Data Generation, Collection & Transfer
22.02.2019

Industrielle Netzwerke effizient instandhalten

Bussysteme und Netzwerke für die industrielle Kommunikation sind komplexe Gebilde. Da von ihrer einwandfreien Funktion ganze Anlagen und Prozesse abhängen, werden an sie bezüglich Verfügbarkeit und Stabilität höchste Anforderungen gestellt. Entsprechend groß sind die Erwartungen an die Instandhaltung. Sie muss auch in rauen Umgebungen für einen zuverlässigen Betrieb sorgen.

IVG Göhringer hat ein softwaregestütztes Verfahren für visuelle Inspektion entwickelt

IVG Göhringer hat ein softwaregestütztes Verfahren für visuelle Inspektion entwickelt

Auf der untersten Ebene sorgen Feldbussysteme und Netzwerke, wie Profinet, Profibus, CAN und AS-Interface, für den Informationsaustausch zwischen den Sensoren, Aktoren und der Anlagensteuerung. Störungen und Ausfälle in der Kommunikation führen in der Regel zu einem Anlagenstillstand. Wie lassen sich solche ungeplanten Stillstände vermeiden? Welche Maßnahmen sind möglich und notwendig, damit der Instandhalter eine vorbeugende Wartung erfolgreich betreiben kann? Bevor diese Fragen sinnvoll beantwortet werden können, ist ein Blick auf die zwei hauptsächlichen Fehlerarten erforderlich: Verbaufehler und Alterungseffekte.

Appgestützte Sichtprüfung von Bussystemen

Der P-QT 10 signalisiert kritische Zustände der Profibus-Kommunikation optisch per LED und akustisch per SireneDer P-QT 10 signalisiert kritische Zustände der Profibus-Kommunikation optisch per LED und akustisch per Sirene

Verbaufehler sind Mängel, die bei der Installation oder bei der Erweiterung des Bussystems entstanden sind, zum Beispiel durch nicht aufgelegte Abschirmungen oder falsch geschaltete Abschlusswiderstände. Diese müssen zuerst beseitigt werden, bevor eine permanente Busüberwachung sinnvoll möglich ist.

Die meisten dieser Fehler lassen sich durch eine visuelle Inspektion feststellen. Dafür hat IVG Göhringer ein softwaregestütztes Verfahren konzipiert. Die darauf basierende IVG-Net-App gibt dem Anwender einen strukturierten und fundierten Prozess vor und unterstützt damit eine systematische Vorgehensweise. Die App ist für Profibus, Interbus, CAN und AS-Interface verfügbar und berücksichtigt die Besonderheiten der einzelnen Bussysteme. Sie ist über den Google-Playstore kostenfrei erhältlich. Per Tablet-PC und App kann das Anlagenpersonal die geführte Sichtprüfung selbst erledigen und die erkannten Fehler beheben.

Optional bietet das Unternehmen als Dienstleistung eine kostenpflichtige Auswertung anhand der erfassten Daten an. Diese umfasst eine detaillierte Auswertung mit Hinweisen und Expertentipps zur Fehlerbeseitigung.

Wärmebilddokumentation

Mit der neuesten Version der IVG-Net-App können die Anwender kritische Stellen per Wärmebildkamera prüfen und dokumentieren. Durch einen Wärmestau und den damit verbundenen Temperaturanstieg sinkt die Lebensdauer der Mikroelektronik ab. Es gilt die Faustformel, dass sich die Lebensdauer hochempfindlicher Elektronik je 7 °C bis 10 °C höherer Betriebstemperatur jeweils halbiert. Dabei ist es unerheblich, ob die entwickelte Wärme eines Geräts nicht richtig abgeführt wird oder ob ein System durch zu wenig Abstand von anderen Baugruppen, beispielsweise Netzgeräte oder Leistungselektronik, mit Strahlungswärme beaufschlagt wird.

Permanente Busüberwachung

Wenn der Instandhalter alle Verbaufehler beseitigt hat, kann er sich um die Verschleißeffekte kümmern. Diese entstehen durch Umweltbelastungen oder durch Alterung eines Bussystems oder Netzwerks. Auch Verschmutzung der Komponenten durch feinen Staub, wie er beispielsweise in Sägewerken oder in der Möbelproduktion vorkommt, fördert die Alterung. Sie sind weder durch Berechnung noch durch Erfahrungswerte bestimmbar. Eine geeignete Methode ist daher „Condition Monitoring“. Der Vorteil dabei ist, dass die Instandhaltung schon beim ersten Fehltelegramm reagieren kann – lange bevor der Zustand des Systems so schlecht wird, dass die Buskommunikation komplett ausfällt.

