Die Siemens S7-Familie von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) ist in der Automatisierungsindustrie weit verbreitet. Eine effektive Fehlersuche ist entscheidend, um Ausfallzeiten zu minimieren und die Produktivität zu gewährleisten. Dieser Artikel bietet einen umfassenden Überblick über die Fehlersuche bei Siemens S7 SPS-Systemen, von grundlegenden Diagnosemethoden bis hin zu fortgeschrittenen Techniken.
Umfassende Tabelle zur S7 Fehlersuche
| Bereich | Thema | Beschreibung |
|---|---|---|
| Grundlagen | SPS-Status | Anzeige des aktuellen Betriebszustands der SPS (RUN, STOP, STARTUP, etc.). Wichtig für die erste Diagnose. |
| Diagnosepuffer | Protokollierung von Ereignissen, Fehlern und Warnungen. Ermöglicht die Rückverfolgung von Problemen. | |
| Hardware-Konfiguration | Überprüfung der korrekten Konfiguration von Modulen und Schnittstellen. Falsche Konfiguration führt zu Fehlfunktionen. | |
| Kommunikationsfehler | Probleme bei der Kommunikation zwischen SPS und Peripherie (z.B. ET200S, ET200M) oder HMI. Beeinträchtigt die Funktionalität des Systems. | |
| Software | Programmfehler | Logische Fehler im SPS-Programm (z.B. falsche Verknüpfungen, ungültige Werte). Führt zu unerwartetem Verhalten. |
| Zykluszeitüberwachung | Überwachung der Ausführungszeit des SPS-Programms. Überschreitung der Zykluszeit kann zu Problemen führen. | |
| Konsistenzprüfung | Überprüfung der Konsistenz zwischen Hardware-Konfiguration und SPS-Programm. Inkonsistenzen verursachen Fehler. | |
| Datenbaustein-Inhalte | Überprüfung der Werte in Datenbausteinen. Falsche Werte können Ursache für Fehler sein. | |
| Hardware | Moduldefekte | Ausfall oder Fehlfunktion einzelner Module (z.B. Eingangs-, Ausgangsmodule). Direkte Auswirkung auf die Funktionalität. |
| Spannungsversorgung | Überprüfung der korrekten Spannungsversorgung der SPS und Peripherie. Unterspannung oder Überspannung führt zu Fehlfunktionen. | |
| Verkabelung | Überprüfung der korrekten Verkabelung von Sensoren, Aktoren und Kommunikationsleitungen. Falsche Verkabelung ist eine häufige Fehlerursache. | |
| Erdung | Sicherstellung einer korrekten Erdung des Systems. Mangelhafte Erdung kann zu Störungen führen. | |
| Kommunikation | PROFINET/PROFIBUS-Diagnose | Diagnose von Problemen in PROFINET- oder PROFIBUS-Netzwerken. Beinhaltet die Überprüfung der Buskonfiguration, Adressen und Datenübertragung. |
| HMI-Kommunikation | Überprüfung der Kommunikation zwischen SPS und Human-Machine Interface (HMI). Probleme in der Kommunikation verhindern die Anzeige und Steuerung. | |
| OPC UA Kommunikation | Diagnose von Problemen bei der Kommunikation über OPC UA. Wichtig für die Integration in übergeordnete Systeme. | |
| Tools & Methoden | STEP 7/TIA Portal Diagnose | Verwendung der Diagnosefunktionen in STEP 7 oder TIA Portal. Ermöglicht detaillierte Fehleranalyse und Überwachung. |
| Online-Überwachung | Beobachtung von Variablen und Programmabläufen in Echtzeit. Hilfreich zur Identifizierung von Fehlern im laufenden Betrieb. | |
| Tracing | Aufzeichnung von Variablenwerten über die Zeit. Ermöglicht die Analyse von dynamischen Prozessen und die Identifizierung von zeitabhängigen Fehlern. | |
| Oszilloskop | Verwendung eines Oszilloskops zur Analyse von analogen Signalen. Hilfreich zur Identifizierung von Signalproblemen wie Rauschen oder Verzerrungen. | |
