SPS-Befehlsfehler: Ein Leitfaden zur Fehlerbehebung

Dennoch, wenn ein SPS Wenn die Steuerung fehlerhaft ist, kann die gesamte Fertigungslinie zum Stillstand kommen, was zu unkalkulierbaren Verlusten führt. Dieser kurze Artikel bietet eine umfassende Analyse des Aufbaus von SPS-Steuerungen, untersucht systematisch die Ursachen von Steuerungsfehlern und stellt eine Reihe effektiver Methoden zur Fehlersuche und -behebung vor.

I. Das SPS-Befehlssystem: Der Eckpfeiler der Automatisierungssteuerung

Bevor man sich mit Fehlern befasst, ist es unerlässlich, zunächst die Funktionsweise von SPS-Richtlinien zu verstehen. Ein SPS-Befehl ist eine Sammlung von Befehlen, die im Speicher der SPS vordefiniert sind und ihr Anweisungen geben, wie sie auf Eingangssignale reagiert und die Ausgabegeräte steuert. Ein vollständiger und aussagekräftiger Befehlssatz ist ein wichtiges Kriterium für die Beurteilung der SPS-Leistung.

1.1 Grundlegende Komponenten von SPS-Anweisungen

Jeder SPS-Befehl besteht aus mehreren Kernkomponenten, die harmonisch zusammenarbeiten, um eine spezifische Steuerlogik zu erreichen:

FunktionscodeDies ist der Kern der Richtlinie und definiert die Art der durchzuführenden Operation, z. B. 'LD' (Laden), 'AND' (Logisches UND), 'OR' (Logisches ODER) und 'OUT' (Ausgabe).

OperandDas Ziel der Richtlinienwirkung, das ein physischer Ein-/Ausgangsport, ein internes Register, ein Timer oder ein Zähler sein kann. Übliche Operanden sind:

• 'I': Eingabe
• 'Q' (oder 'O'): Ausgabe
• 'M': Interner Speicher (Speicher).
• 'T': Timer.
• 'C': Zähler.
• 'D' (oder 'DB'): Datenregister/Datenblock.

Adresse/DatenWird verwendet, um die genaue Position des Operanden zu bestimmen oder die für die Ausführung des Befehls erforderlichen Parameter anzugeben. Beispielsweise bezieht sich I0.0 auf den Nullpunkt des ersten Eingangsmoduls. Daten können eine Konstante oder eine in einem Datenregister gespeicherte Variable sein.

AusführungsbedingungDie Voraussetzung für die Ausführung des Befehls. In der Kontaktplanlogik wird dies typischerweise durch eine Reihe von in Reihe oder parallel geschalteten Kontakten dargestellt. Der Befehl wird nur ausgeführt, wenn diese Bedingungen erfüllt sind.

Ende der Anweisung: Markiert das Ende eines Programmsegments oder des gesamten Programmzyklus, wie z. B. die 'END'-Richtung.

1.2 Vergleich der Unterrichtsarten und Anwendungsszenarien

Um die Funktion verschiedener Befehle besser zu verstehen, bietet die folgende Tabelle eine vergleichende Analyse zahlreicher grundlegender Logikbefehle:

Das Verständnis der Struktur und Funktion dieser grundlegenden Anweisungen ist der erste Schritt zur Diagnose und Behebung von Anweisungsfehlern.

II. Die vier Hauptursachen für das Versagen von SPS-Befehlen

Wenn ein SPS-Befehl nicht mehr wie erwartet funktioniert, kann dies verschiedene Ursachen haben. Wir kategorisieren diese möglichen Ursachen in vier Hauptgruppen und untersuchen ihre Wahrscheinlichkeit und ihren Einfluss.

2.1 Stromausfall

Die Stromversorgung ist die unerlässliche Voraussetzung für den zuverlässigen Betrieb einer SPS-Anlage. Stromausfälle zählen zu den häufigsten Ursachen für SPS-Abschaltungen. Typischerweise äußert sich ein solcher Ausfall durch einen vollständigen Stillstand der SPS-Programmierung, wobei alle Kontrollleuchten erlöschen.