Beispiele für die Alterung sind eine Oxidation von Kontaktober­flächen, die Verschmutzung von Kontakten, Kabelbrüche im Kabelschlepp, kalte Lötstellen durch mechanische Beanspruchung und Temperaturwechselbelastungen, ein Austrocknen von Elektrolytkondensatoren, ein Kurzschluss durch mechanische Reibung und vieles mehr.


Mit der App dokumentiert der Instandhalter den Zustand der BusinstallationMit der App dokumentiert der Instandhalter den Zustand der Businstallation


Automatische Telegrammwiederholung

Feldbussysteme sind prinzipbedingt zuverlässige und fehlertolerante Systeme. Durch spezielle Mechanismen wie die automatische Telegrammwiederholung werden Fehler in einem gewissen Umfang ausgeglichen, ohne dass der Anwender davon etwas merkt. Diese Systematik machen sich die Quicktester von IVG Göhringer zunutze, um Fehler in der Kommunikation zu erkennen, bevor es zu einem Ausfall kommt. Die Diagnosemodule werden an einer beliebigen Stelle auf den Feldbus gesteckt und arbeiten dort rückwirkungsfrei. Sie messen keine physikalischen Größen, wie Spannungspegel und Signallaufzeiten, sondern zeichnen Fehler auf Protokollebene auf.

Konkret erkennen die Module eine Verschlechterung der Buskommunikation durch typische Busfehler, wie Fehltelegramme, Telegrammwiederholungen und Diagnosemeldungen. Solche Fehler werden per LED und über einen potentialfreien Alarmkontakt signalisiert. Der potentialfreie Alarmkontakt der Dia­gnosemodule löst eine Warnleuchte oder eine Sirene zur Anzeige eines Fehlers aus. Zudem ist es möglich, den Alarmkontakt über die übergeordnete Steuerung auszuwerten. Es sind Quick-Tester für Profibus, CAN, AS-Interface und ESD verfügbar.

Kompaktes Diagnose-Tool

Um die permanente Zustandsüberwachung zu automatisieren, ist bei IVG ein Tool entstanden, welches das Prozessabbild auswertet und so den Verursacher automatisch identifiziert. Das geschieht nach dem Prinzip „teile und herrsche“. Dazu sind ein Funktionsbaustein und ein Datenbaustein in der SPS erforderlich. Das kompakte Dia­gnosemodul registriert kritische ­Zustände, wie Fehltelegramme, Telegrammwiederholungen und Dia­gnosemeldungen, und signalisiert diese als Trigger per Schaltausgang an die SPS. Anhand der SPS-Signale ist erkennbar, welche Schaltvorgänge und Bewegungen zum fraglichen Zeitpunkt stattfanden, sodass die Ursache für den kritischen Buszustand ermittelt werden kann. Wird ein kritischer Zustand registriert, bekommt das Servicepersonal das Fehlerbild und kann entscheiden, was zu tun ist. Die Rahmendaten werden per Software eingestellt, die über die Programmierschnittstellen auf die Steuerung zugreift. Entsprechend wird auch das Ergebnis angefragt. Im Fehlerfall kann sich der An­wender das Ausgangsbit und den Schaltvorgang ansehen und hat damit gezielte Hinweise auf den Verursacher.

Fazit

Mit einer permanenten Überwachung der Feldbuskommunikation bekommt der Anwender Störungen signalisiert, bevor es zu einem Stillstand der Anlage kommt. In Kombination mit dem S7-QT-Manager ist der Verursacher automatisch aufspürbar. Bereits beim ersten Fehltelegramm kann der Instandhalter reagieren und den Fehler suchen sowie beseitigen. Plötzliche Stillstände lassen sich damit verhindern.

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20 Jahre openautomation

Die Grundidee bleibt, die Dimensionen wachsen

„Eine Branche im Umbruch: Anwender fordern in aller Deutlichkeit kostensenkende, flexible und offene Automatisierungslösungen sowie Durchgängigkeit vom Sensor bis zum Management“ – dieser Grundanspruch hat sich über die letzten 20 Jahre nicht geändert, aber die Dimensionen, die neue Technologien mit sich bringen, lassen die Industrie 4.0 Wirklichkeit werden. Immer im Mittelpunkt dabei: Daten – das viel gepriesene Öl des 21. Jahrhunderts. Die Grundidee der vertikalen Integration bleibt, nur das Wording ändert sich heute.

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Zum Schmunzeln

Mann beim Bäcker: „Ich hätte gerne vier Brötchen.“
Bäcker: „Wenn Sie nur drei nehmen, gibt es eins umsonst!“
(Mann überlegt, wer hier nun der Vollidiot ist.)
Copyright © VDE VERLAG GMBH, zuletzt aktualisiert am 19.07.2019