10 Ursachen und Lösungen für SPS-Systemfehler
10 Ursachen und Lösungen für SPS-Systemfehler
In den letzten Jahren sind SPS aus der industriellen Produktion nicht mehr wegzudenken. Da ihre Nutzung zunimmt, ist die Gewährleistung eines stabilen Systembetriebs immer wichtiger geworden. Obwohl SPS selbst äußerst zuverlässig sind, kann unsachgemäßer Betrieb zu Problemen führen. Hier sind 10 häufige Fehlerursachen und Lösungen:
1. Erdungsprobleme
SPS-Systeme haben strenge Erdungsanforderungen. Es wird ein unabhängiges, dediziertes Erdungssystem empfohlen und alle zugehörigen Geräte müssen ordnungsgemäß geerdet sein. Eine unsachgemäße Erdung kann zu unerwarteten Strömen führen, die zu Logikfehlern oder Schaltkreisschäden führen können. Erdungspunkte sollten nahe beieinander liegen. SPS-Systeme verwenden normalerweise eine Einzelpunkterdung. Für eine verbesserte Anti-Gleichtakt-Interferenzfähigkeit können analoge Signale die abgeschirmte Floating-Ground-Technologie verwenden.
2. Umgang mit Störungen
Industriestandorte sind anfällig für hoch- und niederfrequente Störungen, die häufig über Kabel übertragen werden, die mit Geräten vor Ort verbunden sind. Zusätzlich zur ordnungsgemäßen Erdung sollten bei der Kabelkonstruktion, -auswahl und -installation die folgenden Anti-Interferenz-Maßnahmen ergriffen werden:
Für analoge Signale verwenden Sie doppelt geschirmte Kabel.
Verwenden Sie für Hochgeschwindigkeitsimpulssignale abgeschirmte Kabel.
Verwenden Sie für SPS-Kommunikationskabel vom Hersteller bereitgestellte Kabel oder abgeschirmte Twisted-Pair-Kabel.
Verlegen Sie analoge Signalleitungen, Gleichstromsignalleitungen und Wechselstromsignalleitungen nicht im selben Kabelkanal.
Abgeschirmte Leitungen, die in Schaltschränke eingeführt oder aus ihnen herausgeführt werden, müssen direkt und ohne Durchführung von Klemmen an die Geräte angeschlossen werden.
Wechselstromsignale, Gleichstromsignale und analoge Signale sollten nicht über dasselbe Kabel erfolgen. Stromkabel und Signalkabel sollten getrennt verlegt werden.
Zu den Wartungstipps vor Ort zur Behebung von Störungen gehören die Verwendung abgeschirmter Kabel für betroffene Leitungen und deren Neuinstallation sowie das Hinzufügen von Anti-Interferenz-Filtercode zum Programm.
3. Eliminierung der Kapazität zwischen den Drähten, um Fehlbedienungen vorzubeugen
Kabel haben eine inhärente Kapazität zwischen den Leitern. Selbst qualifizierte Kabel können eine übermäßige Kapazität aufweisen, wenn ihre Länge die empfohlenen Grenzwerte überschreitet. Bei der Verwendung für SPS-Eingänge kann dies zu Fehlfunktionen wie falschen oder fehlenden Eingangssignalen führen. Zu den Lösungen gehören:
Verwendung von Kabeln mit verdrillten Adern.
Minimierung der Kabellänge.
Störende Eingänge auf verschiedene Kabel aufteilen.
Verwendung abgeschirmter Kabel.
4. Auswahl der Ausgabemodule
Ausgangsmodule gibt es in drei Typen: Transistor, Triac und Relais:
Transistormodule bieten die schnellste Schaltgeschwindigkeit (typischerweise 0,2 ms), haben aber die niedrigste Belastbarkeit (0,2 – 0,3 A, 24 VDC). Sie eignen sich für schnell schaltende Geräte und signalbezogene Geräte wie Wechselrichter und Gleichstromgeräte. Berücksichtigen Sie die Auswirkungen des Leckstroms von Transistoren auf Lasten.
Triac-Module sind kontaktlos und für Wechselstromlasten geeignet, haben jedoch eine begrenzte Belastbarkeit.
Relaismodule unterstützen Wechsel- und Gleichstromlasten und verfügen über eine hohe Belastbarkeit. Sie werden häufig in konventionellen Steuerungen verwendet, haben jedoch eine langsamere Schaltgeschwindigkeit (ca. 10 ms), was sie für Hochfrequenzanwendungen ungeeignet macht.
5. Umgang mit Überspannung und Überstrom des Wechselrichters
Wenn der angegebene Wert reduziert wird, um den Motor zu verlangsamen, wechselt er in einen regenerativen Bremszustand. Der Motor speist Energie zurück zum Wechselrichter, wodurch die Spannung des Filterkondensators ansteigt und der Überspannungsschutz auslöst. Lösung: Installieren Sie einen externen Bremswiderstand, um regenerative Energie abzuleiten.
