SPS- und Steuerungsdiagnose: Behebung elektronischer Probleme bei Schlauchbeutelmaschinen

Einleitung

Wenn eine horizontale Flow-Verpackungsmaschine Wenn die Produktion plötzlich unterbrochen wird, liegt die Ursache häufig bei der SPS (speicherprogrammierbaren Steuerung) oder der zugehörigen Steuerelektronik. Bei unseren Außendienstarbeiten an Schlauchbeutelmaschinen sind Probleme mit dem Steuerungssystem eine häufige Ursache für ungeplante Ausfallzeiten – viele davon lassen sich direkt in der Fertigung diagnostizieren und beheben, ohne dass auf einen Spezialisten gewartet werden muss.

Dieser Leitfaden bietet einen systematischen Ansatz für die Diagnose von SPS- und Steuerungssystemen, der speziell auf horizontale Schlauchbeutelverpackungsmaschinen zugeschnitten ist. Unabhängig davon, ob Ihre Maschine eine Steuerung der Serie Siemens S7-1200, Schneider Modicon oder Mitsubishi FX verwendet, bleiben die Diagnoseprinzipien einheitlich. Am Ende dieses Artikels werden Sie in der Lage sein, Fehlercodes zu identifizieren, Signalausfälle aufzuspüren und die Produktion schneller wiederherzustellen.

Das Wichtigste auf einen Blick: Die meisten SPS-bezogenen Störungen lassen sich in drei Kategorien einteilen: Kommunikationsfehler, E/A-Fehler und Programmfehler. Mit einem strukturierten Diagnoseansatz lassen sich 80% dieser Probleme innerhalb von 30 Minuten beheben.

Was versteht man unter der SPS-Steuerungsarchitektur bei Schlauchbeutelverpackungsmaschinen und warum ist sie wichtig?

Bevor Sie sich mit der Fehlerdiagnose befassen, ist es unerlässlich zu verstehen, wie sich die SPS in die Steuerungsarchitektur Ihrer Schlauchbeutelmaschine einfügt.

Steuerungsarchitekturen dieser Art kommen in unserer gesamten Maschinenpalette zum Einsatz, darunter auch die JC700 Vier-Seiten-Siegel-Beutelmaschine.

Zentrale Steuerungskomponenten

Übersicht über den Signalfluss

Der typische Signalfluss in einer Schlauchbeutelverpackungsmaschine verläuft wie folgt:

1. Sensoren erkennen Produktposition, Folienspannung, Temperatur und Sicherheitszustände
2. I/O-Module lesen Sensorsignale erfassen und an die CPU senden
3. CPU-Prozesse die programmierte Logik und sendet Befehle
4. Antriebe und Stellglieder erhalten Ausgangssignale zur Ausführung von Versiegelungs-, Schneide- und Fördervorgängen

Wenn ein Glied dieser Kette ausfällt, kann es zu einem Maschinenausfall kommen, es können fehlerhafte Verpackungen entstehen oder die Maschine kann unregelmäßig arbeiten.

Wie gehen Sie mit häufigen SPS-Fehlerkategorien um?

Kategorie 1: Kommunikationsfehler

Kommunikationsfehler gehören zu den häufigsten SPS-Störungen in modernen Schlauchbeutelverpackungsmaschinen, die Profinet-, Profibus- oder Modbus-Netzwerke nutzen.

Symptome:
– Auf dem HMI-Display wird “Kommunikation unterbrochen” oder “Busfehler” angezeigt”
– Die Maschine stoppt ohne einen bestimmten Fehlercode
– Die Servoantriebe zeigen “Bereit” an, aber die Maschine startet nicht
– Zeitweise auftretende Fehler, die während der Produktion zufällig auftreten

Diagnoseschritte:

1. Überprüfen Sie den Diagnosepuffer der CPU
2. Zugriff über das Siemens TIA-Portal oder den HMI-Diagnosebildschirm
3. Suchen Sie nach Einträgen mit der Kennzeichnung “COMM” oder “PROFINET”
4. Beachten Sie den Zeitstempel – steht der Fehler in Zusammenhang mit einem bestimmten Ereignis?
5. Überprüfen Sie die physischen Verbindungen
6. Stellen Sie sicher, dass alle Profinet-/Ethernet-Kabel fest sitzen.
7. Überprüfen Sie die RJ45-Stecker auf verbogene Stifte.
8. Überprüfen Sie die Kabelverlegung – verursachen Kabel in der Nähe von Hochspannungsleitungen oder Frequenzumrichtern elektromagnetische Störungen?
9. Test-Netzwerkadressen
10. Überprüfen Sie, ob die IP-Adresse und der Profinet-Gerätename jedes Geräts mit der Projektkonfiguration übereinstimmen.
11. Verwenden Sie die Funktion “Gerätenamen zuweisen” im TIA-Portal, falls sich Namen geändert haben
12. Zustand der industriellen Schalter prüfen
13. Überprüfen Sie die Verbindungs- und Aktivitäts-LEDs an den Switch-Ports
14. Ersetzen Sie verdächtige Kabel durch Kabel, von denen bekannt ist, dass sie einwandfrei funktionieren

Häufige Ursachen und Lösungen:

Kategorie 2: Ausfälle von E/A-Modulen

Ausfälle von E/A-Modulen führen dazu, dass bestimmte Maschinenfunktionen nicht mehr funktionieren, während der Rest des Systems normal weiterläuft.

Symptome:
– Einzelne Sensoren oder Aktoren reagieren nicht mehr
– Auf dem HMI-Display bleiben die Werte bei 0 stehen oder zeigen den Maximalwert an
– Bestimmte Maschinenfunktionen (z. B. lässt sich nur die Querversiegelung nicht aktivieren) funktionieren nicht
– Die Diagnose-LEDs am E/A-Modul zeigen Fehlermeldungen an

Diagnoseschritte:

Siehe auch: Fehler an Sensoren und Schaltern: Erkennung und

1. Den betroffenen E/A-Kanal ermitteln
2. Überprüfen Sie den Schaltplan der Maschine auf die E/A-Adresse des Sensors/Aktuators.
3. Beispiel: Temperatursensor → AI0 (Analog-Eingangskanal 0)
4. Das Feldgerät eigenständig prüfen
5. Trennen Sie den Sensor vom E/A-Modul.
6. Überprüfen Sie mit einem Multimeter, ob der Sensor das erwartete Signal ausgibt.
7. Bei digitalen Sensoren: Auf 24-VDC-Schaltung prüfen
8. Bei analogen Sensoren (4–20 mA): Messen Sie den Strom mit einem Prozesskalibrator.
9. Den Kanal des E/A-Moduls testen
10. Führen Sie mithilfe eines Signalgenerators oder Kalibrators ein bekanntes Signal in das Modul ein.
11. Überprüfen Sie, ob der auf der HMI angezeigte Wert mit dem eingespeisten Wert übereinstimmt
12. Wenn der Messwert falsch ist, ist der E/A-Kanal möglicherweise beschädigt.
13. LEDs für den Modulstatus prüfen
14. Grün = Normalbetrieb
15. Rot = Fehler (Einzelheiten finden Sie im CPU-Diagnosepuffer)
16. Aus = keine Stromversorgung oder Modul wird nicht erkannt

Wann sollte ein E/A-Modul ausgetauscht werden:

Siehe auch: Fehlerbehebung bei Servomotoren: Diagnose und Behebung

Das Modul muss in folgenden Fällen ausgetauscht werden:
– Der Diagnosepuffer des Moduls meldet einen Hardwarefehler
– Mehrere Kanäle desselben Moduls fallen gleichzeitig aus
– Das Modul kann nach einem Neustart keine Verbindung zur CPU herstellen
– Es sind äußerliche Beschädigungen erkennbar (Brandspuren, verbogene Stifte, Korrosion)

Siehe auch: Einrichtung von fotoelektrischen Sensoren für präzise

Kategorie 3: Programm- und Logikfehler

Programmfehler treten seltener auf, können jedoch am schwierigsten zu diagnostizieren sein, da sie sich oft eher in Form subtiler Verhaltensauffälligkeiten als in Form eindeutiger Fehler äußern.