Ursachenanalyse

• Instabile externe StromversorgungNetzspannungsschwankungen, Überspannungen und Oberschwingungsstörungen können die sich ändernde Stromversorgung der SPS beeinflussen.
• Probleme mit der LeitungsverbindungLose Stromkabel, schlechter Kontakt oder unsachgemäße Erdung können zu Stromausfällen oder Störungen führen.
• Beschädigung des NetzteilmodulsDie eigene Stromversorgungskomponente der SPS kann aufgrund von Überlastung, Kurzschlüssen oder Verschleißerscheinungen der Bauteile nicht ausreichen.

Laut Informationen zur Instandhaltung von kommerziellen Automatisierungsanlagen, etwa 20% -30% Ausfälle des SPS-Systems stehen in direktem Zusammenhang mit Problemen der Stromversorgung.

2.2 Kommunikationsfehler

Moderne SPS-Systeme laufen fast nie allein. Sie tauschen Daten mit verschiedenen anderen SPSen aus. Bediengeräte (Mensch-Maschine-Schnittstellen), fährt, Und Sensoren über kommerzielle Netzwerke wie Ethernet, Profibus und Modbus. Eine Unterbrechung der Kommunikationsverbindung kann dazu führen, dass die erforderlichen Daten die SPS nicht erreichen oder Steuerbefehle nicht gesendet werden.

Ursachenanalyse

• Probleme mit der physischen VerbindungBeschädigte Kommunikationskabel, lockere Adapter und unzureichende Schutzleiter sind häufige Ursachen.
• Falsche Netzwerkkonfiguration: IP-Adresskonflikte, fehlerhafte Subnetzmaskeneinstellungen oder Fehler bei der Baudrate- oder Terminalnummerneinstellung können die Interaktion unterbrechen.
• KommunikationsprotokollkonfliktInkonsistenzen im Kommunikationsverfahren oder im Datenlayout zwischen Master- und Slave-Geräten.
• Elektromagnetische Interferenz (EMI)Starke elektromagnetische Felder können Kommunikationssignale stören und so zu Informationsverlusten oder Fehlern führen.

In einer Fertigungsanlage kam es in einer Produktionslinie häufig zu Stillständen. Die Untersuchung ergab, dass die Abschirmung eines Profinet-Kommunikationskabels von einer Ratte durchfressen worden war. Dies führte zu wiederholten Kommunikationsstörungen zwischen der SPS und einem verteilten E/A-Modul, was wiederum eine Reihe von Ausfällen zur Folge hatte.

2.3 Programmfehler

Programmierfehler stellen eine weitere häufige Fehlerkategorie dar, insbesondere bei der Einrichtung neuer Projekte oder der Modifizierung alter Systeme. Diese Fehler können subtil sein; die SPS selbst läuft möglicherweise weiter, doch das Systemverhalten entspricht nicht den Erwartungen.

Ursachenanalyse

• Logische FehlerDie Programmlogik ist nicht ausreichend streng und deckt nicht alle möglichen Betriebszustände ab, was unter bestimmten Bedingungen zu einer fehlerhaften Programmausführung führt. Beispielsweise kann eine notwendige Verriegelungsbedingung fehlen.
• Unsachgemäße Verwendung der Anweisungen: Falsche Kriterienkonfigurationen für komplizierte Richtlinien oder Aufruf bestimmter Feature-Blöcke zu unpassenden Zeitpunkten.
• Datenüberlauf oder TypenkonfliktBei mathematischen Verfahren oder der Informationsverarbeitung übersteigt das Ergebnis die Speicherkapazität des Registers, oder die Informationsarten sind inkompatibel.
• Programmscan-Probleme: Ein Programmsegment wird unbeabsichtigt übersprungen (z. B. nach einer JUMP-Anweisung eingefügt), oder wichtige Schlussfolgerungen werden in einem Interrupt-Service-Regime platziert, was zu chaotischem Ausführungszeitpunkt führt.

Die Verwendung eines modularen Programmieransatzes, bei dem komplexe Programme in unabhängige Funktionsblöcke unterteilt werden, trägt dazu bei, Fehler zu reduzieren und die zukünftige Wartung zu vereinfachen. Darüber hinaus ermöglicht die umfassende Nutzung von SPS-Simulationssoftware für die Offline-Prüfung die Erkennung der meisten potenziellen Probleme, bevor das Programm auf die Hardware geladen wird.

2.4 Ausrüstung und Umweltaspekte

Als industrietauglicher Computer ist die Ausrüstung einer SPS deutlich zuverlässiger als die eines herkömmlichen Computers. In rauen Industrieumgebungen sind Hardwareausfälle jedoch nach wie vor unvermeidbar.

