Automatisierungsausfälle werden selten durch einfache Fehler verursacht. Immer häufiger sind sie die Folge von beeinträchtigter Signalqualität und zunehmenden elektromagnetischen Störungen. Die steigende Komplexität von Systemen und Datenübertragungsraten hat zu einem neuen, unsichtbaren Feind geführt: beeinträchtigter Signalqualität und zunehmenden elektromagnetischen Störungen (EMI). Diese Störungen, erzeugt von Wechselrichtern, Schaltnetzteilen und Schützen, beeinträchtigen alles – von der Präzision von Antrieben bis hin zur Stabilität der Kommunikation zwischen SPS und HMI-Panels. Dies führt zu sporadischen, aber schwer zu diagnostizierenden Fehlern, die so schnell verschwinden, wie sie aufgetreten sind, was Frustration und ungeplante Ausfallzeiten zur Folge hat. Um dieser unsichtbaren Bedrohung effektiv zu begegnen, müssen sich Techniker mit Werkzeugen ausstatten, die es ihnen ermöglichen, diese Phänomene sichtbar zu machen. In diesem Artikel stellen wir die wichtigsten Techniken und Messgeräte vor, die für die Stabilität einer modernen, digitalen Anlage unerlässlich sind.
Netzqualitätsmessung und Störquellen
Viele Probleme mit instabiler Automatisierung und digitalen Signalstörungen lassen sich auf die Stromversorgung zurückführen . Ist die Stromversorgung des Schaltschranks instabil und störungsfrei, können auch modernste Filter und Abschirmungen keine Zuverlässigkeit gewährleisten.
Netzqualitätsanalysator
Das wichtigste Werkzeug zur Beurteilung des Zustands eines Netzes ist ein Netzqualitätsanalysator . Dieses Gerät ermöglicht es Technikern, die tatsächlichen Spannungsvorgänge zu erkennen, indem es nicht nur den Effektivwert, sondern auch transiente Ereignisse misst.
Es ist unerlässlich, weil es die Messung folgender Werte ermöglicht:
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Spannungseinbrüche und -anstiege – kurzzeitige, abrupte Spannungsänderungen, die Regler zurücksetzen oder empfindliche Netzteile beschädigen können.
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Die Hauptursache für versteckte Probleme liegt in der Wellenformverzerrung . Geräte wie Wechselrichter und moderne Netzteile verzerren die ideale Sinuswelle des Stromnetzes und führen hochfrequentes Rauschen in die Anlage ein . Dieses Rauschen breitet sich in der gesamten Anlage aus und beeinträchtigt Niederspannungs-Kommunikationsleitungen, beispielsweise in Profinet-Netzwerken. Diese Verzerrung verursacht sporadische, zufällige Kommunikationsfehler , deren Ursache schwer zu ermitteln ist.
Diese Messungen dienen der Überprüfung der Einhaltung von Normen wie EN 50160 , die die zulässige Spannungsqualität definiert. Im Hinblick auf anlagenbedingte Störungen ist die Überprüfung der Einhaltung von IEEE 519 , die die zulässigen Oberwellenverzerrungen regelt, von entscheidender Bedeutung.
Der Analysator ermöglicht es Ihnen, problematische Netzteile, Filter oder Antriebe, die die meisten Störungen im Schaltschrank verursachen, schnell zu identifizieren. Dadurch können Sie gezielte technische Maßnahmen ergreifen.
Digitale Signaldiagnostik
Die Überprüfung des physikalischen Zustands von Kommunikationssignalen ist ein wichtiger Aspekt moderner Wartungsdiagnostik. Es genügt nicht zu wissen, dass eine Nachricht nicht zugestellt wird; man muss auch die Ursache verstehen. Hierfür wird ein digitales Oszilloskop verwendet .
Ein Oszilloskop ist unerlässlich, um Signalverläufe im Zeitbereich zu beobachten . Es ermöglicht die Beurteilung der tatsächlichen Qualität des über Profibus-, Profinet- oder EtherCAT-Netzwerke übertragenen Signals. Ohne Oszilloskop sieht der Techniker lediglich einen Kommunikationsfehler. Mit einem Oszilloskop kann er die Fehlerursache ermitteln .