| Spezifische Fehler | Watchdog-Timer-Fehler | Fehler, der auftritt, wenn das SPS-Programm zu lange dauert, um einen Zyklus zu beenden. Indiziert auf ein Problem mit der Zykluszeit oder ein blockierendes Programm. |
| Speicherfehler | Fehler aufgrund von Speicherproblemen (z.B. Speicherüberlauf, Datenverlust). Kann zu unvorhersehbarem Verhalten führen. | |
| Peripherie-Fehler | Fehler, die von Peripheriegeräten gemeldet werden (z.B. Sensorfehler, Aktorfehler). Erfordert die Überprüfung der entsprechenden Geräte. | |
| Best Practices | Systematische Fehlersuche | Verwendung eines strukturierten Ansatzes zur Fehlersuche. Reduziert die Zeit, die für die Problemlösung benötigt wird. |
| Dokumentation | Erstellung einer detaillierten Dokumentation des SPS-Programms und der Hardware-Konfiguration. Erleichtert die Fehlersuche und Wartung. | |
| Regelmäßige Wartung | Durchführung regelmäßiger Wartungsarbeiten, um potenzielle Probleme frühzeitig zu erkennen und zu beheben. Erhöht die Zuverlässigkeit des Systems. |
Detaillierte Erklärungen
SPS-Status
Der SPS-Status gibt den aktuellen Betriebszustand der Steuerung an. Typische Zustände sind RUN (SPS führt das Programm aus), STOP (SPS ist gestoppt), STARTUP (SPS befindet sich im Hochlauf) und FAULT (SPS hat einen Fehler festgestellt). Die Überprüfung des SPS-Status ist der erste Schritt bei der Fehlersuche, da er Aufschluss darüber gibt, ob die SPS überhaupt in der Lage ist, das Programm auszuführen.
Diagnosepuffer
Der Diagnosepuffer ist ein Speicherbereich in der SPS, in dem Ereignisse, Fehler und Warnungen protokolliert werden. Er ist ein wertvolles Werkzeug zur Fehlersuche, da er Informationen über den Zeitpunkt und die Ursache von Problemen liefert. Der Diagnosepuffer kann über STEP 7 oder TIA Portal ausgelesen werden. Die Einträge im Diagnosepuffer enthalten oft detaillierte Informationen über die Art des Fehlers und mögliche Ursachen.
Hardware-Konfiguration
Die Hardware-Konfiguration beschreibt die Zusammensetzung des SPS-Systems, einschließlich der verwendeten Module, Schnittstellen und Adressen. Eine korrekte Hardware-Konfiguration ist entscheidend für den reibungslosen Betrieb des Systems. Fehler in der Hardware-Konfiguration, z.B. falsche Modulzuordnungen oder Adresskonflikte, können zu Fehlfunktionen führen. Die Hardware-Konfiguration wird mit STEP 7 oder TIA Portal erstellt und in die SPS geladen.
Kommunikationsfehler
Kommunikationsfehler treten auf, wenn die SPS nicht in der Lage ist, mit anderen Geräten zu kommunizieren, z.B. mit Peripheriemodulen (ET200S, ET200M), HMI-Panels oder anderen SPSen. Die Ursachen für Kommunikationsfehler können vielfältig sein, z.B. fehlerhafte Verkabelung, falsche Adressen, defekte Module oder Probleme im Netzwerk. Die Diagnose von Kommunikationsfehlern erfordert oft die Verwendung von Diagnosewerkzeugen wie Busmonitoren oder Netzwerk-Analysatoren.
Programmfehler
Programmfehler sind logische Fehler im SPS-Programm, die zu unerwartetem Verhalten führen. Typische Programmfehler sind z.B. falsche Verknüpfungen, ungültige Werte, Endlosschleifen oder Divisionen durch Null. Die Fehlersuche in SPS-Programmen erfordert ein gutes Verständnis der Programmstruktur und der verwendeten Befehle. STEP 7 und TIA Portal bieten verschiedene Werkzeuge zur Fehlersuche, z.B. Online-Überwachung, Tracing und Breakpoints.
