im Normalfall sind Motoren und Sensoren über das Modul abgesichert – Kurzschluss ausgeschlossen. Zudem muss der Anwender keine separate Absicherung oder Strombegrenzung vornehmen, was Kosten einspart. Motoren und Rollenantriebe bieten im Zusammenspiel die Option einer genauen Fehlerrückmeldung über AS-Interface bis in die Steuerung. Ein Motorausfall lässt sich genau lokalisieren, um so schnell Austausch und Wiederanlauf zu realisieren. Am Modul selbst werden die Fehlerkomponenten klar angezeigt. Per plug&play erfolgt der Austausch, ganz ohne Neuverdrahtung oder Anschlussfehler.

Über diese punktgenaue Diagnoserückmeldung hinaus ergeben sich weitere Vorteile. So lässt sich ein Warnsignal aus den Sensoreingangssignalen, Schaltausgängen der Motoren sowie der Erfassung von ungewöhnlich hohen Strömen bereits vor Ausfall einer Motorrolle generieren. Die logische Verknüpfung zwischen benachbarten Modulen erlaubt zudem über eine Zeitüberwachung in der Steuerungslogik zu überprüfen, ob das Fördergut im richtigen Zeitfenster im nächsten Element ankommt.

Mit AS-Interface lassen sich hier für zwei Motorrollen die jeweilige Drehrichtung, die verschiedenen Geschwindigkeiten und die Beschleunigungsrampen sehr geschickt und einfach steuern. Der Hauptvorteil bleibt aber der Direktanschluss von Sensorik und Aktorik sowie der direkte Flachkabelanschluss am Modul mit 2,5?mm². Das erübrigt eine aufwendige Parallelverdrahtung oder zusätzliche Verteiler.

Workshops zu Feldbussystemen

Die IVG Göhringer ist kompetenter Ansprechpartner in allen Fragen der Feldbustechnik. Das Portfolio umfasst ein umfangreiches Leistungsspektrum im Bereich von feldbustechnologischen Dienstleistungen, darunter Schulungen im Bereich IO-LINK, PROFIBUS, PROFINET, CAN, Ethernet, AS-i und EMV “Automatisierte Fehlersuche an Feldbussystemen”.

Für 2017 sind u.a. folgende Workshops vorgesehen:
“EMV, ESD-gerechter Netz- und Feldbusaufbau”
“Strukturierte PROFINET-Abnahme mit ihren Tools”

Das Unternehmen stellt sich auf folgenden Veranstaltungen vor:
28. – 30. März 2017 Automatisierungstreff in Böblingen
27. September 2017 während der all about Automation in Leipzig

I-V-G Göhringer
Tel.: 07031 607880
E-Mail: info@i-v-g.de
www.i-v-g.de

Kontakt:

Bihl+Wiedemann
Tel: 0 621 339960
E-Mail: mail@bihl-wiedemann.de
www.bihl-wiedemann.de

Pepperl+Fuchs Vertrieb Deutschland
Tel: +49 621 7760
E-Mail: info@de.pepperl-fuchs.com
www.pepperl-fuchs.de

 
 
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