Feldbussysteme sind eine tolle Sache, wenn sie funktionieren! Was passiert aber, wenn die Anlage still steht? In diesen Fällen kommen Leute wie Hans-Ludwig Göhringer von der Firma IVG zum Einsatz. messtec drives Automation hat sich mit ihm über seine Erfahrungen bei der Fehlersuche beim Profibus unterhalten und wie man frühzeitig Bus-Probleme vermeiden kann.

Sie haben im Rahmen Ihrer Tätigkeit eine Auswertung von 38 Trouble Shouting Einsätzen an Profibus-Netzen gemacht. Zu welchen Ergebnissen sind Sie gekommen?

H.-L. Göhringer: Unsere Trouble Shooting Einsätze beginnen in der Regel mit einer Grundinspektion der betreffenden Profibus-Installation. Für das Jahr 2010 haben wir 38 solcher Einsätze einmal genauer ausgewertet. Über 50% der Fehler waren im Bereich der EMV. Das hat uns doch überrascht. Am häufigsten haben wir hier Probleme mit dem Schirmstrom, fehlende Ausgleichsleitungen und nicht entstörte Induktivitäten gefunden. Knapp 20 % der Fehler konnten wir der Wellenphysik zuordnen. Neben falsch geschalteten Abschlusswiderständen standen hier zu lange Busleitungen an vorderster Stelle. 8 % der Probleme gingen auf das Konto der Software der Busteilnehmer wie Steuerungen oder Repeater. Gute 20 % entfielen auf banale Fehler wie zu viele Busteilnehmer, falsche Geräte-Konfiguration nach Baugruppentausch und lose Steckverbindungen.

Äußert sich jeder Fehler durch eine direkte Fehlermeldung oder gibt es auch versteckte Probleme, die nur in bestimmten Situationen auftreten?

H.-L. Göhringer: Der Profibus ist prinzipbedingt ja ein robuster und fehlertoleranter Feldbus. Von außen betrachtet funktioniert er oder er funktioniert nicht. Durch Mechanismen wie die automatische Telegrammwiederholung werden Fehler in einem gewissen Umfang ausgeglichen, ohne dass der Anwender etwas davon merkt. Solange die Anzahl der Telegrammwiederholungen im definierten Bereich bleibt, gibt es auch keine Fehlermeldung. Deshalb ist auch die Schlussfolgerung „Wenn die Kommunikation läuft, muss ja alles in Ordnung sein" schlichtweg falsch. Ein scheinbar fehlerfrei arbeitendes Bussystem kann schon in der nächsten Trockenperiode kollabieren, wenn durch eine niedrige Luftfeuchtigkeit der Übergangswiderstand an schlechten Kontakten steigt.

Was kann man unternehmen, um Fehler frühzeitig zu vermeiden?

H.-L. Göhringer: Lassen Sie mich hier etwas weiter ausholen. Beim Profibus werden die Daten auf einem verdrillten Adernpaar als Spannungsdifferenzsignal übertragen. Der Normalpegel ist hier bei 4,4 V. Selbst wenn die Spannungsdifferenz auf 0,8 V abfällt, werden die Telegramme noch einwandfrei bearbeitet. Es ist praktisch eine Reserve von 3,8 V vorhanden. Diese Reserve wird auch als Störabstand bezeichnet. In der täglichen Praxis ist es nun häufig so, dass der Betreiber gar nicht weiß, mit welcher Reserve sein Bussystem aktuell läuft. Es gibt auch keine einfache Möglichkeit, die physikalische Signal- und Übertragungsqualität zu messen. Möglich ist aber der indirekte Weg. Dabei wird nicht das Übertragungssignal selbst überwacht, sondern die Folgen einer sich verschlechternden Kommunikation. Das sind beispielsweise Fehltelegramme, Telegrammwiederholungen und Diagnosemeldungen. Genau dafür haben wir den Profibus-Quick Tester P-QT 10 entwickelt. Das Diagnose-Modul ist nicht größer als ein gewöhnlicher Profibusstecker und wird an einer beliebigen Stelle auf den Profibus gesteckt. Der Quick Tester signalisiert die kritischen Zustände optisch über eine LED oder über einen potentialfreien Relais-Ausgang an eine übergeordnete Steuerung. Wenn das Diagnose-Modul Fehler anzeigt, kann die Ursache gesucht und beseitigt werden, bevor es zu einem Ausfall der Kommunikation kommt. Bereits im Vorfeld sollte der Anlagenbetreiber entscheiden, ob er dann einen Spezialisten wie uns zur Anlage ruft oder ob er eigenes Personal rechtzeitig mit den passenden Messgeräten ausstattet und entsprechend schult.

„Altert" eigentlich auch der Profibus und falls ja: wie äußert sich das?

H.-L. Göhringer: Ja, auch der Profibus ist eine verschleißbehaftete Komponente. Neben Fehlern in der Installation führen Alterungseffekte wie Kontaktkorrosion oder Materialermüdungen wie Schirmbrüche früher oder später zu Problemen. Von Alterungseffekten wird immer dann gesprochen, wenn die Umgebungsbedingungen auf die Businstallation einwirken. Das können beispielsweise Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen, Chemikalien, Lösungsmittel und UV-Strahlung sein. Je nach Einwirkung können dann kalte Lötstellen, Kurzschlüsse, spröde Leitungen oder oxidierte Kontaktoberflächen entstehen.

Inwieweit unterscheidet sich die Fehlerverteilung, die Sie heute finden, von einer Fehlerverteilung aus den Anfangszeiten des Profibus?
H.-L. Göhringer: In den Anfangszeiten war die Alterung und die EMV kaum ein Thema. Da waren die Fehler fast zu 100 % auf eine fehlerhafte Installation im Zusammenhang mit Stichleitungen, Segmentlängen und Abschlusswiderständen zu finden. Aber mit zunehmender Betriebsdauer der Installationen überwiegen die Fehler, die auf Verschleiß und Alterung zurückgeführt werden können. Früher wurde der Profibus nach Abnahme der Installation als funktionierend angesehen und nicht mehr weiter beachtet. Zwischenzeitlich hat sich aber die Erkenntnis durchgesetzt, dass der Profibus als verschleißbehaftete Komponente in der Instandhaltung genauso berücksichtigt werden muss wie jede andere mechanische oder elektrische Komponente auch. (pe)