Zykluszeitüberwachung
Die Zykluszeit ist die Zeit, die die SPS benötigt, um einen kompletten Zyklus des Programms auszuführen. Die Zykluszeitüberwachung überwacht die Ausführungszeit des SPS-Programms und löst eine Warnung oder einen Fehler aus, wenn die Zykluszeit einen vordefinierten Grenzwert überschreitet. Eine zu hohe Zykluszeit kann zu Problemen führen, z.B. zu langsamen Reaktionen auf Ereignisse oder zu Datenverlust. Die Ursachen für eine hohe Zykluszeit können vielfältig sein, z.B. komplexe Berechnungen, lange Wartezeiten oder Kommunikationsprobleme.
Konsistenzprüfung
Die Konsistenzprüfung vergleicht die Hardware-Konfiguration mit dem SPS-Programm und stellt sicher, dass beide konsistent sind. Inkonsistenzen können auftreten, wenn z.B. ein Modul in der Hardware-Konfiguration vorhanden ist, aber nicht im SPS-Programm verwendet wird, oder umgekehrt. Inkonsistenzen können zu Fehlfunktionen führen und sollten daher behoben werden. STEP 7 und TIA Portal bieten Funktionen zur automatischen Konsistenzprüfung.
Datenbaustein-Inhalte
Datenbausteine (DBs) sind Speicherbereiche in der SPS, in denen Daten gespeichert werden. Die Überprüfung der Werte in Datenbausteinen kann helfen, Fehler zu identifizieren. Falsche Werte können z.B. auf Programmierfehler, Kommunikationsprobleme oder Hardwaredefekte hindeuten. Die Datenbaustein-Inhalte können über STEP 7 oder TIA Portal online überwacht und geändert werden.
Moduldefekte
Moduldefekte sind Ausfälle oder Fehlfunktionen einzelner Module (z.B. Eingangs-, Ausgangsmodule, CPU). Moduldefekte können zu direkten Ausfällen von Funktionen führen. Die Diagnose von Moduldefekten kann durch Überprüfung der Statusanzeigen der Module, durch Austausch der Module oder durch Messungen mit einem Multimeter erfolgen.
Spannungsversorgung
Eine korrekte Spannungsversorgung ist essentiell für den Betrieb der SPS und der Peripherie. Unterspannung oder Überspannung kann zu Fehlfunktionen oder sogar zu Schäden an den Geräten führen. Die Spannungsversorgung sollte regelmäßig überprüft werden, z.B. mit einem Multimeter.
Verkabelung
Eine fehlerhafte Verkabelung ist eine häufige Ursache für Probleme in SPS-Systemen. Die Verkabelung von Sensoren, Aktoren und Kommunikationsleitungen sollte sorgfältig geprüft werden, um Kurzschlüsse, Unterbrechungen oder falsche Verbindungen auszuschließen.
Erdung
Eine korrekte Erdung ist wichtig, um Störungen zu vermeiden und die Sicherheit des Systems zu gewährleisten. Mangelhafte Erdung kann zu Problemen wie Rauschen, Fehlfunktionen oder sogar zu elektrischen Schlägen führen. Die Erdung sollte regelmäßig überprüft werden.
PROFINET/PROFIBUS-Diagnose
PROFINET und PROFIBUS sind Kommunikationsprotokolle, die in der Automatisierungstechnik weit verbreitet sind. Die Diagnose von Problemen in PROFINET- oder PROFIBUS-Netzwerken erfordert spezielle Werkzeuge und Kenntnisse. Die Diagnose umfasst die Überprüfung der Buskonfiguration, Adressen, Datenübertragung und Signalqualität.