Bei der Diagnose industrieller Netzwerke wird ein Oszilloskop verwendet, um die Signalform und den Spannungspegel im Zeitbereich zu überprüfen. Signalverzerrungen deuten auf einen defekten Filter oder ein Erdungsproblem hin. Die Messung von Reflexionen ist entscheidend . Ist das Kabel zu lang, beschädigt oder weist es einen fehlerhaften Abschlusswiderstand auf , wird das Signal am Leitungsende reflektiert. Dies ist auf einem Oszilloskop als Überschwingen oder Jitter sichtbar. Signalreflexionen verfälschen die Daten und verursachen sporadische Kommunikationsfehler. Durch Messung der Anstiegs- und Abfallzeiten der Flanken lässt sich feststellen, ob das Kabel oder der Kommunikationsanschluss überlastet oder beschädigt ist.
Man sollte sich vor Augen halten, dass ein Protokollanalysator Datenpakete dekodiert und deren logische Korrektheit prüft. Ein Oszilloskop hingegen verifiziert die physikalische Schicht der Übertragung, also ob der elektrische Impuls, der die Daten transportiert, einwandfrei und sauber ist. Ohne ein sauberes physikalisches Signal kann kein Protokoll ordnungsgemäß funktionieren.
EMI-Störungsort
Ein Oszilloskop ist zwar unerlässlich, um die Signalqualität über einen längeren Zeitraum zu überprüfen, aber nicht optimal geeignet, um Quellen elektromagnetischer Störungen (EMI) in der Luft oder in Gehäusen zu lokalisieren. Hierfür ist eine andere Herangehensweise erforderlich.
Spektrum- und Frequenzanalysator
Ein Spektrumanalysator misst, anders als ein Oszilloskop, das Signal im Frequenzbereich . Dadurch können Techniker die spezifischen Frequenzen, bei denen Störungen im Schaltschrank auftreten, und deren Intensität erkennen. Dies ermöglicht die Identifizierung der jeweiligen Komponente. Störungen, die von einem defekten Schaltnetzteil erzeugt werden, weisen eine andere Frequenzverteilung auf als Störungen, die von einem Motor verursacht werden.
Nahfeldsonden- und EMV-Standards
Das präziseste Werkzeug zur Ortung elektromagnetischer Lecks sind Nahfeldsonden . Dabei handelt es sich um kleine Schleifen- oder elektrische Sonden, die in Kombination mit einem Spektrumanalysator die genaue Lokalisierung des Lecks auf Leiterplatten-, Kabelbaum- oder Gehäuseebene ermöglichen. So kann der Techniker vermeiden, alle Komponenten austauschen zu müssen, und die Störquelle präzise beseitigen, beispielsweise durch verbesserte Erdung oder Abschirmung.
Diese Messungen werden auch in den IEC/EN 61000 -Normen referenziert . Falls das Modul in einer störungsanfälligen Umgebung instabil arbeitet, können Sie überprüfen, ob der Störpegel die für das Gerät geltenden Normen nicht überschreitet.
In der heutigen Automatisierungslandschaft reicht es nicht mehr aus, sich allein auf Kenntnisse über mechanische Fehler und einfache Fehlerdiagnose zu verlassen. Elektrisches Rauschen, Signalverzerrungen und Probleme mit der Signalintegrität stellen eine zunehmende Herausforderung dar.
Die Beherrschung von Messtechniken für Rauschen und Signale mithilfe von Netzqualitätsanalysatoren , Oszilloskopen und Spektrumanalysatoren stellt aktuell die höchste Stufe der Wartungsdiagnostik dar. Mit der richtigen Ausrüstung und in den Händen eines erfahrenen Technikers lassen sich sporadische und zufällige Fehler in vorhersehbare und behebbare Probleme verwandeln. Die Fähigkeit, unsichtbare Störungen sichtbar zu machen, trägt wesentlich zur Stabilität und langfristigen Zuverlässigkeit moderner industrieller Automatisierungsanlagen bei.