Wenn mehrere kleine Motoren an einen Wechselrichter angeschlossen sind, kann ein Fehler in einem Motor dazu führen, dass der Wechselrichter abschaltet und alle Motoren stoppt. Lösung: Installieren Sie einen 1:1-Trenntransformator auf der Ausgangsseite des Wechselrichters, um Fehlerströme vom Wechselrichter zu isolieren.
6. Beschriftung der Ein- und Ausgänge zur einfachen Wartung
SPS-Systeme können komplex sein und über zahlreiche Eingangs- und Ausgangsrelaisklemmen verfügen. Um die Fehlerbehebung zu erleichtern:
Erstellen Sie eine Tabelle basierend auf dem Schaltplan und platzieren Sie diese auf dem Schaltpult oder Schrank. Listen Sie jede SPS-Eingangs- und Ausgangsklemmennummer zusammen mit den entsprechenden elektrischen Symbolen und chinesischen Namen auf.
Entwickeln Sie eine SPS-Eingangs-/Ausgangslogik-Funktionstabelle, um die logischen Beziehungen zwischen Eingangs- und Ausgangsschaltkreisen während des Betriebs zu veranschaulichen. Mit diesen Tabellen können erfahrene Elektriker Wartungsarbeiten ohne Baupläne durchführen.
7. Fehlerdiagnose mithilfe der Programmlogik
Da verschiedene SPS-Typen im Einsatz sind, werden Kontaktpläne für High-End-SPS wie die S7-300 häufig in mnemonischem Code geschrieben. Effektive Leiterdiagramme sollten Anmerkungen zu chinesischen Symbolen enthalten. Für die elektrische Fehleranalyse wird üblicherweise die Reverse-Lookup-Methode verwendet. Beginnen Sie am Fehlerpunkt, identifizieren Sie das entsprechende SPS-Ausgangsrelais und verfolgen Sie die für seine Aktivierung erforderlichen logischen Beziehungen zurück. Die Erfahrung zeigt, dass die meisten Fehler auf einen einzigen Punkt zurückzuführen sind.
8. Beurteilung von SPS-Selbstfehlern
SPS sind äußerst zuverlässig und weisen eine geringe Ausfallrate auf. Hardwareschäden oder Softwarefehler in SPSen und CPUs sind selten. Es ist unwahrscheinlich, dass SPS-Eingangspunkte ausfallen, es sei denn, sie sind Hochspannungseinbrüchen ausgesetzt. SPS-Ausgangsrelaiskontakte haben eine lange Lebensdauer, sofern sie nicht aufgrund externer Kurzschlüsse oder schlechter Konstruktion überlastet werden. Konzentrieren Sie sich bei der Fehlerbehebung auf periphere elektrische Komponenten und nicht auf SPS-Hardware- oder -Softwareprobleme. Dieser Ansatz beschleunigt Reparaturen und minimiert Produktionsausfallzeiten.
9. Vollständige Nutzung der Software- und Hardwareressourcen
Befehle, die nicht an Regelkreisen beteiligt sind oder vor dem Regelkreis aktiviert wurden, können von der SPS ausgeschlossen werden.
Wenn mehrere Befehle eine einzelne Aufgabe steuern, verbinden Sie diese extern parallel, bevor Sie sie mit einem einzelnen Eingabepunkt verknüpfen.
Nutzen Sie interne Softkomponenten der SPS und Zwischenzustände, um die Programmkontinuität zu verbessern und die Entwicklung zu vereinfachen. Dies reduziert auch die Hardwarekosten.
Entwerfen Sie nach Möglichkeit jeden Ausgang unabhängig, um die Steuerung, Inspektion und den Schutz anderer Schaltkreise zu erleichtern.
Implementieren Sie für Ausgänge, die Vorwärts- und Rückwärtslasten steuern, eine Verriegelung sowohl im SPS-Programm als auch extern, um bidirektionale Lastbewegungen zu verhindern.
Verwenden Sie bei Notstopps aus Sicherheitsgründen einen externen Schalter, um die Stromversorgung zu unterbrechen.
10. Sonstige Vorsichtsmaßnahmen
Um Schäden zu vermeiden, schließen Sie niemals Wechselstromleitungen an die SPS-Eingangsklemmen an.
Erdungsklemmen sollten unabhängig geerdet und nicht in Reihe mit anderen Geräten geschaltet werden. Verwenden Sie ein Erdungskabel mit einem Querschnitt von mindestens 2 mm².
Hilfsstromversorgungen haben eine begrenzte Kapazität und sollten nur Geräte mit geringem Stromverbrauch wie fotoelektrische Sensoren versorgen.
Schließen Sie keine Drähte an unbenutzte SPS-Adressklemmen an.
Wenn im SPS-Ausgangskreis keine Schutzvorrichtungen installiert sind, schließen Sie Sicherungen oder andere Schutzelemente in den externen Stromkreis ein, um zu verhindern, dass Lastkurzschlüsse das System beschädigen.