Symptome:
– Die Maschine läuft, liefert jedoch uneinheitliche Ergebnisse
– Die zeitlichen Abstände zwischen den Vorgängen verschieben sich im Laufe der Zeit
– Die Maschine verhält sich nach einer Parameteränderung anders
– Rezepte oder Voreinstellungen werden nicht korrekt geladen

Diagnoseschritte:

1. Aktuelles Programm mit der Sicherungskopie vergleichen
2. Stellen Sie eine Verbindung über das TIA-Portal oder die entsprechende Programmiersoftware her
3. Die Funktion “Online/Offline vergleichen” ausführen
4. Achte auf alle Blöcke, die als anders gekennzeichnet sind
5. Auf Watchdog-Timeouts prüfen
6. Wenn die Scan-Zykluszeit die konfigurierte Watchdog-Zeit überschreitet, löst die CPU einen Fehler aus.
7. Überprüfen Sie den CPU-Diagnosepuffer auf “Watchdog”-Einträge
8. Prüfen Sie, ob eventuell neu installierte Programme zu übermäßig langen Scan-Dauern führen
9. Timer- und Zählerwerte überprüfen
10. Prüfen, ob die kumulierten Timer ihre Maximalwerte erreicht haben
11. Produktionszähler bei Schichtwechseln zurücksetzen, falls das Programm dies erfordert
12. Rezeptdaten überprüfen
13. Stellen Sie sicher, dass die geladenen Rezeptparameter den Produktanforderungen entsprechen
14. Auf Datentyp-Inkonsistenzen prüfen (z. B. Ganzzahl, die als Gleitkommazahl gespeichert ist)

Wie führt man eine schrittweise Diagnose durch?

Befolgen Sie bei Auftreten einer Störung im Steuerungssystem die folgende strukturierte Vorgehensweise:

Schritt 1: Den Fehlerzustand dokumentieren

Bevor Sie Änderungen vornehmen, notieren Sie Folgendes:
– Der genaue Fehlercode, der auf der HMI angezeigt wird
– Welche Maschinenfunktionen waren zum Zeitpunkt des Fehlers aktiv?
– Ist der Fehler reproduzierbar (tritt er jedes Mal auf?)
– Umgebungsbedingungen (Temperatur, Luftfeuchtigkeit, kürzlich aufgetretene Stromschwankungen)

Schritt 2: Überprüfen Sie den HMI-Diagnosebildschirm

Moderne HMI-Bedienfelder verfügen über integrierte Diagnosebildschirme, die Folgendes anzeigen:
– Aktive Alarme mit Zeitstempeln
– Übersicht über den Gerätestatus (grüne/rote Anzeigen)
– Kommunikationsstatus für jeden Netzwerkknoten
– I/O-Krafttabellen, die die aktuellen Signalzustände anzeigen

Schritt 3: Den SPS-Diagnosepuffer auslesen

Rufen Sie den Diagnosepuffer der CPU über Ihre Programmiersoftware ab. Der Puffer zeichnet Ereignisse in chronologischer Reihenfolge auf, darunter:
– Hardwarefehler mit Modulbezeichnung
– Kommunikationsfehler bei Geräteadressen
– Programmfehler mit Block- und Zeilennummern
– Ereignisse beim Einschalten und Speicher-Resets

Schritt 4: Den Problembereich eingrenzen

Wende das Ausschlussverfahren an:
– Liegt der Fehler bei der CPU, der E/A, der Kommunikation oder dem Feldgerät?
– Können Sie den Fehler reproduzieren, indem Sie die betroffene Funktion manuell aktivieren?
– Tritt der Fehler auch nach dem Aus- und Wiedereinschalten der Hauptstromversorgung weiterhin auf?

