Verbaufehler und zu lange Leitungen führen zum Ausfall

Eine medizinische Anlage zur Bestrahlung von Krebszellen steigt immer wieder aus, weshalb wir zum Troubleshooting gerufen werden. Die Anlage wird mittels Druckluft gesteuert und ist in mehrere Points of use (Behandlungsräume) unterteilt. Da die gesamte Anlage als Medizinprodukt zertifiziert ist, ist die Fehlersuche mit einigen Herausforderungen verbunden: So können Bauteile lediglich durch baugleiche Ersatzteile von zertifizierten Herstellern ersetzt und ein großer Teil der Kabelstecker aufgrund der Strahlenbelastung abgeschaltet werden. Darüber hinaus sind Arbeiten während des Therapiebetriebs nicht zulässig.

Fehlersuche: Behandlungsräume steigen unregelmäßig aus

Die Anlage steigt aufgrund eines Fehlers, gekennzeichnet durch Druck- und Durchfluss-Veränderungen, im AS-Interface aus: In unregelmäßigen Abständen steigen die Points of use mit der Fehlermeldung „maximaler Druck überschritten“ und „maximale Durchflussmenge überschritten“ aus. Wenn der Strom im Point of use kurz abgeschaltet und wieder dem MonitorGas- System zugeschaltet wird, läuft das System sofort problemlos weiter. Meistens kommt es zu Fehlern in Raum M4 oder im High Energy Beam Transport (HEBT). Ein Muster ist hierbei nicht zu erkennen. Die Ausfälle häufen sich jedoch hinter dem Repeater im Raum 1. Dieser Repeater wurde wenige Tage zuvor durch einen baugleichen ersetzt.

Verschlechterung der Datenübertragungsqualität: Leitungslänge als mögliche Fehlerquelle

Die erste Messung erfolgt im Segment an der SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) und im fernen Segment. Das SPS-Segment ist dabei durch zu lange Leitungen (Gesamtlänge von 130 Metern) bzw. eine Stichleitung von 31 Metern gekennzeichnet. Beide Faktoren können erfahrungsgemäß zu einer Verschlechterung der Datenübertragungsqualität und damit zu Fehltelegrammen führen. Darüber hinaus werden Asymmetrien im Datensignal sowie Busabschlusswiderstände in beiden Segmenten identifiziert.

Verbaufehler durch Repeater-Busabschluss-Kombination

Zunächst wird ein Repeater am Stich eingebaut und von der anderen Seite eingespeist. Damit verbessern sich die Pegel an der SPS deutlich: Sie sind nun nahe beim maximalen Wert.  Auch die Fehlerrate verbessert sich. Allerdings meldet sich nun ein Slave nicht mehr ordentlich an den Bus an.  Als eine der möglichen Ursachen wird ein anderer Teilnehmer ausgemacht. Wenn dieser vom Bus entfernt wird, gehen die Pegel in die Höhe und die Fehlerrate reduziert sich auf die Hälfte. Auf dieser Grundlage wird beschlossen, die Anlage wieder zurückzubauen. Der Repeater wird entfernt und die Busabschlusswiderstände wieder eingebaut. Die Fehlerrate wird nun mit 13 bis 15 Prozent gemessen, was deutlich überhöht ist. Daraufhin wird der Busabschluss am Repeater entfernt, worauf die Fehlerrate auf 2,7 Prozent sinkt.  Die Pegel steigen an der Stelle von 99 auf 130 Prozent.

Troubleshooting nicht vollständig abgeschlossen – ein Ausblick

Weitere Tests sind aufgrund der besonderen Gegebenheiten der medizinischen Anlage nicht möglich. Optimalerweise hätte nun wieder der Repeater eingebaut werden müssen. Noch besser wäre sogar eine andere Reihenfolge zu Beginn der Fehlersuche gewesen. So hätte man prüfen können, ob beim Repeater null Fehltelegramme möglich sind, ohne den oben genannten Teilnehmer auszutauschen. Des Weiteren wäre  zu prüfen gewesen, ob der letzte Busabschluss wirklich notwendig wa,. Denn hier hatte sich die Signalqualität durch Entfernen des Busabschlusses verbessert .

Das sollten Sie vermeiden: 3 Lehren aus dieser Fehlersuche

  1. Bei einem normalen Repeater sollte kein Busabschluss gesetzt werden. Bereits in der Vergangenheit ist es bei der Kombination von Busabschluss und Repeater zu Problemen gekommen. Mittlerweile wurde ein Repeater mit integriertem Busabschluss entwickelt, der dieses Problem löst.
  2. Stichleitungen verschlechtern die Übertragungsqualität erheblich und sollten daher möglichst entfernt werden. Alternativ könnte der zweite Repeater entsprechend versetzt werden.
  3. Die Leitungen sollten mit der vorhandenen Technik auf die Vorgaben der AS-Interface-Organisation auf 100 Meter eingekürzt werden. Bei einer Leitungslänge von 130 Metern besteht die Gefahr, dass Bits durch Reflexionen gelöscht werden und damit der Prozess beeinflusst wird.
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