Ursachenanalyse

• Fehler des E/A-Moduls: Durch einen Kurzschluss an einer Eingangskomponente oder einem beschädigten Relais/Transistor an einem Ergebnismodul können Signale nicht korrekt gelesen oder gesendet werden.
• CPU-Modul-FehlerDie Haupteinheit kann aufgrund von Überhitzung, dauerhafter Stromversorgung oder Alterung der inneren Komponenten ausfallen, was oft einen fatalen Fehler darstellt.
• SpeicherausfallBeschädigungen der Speicherchips, die das Programm oder die Daten speichern, können zu Programmverlust oder Datenbeschädigung führen.
• UmweltfaktorenÜbermäßige Temperatur, Feuchtigkeit, Schmutz oder korrosive Gase können die Alterung der Hardware beschleunigen und sogar direkt Kurzschlüsse oder Fehlverbindungen verursachen.

Die folgende Tabelle fasst die Merkmale der 4 wichtigsten Fehlerkategorien und die erforderlichen Maßnahmen zur Behebung zusammen:

III. Effiziente Fehlersuche und Problemlösung: Ein systematischer Ansatz

Wenn eine SPS-Steuerung ausfällt, führt wahlloses Fehlersuchen nur zu Zeitverschwendung. Die Anwendung eines systematischen Vorgehens kann deutlich zuverlässigere Ergebnisse liefern.

3.1 Schritt 1: Informationssammlung und vorläufige Diagnose

1. SPS-Statusanzeigen beobachten:

• 'PWR' (Power) Leuchte: Ein dauerhaft grünes Licht zeigt an, dass die Stromversorgung normal funktioniert.
• 'RUN'-Leuchte: Ein dauerhaft oder blinkend grünes Licht zeigt an, dass sich die CPU im Betriebsmodus befindet.
• 'ERR' (Error) oder 'FAULT'-Leuchte: Eine dauerhaft leuchtende oder blinkende rote Leuchte signalisiert einen CPU- oder Programmfehler.
• 'I/O-Leuchten: Prüfen Sie, ob der Status der Kontrollleuchten für die entsprechenden Eingangs- und Ausgangspunkte mit den tatsächlichen Signalen übereinstimmt.

2. HMI-Alarmmeldungen prüfenDie Mensch-Maschine-Schnittstelle bietet üblicherweise eine der direktesten Zusammenfassungen von Fehlern, wie zum Beispiel „Motor XX konnte nicht starten“ oder „Kommunikation mit dem Antrieb unterbrochen“.

3. Erkundigen Sie sich bei den Mitarbeitern vor Ort.: Verstehen Sie die Situation vor und nach dem Auftreten des Fehlers. Fragen Sie, welche Vorgänge durchgeführt wurden und ob dabei ungewöhnliche Geräteaktionen oder Geräusche aufgefallen sind.

3.2 Schritt 2: Systematische Untersuchung

Auf Grundlage der vorläufigen Diagnose sollte man sich an das Prinzip „Äußeres vor Inneres, Hardware vor Softwareanwendung“ halten, um eine schrittweise Untersuchung durchzuführen.

Ablaufdiagramm zur Fehlerbehebung 

3.3 Maßnahme 3: Tiefgehende Analyse und Problemlösung mithilfe von Werkzeugen

1. Online-Überwachung mit ProgrammiersoftwareDies ist das optimale Werkzeug zur Diagnose von Programmfehlern. Dank Online-Überwachung können Sie den Ausführungsstatus des Programmablaufs und die Wertänderungen der Variablen in Echtzeit verfolgen, um das Problem schnell zu identifizieren.
2. Diagnostischer PufferWenn die SPS einen internen Fehler erkennt, speichert sie detaillierte Fehlerinformationen (wie Fehlerart, Zeitpunkt des Ereignisses und betroffene Komponente) im Diagnosepuffer. Das Auslesen dieser Details mit einer Programmiersoftware ist entscheidend für die Behebung von Geräteausfällen und Systemfehlern.
3. Multimeter und OszilloskopBei Hardwareproblemen ist ein Multimeter das wichtigste Werkzeug zur Überprüfung der Versorgungsspannung und des Ein-/Aus-Status von Ein-/Ausgangssignalen. Bei der Behebung von Hochgeschwindigkeitssignalen oder Kommunikationsstörungen bietet ein Oszilloskop eine zusätzliche, präzise Analysemöglichkeit.