Schritt 5: Testen und Überprüfen

Nach jeder Korrektur:
– Lassen Sie die Maschine mit niedriger Drehzahl laufen, um zu überprüfen, ob das Problem behoben ist.
– Den Diagnosepuffer auf wiederkehrende Fehler überwachen
– Testen Sie die konkrete Funktion, bei der der Fehler aufgetreten ist
– Dokumentieren Sie die Ursache und die Lösung für spätere Referenzzwecke

Wie plant man die vorbeugende Wartung von Steuerungssystemen?

Durch vorausschauende Wartung lassen sich SPS-bedingte Ausfallzeiten erheblich reduzieren. Hier ist ein empfohlener Zeitplan:

Monatliche Aufgaben

Vierteljährliche Aufgaben

Jährliche Aufgaben

Wann sollte man einen Spezialisten hinzuziehen?

Zwar lassen sich viele SPS-Störungen intern beheben, doch erfordern bestimmte Situationen professionelle Unterstützung:

• CPU-Hardwarefehler — Das CPU-Modul selbst muss ausgetauscht und das Programm erneut heruntergeladen werden
• Fehler der Sicherheits-SPS — Versuchen Sie niemals, sicherheitsrelevante Programmierungen ohne entsprechende Schulung und Berechtigung zu ändern.
• Probleme mit der Netzwerkarchitektur — Bei komplexen Profinet-/Ethernet-Topologien sind unter Umständen Netzwerkanalyse-Tools erforderlich
• Zeitweise auftretende EMI-Probleme — Hierfür sind spezielle EMV-Diagnosegeräte erforderlich
• Fehler bei Firmware-Updates — Ein fehlgeschlagenes Firmware-Update kann die CPU unbrauchbar machen, wenn es nicht korrekt durchgeführt wird.

Bei Path Pack kommen in unseren Maschinen Steuerungssysteme von Siemens und Schneider mit Ferndiagnosefunktionen zum Einsatz. Unser technisches Support-Team kann eine Fernverbindung herstellen, um Diagnosepuffer auszulesen, Fehlermuster zu analysieren und Probleme oft bereits ohne Vor-Ort-Einsatz zu beheben. Dies ist einer der Vorteile, wenn man sich für einen Hersteller entscheidet, der in eine globale Service-Infrastruktur investiert.

Häufig gestellte Fragen

Woran erkenne ich, ob das Problem an der SPS oder an einem Sensor liegt?

Überprüfen Sie zunächst den Eingangsstatus der SPS. Wenn die SPS beim manuellen Auslösen des Sensors einen Zustandswechsel des Signals am Eingangsmodul anzeigt, liest die SPS die Werte korrekt aus, und das Problem liegt wahrscheinlich an einer anderen Stelle in der Logik oder in der Ausgangsstufe. Wenn sich der Eingangszustand nicht ändert, testen Sie den Sensor separat mit einem Multimeter. Bei Path Pack zeigen unsere Diagnosebildschirme den aktuellen E/A-Status in Echtzeit an, was diese Überprüfung vereinfacht.

Kann ein SPS-Fehler Sicherheitsrisiken verursachen?

Ja. Wenn die SPS die Sicherheitseingänge (Not-Aus-Schalter, Verriegelungen, Lichtvorhänge) nicht ordnungsgemäß überwacht, kann es vorkommen, dass die Maschine bei Auftreten einer gefährlichen Situation nicht zum Stillstand kommt. Aus diesem Grund ist eine regelmäßige Überprüfung der Sicherheitskette von entscheidender Bedeutung. Sicherheitsspezifizierte SPSen von Pilz oder Siemens verfügen über eine integrierte Selbstüberwachung, die die meisten internen Fehler erkennt und die Maschine in einen sicheren Zustand versetzt.

Wie oft sollte ich mein SPS-Programm sichern?

