Langzeitaufzeichnung von Signalen klärt SPS-Anlagenstörungen auf

Autor / Redakteur: Michael Postelt / Reinhard Kluger

Eine Langzeitaufzeichnung von SPS-Signalen ist in vielerlei Hinsicht nicht nur sinnvoll, sondern oft zwingend geboten. Neben dem Aufspüren sporadischer Fehler lassen sich anhand der archivierten Messdaten auch andere entscheidende Fragen klären.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Getriebeschaden an einer Presse! Fehlerhafte Charge in der Kosmetikherstellung! Eine Abfüllanlage produziert massenhaft Ausschuss! Wer trägt die Schuld? Wer muss für den entstandenen Schaden aufkommen? Eine hohe Verfügbarkeit und Produktivität von Maschinen und Anlagen ist jedoch nur dann gewährleistet, wenn sich Fehler schnell erkennen lassen, um sie ebenso schnell beheben zu können. Dem Servicepersonal fehlt in der Regel eine entscheidende Information: Der konkrete zeitliche Signalverlauf der SPS-Signale. Gut, wenn man jetzt in der Datenhistorie den Blick zurück werfen kann. Nur mit dieser Information lässt sich die Ursache komplexer Logikfehler oder das Auftreten sporadisch auftretender Fehler analysieren.

Eine Funktion, die auch dem Fertigungsplaner hilft. Benötigt dieser doch eine genaue Übersicht über die zeitliche Abfolge von Funktionen in seiner Anlage, um z. B. unnötige Totzeiten in der Maschine erkennen und eliminieren zu können. Weil der Zeitdruck bei der Produktion in der Regel zum Fehlerquittieren und schnellen Weiterfahren zwingt, können z. B. sporadische Fehler nur effizient gefunden werden, wenn auch wirklich „ALLE“ Signale der SPS in ihrem zeitlichen Verlauf aufgezeichnet und jederzeit dargestellt werden können.

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Oft wird mit Programmiertricks versucht, derartige Problemstellungen in den Griff zu bekommen. Hierzu muss man aber das bestehende SPS-Programm ändern, was wiederum eine Fehlerquelle darstellt und Zeit kostet. Auch Linienschreiber oder herkömmliche Logikanalysatoren aus der Elektronikentwicklung sind unzureichend. Diverse Messleitungen müssen hier erst umständlich an die Anlage angeschlossen werden, um die gewünschten Signale erfassen zu können. Auch diese bieten also keinen speziellen Komfort zum Erfassen von SPS-Signalen. Die Aufzeichnung ist beschränkt auf Ein- und Ausgänge der SPS. Interne Variablen, wie z. B. Merker, Datenbausteine, Zähler und Timer können von außen nicht analysiert werden.

„Klassische“ Lösungen haben ausgedient

Moderne SPS-Programmiersoftware bieten dem Anwender zwar Unterstützung bei der Fehlerdiagnose mit Hilfe von Statusanzeigen, der Anwender kann hier aber in der Regel nicht erkennen, welche Störursache einen Stillstand verursacht hat, da sich inzwischen andere Anlagenzustände eingestellt haben können. Darüber hinaus ist es vielen Anwendern nicht möglich, ihre Programmiergeräte bzw. Notebooks mehrere Wochen − oder sogar Monate − unbeaufsichtigt an der Anlage zu lassen.

Mit dem Software-Logikanalysator SPS-Analyzer pro bietet AUTEM eine leicht zu bedienende Lösung, SPS-Signale während des laufenden Betriebes einer Anlage zu erfassen. Der Analyzer pro lässt sich in der Regel auf einem PC/PG installieren und bei Bedarf vor Ort an der Anlage einsetzen.

Ein robustes Aluminiumgehäuse schützt das komplette Rechnersystem. (Archiv: Vogel Business Media)

In der Praxis jedoch müssen die Signale oft über sehr lange Zeiträume (mehrere Monate) lückenlos protokolliert werden, bis der gesuchte Fehler eintritt. Dafür ist ein spezieller Erfassungsrechner vonnöten, der wochenlang oder möglicherweise dauerhaft unbeaufsichtigt an der Anlage verbleiben kann. Die BLACK-BOX 2 ist ein ultrakompakter Mini-PC, der sich aufgrund der geringen Abmessungen (B × T × H: 195 mm × 268 mm × 80 mm) direkt im Schaltschrank integrieren lässt. Das komplette Rechnersystem ist in einem massiven Aluminiumgehäuse integriert. Ein lüfterloser Betrieb gestattet auch den Einbau in einer raueren Umgebung − z. B. dort, wo Staub und Schmutz den Einsatz eines herkömmlichen Rechners unmöglich machen. Die Datenerfassung erfolgt mit einer Spezialversion vom SPS-Analyzer pro 5, die um einige Sonderfunktionen zur vollkommen autark ablaufenden Langzeitaufzeichnung erweitert wurde. Die Ankopplung an die SPS erfolgt über die jeweilige Programmierschnittstelle oder das Automatisierungsnetzwerk. Die Prozessdaten lassen sich jetzt kontinuierlich über sehr lange Zeiträume lückenlos aufzeichnen und archivieren. Die Aufzeichnungskapazität der eingebauten Festplatte beträgt in der Regel mehr als drei Jahre.

Technisch ist das System so ausgelegt, dass es autark und ohne zusätzliche Peripherie lauffähig ist. Ein integrierter „Watchdog“ stellt sicher, dass das Gerät bei Aufzeichnungsstörungen automatisch rebootet. Der Betriebszustand lässt sich dabei jederzeit von außen über einen potentialfreien Signalisierungskontakt abfragen.