HMI-Kommunikation
Die Kommunikation zwischen SPS und Human-Machine Interface (HMI) ist wichtig für die Anzeige und Steuerung des Prozesses. Probleme in der Kommunikation können dazu führen, dass Daten nicht korrekt angezeigt werden oder dass Befehle nicht ausgeführt werden. Die Diagnose der HMI-Kommunikation umfasst die Überprüfung der Verbindungseinstellungen, Adressen und Datenformate.
OPC UA Kommunikation
OPC UA ist ein Kommunikationsprotokoll, das für die Integration von SPS-Systemen in übergeordnete Systeme verwendet wird. Die Diagnose von Problemen bei der Kommunikation über OPC UA erfordert spezielle Werkzeuge und Kenntnisse. Die Diagnose umfasst die Überprüfung der Verbindungseinstellungen, Zertifikate und Datenformate.
STEP 7/TIA Portal Diagnose
STEP 7 und TIA Portal sind die Programmiersoftwares für Siemens S7 SPS-Systeme. Sie bieten umfangreiche Diagnosefunktionen, die zur Fehlersuche verwendet werden können. Die Diagnosefunktionen umfassen z.B. die Anzeige des SPS-Status, das Auslesen des Diagnosepuffers, die Online-Überwachung von Variablen und die Durchführung von Tracing.
Online-Überwachung
Die Online-Überwachung ermöglicht die Beobachtung von Variablen und Programmabläufen in Echtzeit. Dies ist hilfreich zur Identifizierung von Fehlern im laufenden Betrieb. Die Online-Überwachung kann über STEP 7 oder TIA Portal erfolgen.
Tracing
Tracing ist eine Funktion, die es ermöglicht, Variablenwerte über die Zeit aufzuzeichnen. Dies ist hilfreich zur Analyse von dynamischen Prozessen und zur Identifizierung von zeitabhängigen Fehlern. Das Tracing kann über STEP 7 oder TIA Portal konfiguriert und gestartet werden.
Oszilloskop
Ein Oszilloskop ist ein Messgerät, das zur Analyse von analogen Signalen verwendet wird. Es kann hilfreich sein, Signalprobleme wie Rauschen oder Verzerrungen zu identifizieren. Ein Oszilloskop kann z.B. verwendet werden, um die Signalqualität von Sensoren oder Kommunikationsleitungen zu überprüfen.
Watchdog-Timer-Fehler
Ein Watchdog-Timer-Fehler tritt auf, wenn das SPS-Programm zu lange dauert, um einen Zyklus zu beenden. Dies kann auf ein Problem mit der Zykluszeit oder ein blockierendes Programm hindeuten. Die Ursache für den Watchdog-Timer-Fehler sollte untersucht und behoben werden.
Speicherfehler
Speicherfehler können aufgrund von Speicherüberlauf oder Datenverlust auftreten. Sie können zu unvorhersehbarem Verhalten der SPS führen. Die Diagnose von Speicherfehlern kann schwierig sein und erfordert oft spezielle Werkzeuge und Kenntnisse.
Peripherie-Fehler
Peripherie-Fehler werden von Peripheriegeräten (z.B. Sensoren, Aktoren) gemeldet. Sie erfordern die Überprüfung der entsprechenden Geräte. Die Diagnose von Peripherie-Fehlern umfasst die Überprüfung der Verkabelung, der Spannungsversorgung und der Funktion der Geräte.
Systematische Fehlersuche
Eine systematische Fehlersuche ist ein strukturierter Ansatz zur Fehlersuche, der die Zeit, die für die Problemlösung benötigt wird, reduziert. Der Ansatz umfasst typischerweise die folgenden Schritte:
- Problembeschreibung: Beschreiben Sie das Problem so genau wie möglich.
- Informationssammlung: Sammeln Sie alle verfügbaren Informationen über das Problem, z.B. Fehlermeldungen, Diagnosepuffer-Einträge, SPS-Status.
- Hypothesenbildung: Stellen Sie Hypothesen über die mögliche Ursache des Problems auf.