Der Service kommt per Fernzugriff

Nach einem automatischen Reboot versucht das Gerät sofort die Aufzeichnung fortzusetzen. Durch diese zusätzliche Betriebssicherheit wird praktisch eine lückenlose Signalaufzeichnung über sehr lange Zeiträume gewährleistet. Nach Erreichen der Kapazitätsgrenze wird automatisch die jeweils älteste Signaldatei gelöscht, um Platz für eine neue Signaldatei zu schaffen. Das Gerät ist mit allen gängigen PC-Schnittstellen ausgestattet. Es kann beispielsweise direkt mit einer PCI-Steckkarte ausgerüstet werden. Dadurch ist z. B. eine hochperformante Busankopplung mittels CP5611 für MPI/PROFIBUS bei SIMATIC S7 oder PCI-85 für Modbus Plus bei Schneider-Steuerungen gewährleistet. Tastatur, Maus und Monitor sind bei Bedarf direkt anschließbar.

Externe Spannungen sind kein Problem

Eine völlig neue Art der Fernwartung bietet die Remote-Steuerung via Netzwerkverbindung (LAN) von einem beliebigen PC aus. Die hierfür erforderliche Software ist im Lieferumfang enthalten. Eine DFÜ-Wählverbindung (Modem) bzw. Internet (VPN) sind bereits integriert. Der Anwender kann somit jederzeit − auch im laufenden Aufzeichnungsbetrieb − auf die bereits archivierten Daten zugreifen.

Die für die Datenaufzeichung verantwortliche Software SPS-Analyzer pro 5 kann grundsätzlich auch auf jedem handelsüblichen PC oder Programmiergerät unter MS-Windows eingesetzt werden. Die Prozessdaten werden über standardisierte SPS-Schnittstellen bzw. Automatisierungsnetzwerke erfasst, z. B. MPI-Schnittstelle bei SIMATIC S7 oder Ethernet TCP/IP. Ein Programmiergerät oder ein Bedien-PC mit Verbindung zur SPS kann somit unmittelbar genutzt werden.

Weiterhin können mit der PC-Lizenz die aufgezeichneten Daten der Box ausgewertet oder für Dokumentationszwecke aufbereitet werden. Exportfunktionen im CSV- oder HTML-Format ermöglichen die Weiterverarbeitung der Daten mit anderen Programmen (z. B. Excel). Zur Untersuchung der aufgezeichneten Daten verfügt das Programm über umfangreiche Such- und Zeitmessfunktionen. Mittels der Suchfunktionen lassen sich wichtige Triggerereignisse, bestimmte Bitmuster oder besondere Flanken rasch aufspüren. Durch Verändern der Zeitbasis sind Signalverläufe an bestimmten Stellen dehnbar, um auch Details sichtbar zu machen.

Schnittstellen sichern das Ankoppeln an unterschiedliche SPSsen. (Archiv: Vogel Business Media)

In komplexen Produktionsanlagen finden sich häufig SPS-Systeme unterschiedlicher Hersteller, z. B. SIMATIC S5/S7 und Pilz-Sicherheitssteuerung. Eine zeitlich korrekt abgestimmte Arbeitsweise dieser einzelnen Steuerungskomponenten muss dabei für den gesamten Produktionsablauf gewährleistet sein. Der SPS-Analyzer pro 5 erlaubt das gleichzeitige Erfassen von Signalen aus verschiedenen SPS-Steuerungen. Auch die BLACKBOX ist dank der zahlreichen Schnittstellen in der Lage, gleichzeitig Signaldaten aus unterschiedlichen SPS-Steuerungen zu erfassen. Nicht immer sind alle für eine Fehlersuche interessierenden Signale in der SPS vorhanden. Die Lösung bietet ein spezieller Messadapter, die „AD_USB-Box“. Damit kann der SPS-Analyzer pro 5 zusätzlich zu den SPS-Signalen gleichzeitig auch externe Spannungen und Ströme aufzeichnen.

Die Box einfach an einen USB-Anschluss des Erfassungsrechners anschließen. Die Einsatzgebiete für eine Langzeit-Prozessdatenarchivierung mit der BLACKBOX sind vielfältig: Sie ist für Hersteller und Anwender von Anlagen und Maschinen gleichermaßen interessant, da die gewonnenen Daten sowohl zur Fehlerfindung als auch zur Dokumentation von Betriebsverhalten und Lauf der Anlage dienen. Instandhaltung, Konstruktion und Qualitätssicherung erhalten somit wertvolle Informationen über die Anlage. Der Anwender verfügt damit über einen „SPS-Fahrtenschreiber“.

Die Schuldfrage richtig klären

Eine wertvolle Hilfe bietet die BLACKBOX insbesondere zum Aufklären von Schuldfragen bei Anlagenstörungen. Für Maschinen- und Anlagenhersteller ergibt sich oft das Problem, dass Garantieleistungen vom Kunden eingefordert werden, die möglicherweise gar nicht gerechtfertigt sind.

Wenn beispielsweise das Getriebe einer errichteten Presse durch Bedienfehler zerstört wird, lässt sich dies oft nur schwer beweisen. Andererseits müsste auch gefragt werden, ob der Getriebehersteller die Spezifikationen für seine Teile eingehalten hat.

Die aufgezeichneten SPS-Daten sind hier ein unbestechlicher Nachweis und leisten bei der Ursachenforschung wertvolle Unterstützung. Industrie-Versicherer beispielsweise können große Vorteile daraus ziehen, wenn ihr Kunde die BLACKBOX einsetzt. In Streitfragen lässt sich so möglicherweise eher die Nichtschuld des eigenen Klienten beweisen, so dass eine Haftpflicht nicht einspringen muss.

Dipl.-Ing. (FH) Michael Postelt, Vertriebsingenieur, AUTEM Gesellschaft für Automatisierungssoftware in Emden

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