- Testen der Hypothesen: Testen Sie die Hypothesen, indem Sie z.B. Variablen überwachen, Module austauschen oder Verkabelungen überprüfen.
- Problemlösung: Beheben Sie das Problem, sobald die Ursache identifiziert wurde.
- Dokumentation: Dokumentieren Sie das Problem und die Lösung, um zukünftige Probleme zu vermeiden.
Dokumentation
Eine detaillierte Dokumentation des SPS-Programms und der Hardware-Konfiguration erleichtert die Fehlersuche und Wartung. Die Dokumentation sollte Informationen über die Funktion des Programms, die verwendeten Variablen, die Hardware-Konfiguration und die Verkabelung enthalten.
Regelmäßige Wartung
Regelmäßige Wartungsarbeiten helfen, potenzielle Probleme frühzeitig zu erkennen und zu beheben. Die Wartungsarbeiten sollten z.B. die Überprüfung der Spannungsversorgung, der Verkabelung, der Erdung und der Lüfter umfassen.
Häufig gestellte Fragen
- Wie lese ich den Diagnosepuffer aus? Der Diagnosepuffer kann über STEP 7 oder TIA Portal ausgelesen werden. Die Software bietet eine Funktion zur Anzeige des Diagnosepuffers.
- Was bedeutet der SPS-Status "STOP"? Der SPS-Status "STOP" bedeutet, dass die SPS gestoppt ist und das Programm nicht ausführt. Dies kann durch einen Fehler, einen manuellen Stopp oder eine fehlende Spannungsversorgung verursacht werden.
- Wie kann ich die Zykluszeit überwachen? Die Zykluszeit kann über STEP 7 oder TIA Portal überwacht werden. Die Software bietet eine Funktion zur Anzeige der aktuellen Zykluszeit.
- Was tun, wenn ein Modul defekt ist? Ein defektes Modul sollte ausgetauscht werden. Vor dem Austausch sollte jedoch sichergestellt werden, dass das Modul tatsächlich defekt ist und dass die Ursache des Defekts behoben wurde.
- Wie überprüfe ich die Verkabelung? Die Verkabelung kann mit einem Multimeter oder einem Kabeltester überprüft werden. Es sollte auf Kurzschlüsse, Unterbrechungen und falsche Verbindungen geprüft werden.
- Was ist ein Watchdog-Timer? Ein Watchdog-Timer ist eine Überwachungsfunktion, die sicherstellt, dass das SPS-Programm regelmäßig ausgeführt wird. Wenn das Programm zu lange dauert, um einen Zyklus zu beenden, löst der Watchdog-Timer einen Fehler aus.
- Wie behebe ich einen Kommunikationsfehler? Die Behebung eines Kommunikationsfehlers erfordert die Identifizierung der Ursache des Fehlers. Mögliche Ursachen sind fehlerhafte Verkabelung, falsche Adressen, defekte Module oder Probleme im Netzwerk.
- Wo finde ich die Hardware-Konfiguration? Die Hardware-Konfiguration wird mit STEP 7 oder TIA Portal erstellt und in die SPS geladen. Die aktuelle Hardware-Konfiguration kann über die Software angezeigt werden.
- Wie kann ich ein SPS-Programm online überwachen? Ein SPS-Programm kann über STEP 7 oder TIA Portal online überwacht werden. Die Software bietet eine Funktion zur Online-Überwachung von Variablen und Programmabläufen.
Fazit
Die Fehlersuche bei Siemens S7 SPS-Systemen erfordert ein systematisches Vorgehen und ein gutes Verständnis der Hardware und Software. Die Verwendung der Diagnosefunktionen von STEP 7 oder TIA Portal, die Überprüfung der Hardware-Konfiguration und die Analyse des Diagnosepuffers sind wichtige Schritte bei der Fehlersuche. Eine detaillierte Dokumentation und regelmäßige Wartung können helfen, Probleme frühzeitig zu erkennen und zu beheben.