Wir empfehlen, nach jeder Programmänderung, Rezepturänderung oder Parameteraktualisierung ein Backup zu erstellen – mindestens einmal monatlich. Speichern Sie die Backups an mindestens zwei Orten: einen vor Ort (USB-Stick oder lokaler Server) und einen außerhalb des Standorts (Cloud-Speicher). Bei Path Pack wird jede Maschine mit einer vollständigen Programmsicherung auf einem USB-Stick ausgeliefert, und wir bewahren Masterkopien in unserer Service-Datenbank auf.

Was sind die Ursachen für zeitweise auftretende Fehler in der SPS-Kommunikation?

Zeitweise auftretende Störungen sind in der Regel auf elektromagnetische Störungen (EMI), lose Verbindungen oder mangelhafte Kabelqualität zurückzuführen. Frequenzumrichter und Servoantriebe sind häufige EMI-Quellen in Verpackungsmaschinen. Zu den Lösungen gehören der Einsatz abgeschirmter Profinet-Kabel, eine ordnungsgemäße Erdung, die Einhaltung eines ausreichenden Abstands zwischen Netzwerk- und Stromkabeln sowie die Sicherstellung, dass alle Steckverbinder für den Einsatz in industriellen Umgebungen ausgelegt sind. Sollte das Problem weiterhin bestehen, wenden Sie sich an einen EMV-Spezialisten.

Ist es sicher, die Stromversorgung kurz zu unterbrechen, um einen SPS-Fehler zurückzusetzen?

Ja, ein kontrollierter Stromaus- und Wiedereinschaltvorgang ist eine standardmäßige Erstmaßnahme zur Behebung vorübergehender Störungen. Befolgen Sie jedoch dieses Protokoll: (1) Halten Sie die Maschine gemäß dem normalen Stoppverfahren an, (2) warten Sie 10 Sekunden, bis sich die CPU vollständig heruntergefahren hat, (3) schalten Sie den Hauptschalter aus, (4) warten Sie 30 Sekunden, (5) Schalten Sie die Maschine wieder ein. Führen Sie niemals einen Stromaus- und Wiedereinschaltvorgang durch, während die Maschine läuft oder sich mitten in einem Arbeitsvorgang befindet, da dies beim Neustart zu unerwarteten Bewegungen führen kann.

Fazit

Die Diagnose von SPS- und Steuerungssystemen muss nicht unbedingt einschüchternd sein. Wenn Sie die grundlegende Architektur – CPU, E/A, Kommunikation und Feldgeräte – verstehen und ein systematisches Diagnoseverfahren befolgen, können Sie die meisten elektronischen Störungen schnell beheben und den Betrieb Ihrer Produktionslinie aufrechterhalten.

Die wichtigsten Grundsätze lauten: Dokumentieren Sie den Fehlerzustand, nutzen Sie die integrierten Diagnosetools (HMI-Bildschirme, CPU-Puffer), grenzen Sie den Problembereich systematisch ein und halten Sie einen strengen Plan für die vorbeugende Wartung ein. Wenn Probleme Ihre internen Kapazitäten übersteigen, wählen Sie einen Maschinenlieferanten mit zuverlässigem Ferndiagnosesupport und weltweiter Serviceabdeckung.

Path Pack stattet jede horizontale Schlauchbeutelmaschine mit Siemens-SPSen und Schneider-Komponenten aus, ergänzt durch einen Fernzugriff für Diagnosezwecke. Unsere Steuerungssysteme sind auf Zuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit ausgelegt – denn wir wissen, dass jede Minute Ausfallzeit Sie Produktionsausfälle kostet. Wenn Sie anhaltende Probleme mit Ihrem Steuerungssystem haben oder neue Anlagen in Betracht ziehen, wenden Sie sich an unser Ingenieurteam, um zu besprechen, wie Path Pack Ihren Betrieb unterstützen kann.

Vom Path Pack-Technikteam

Ein Steuerungsfehler, den Sie nicht beheben können? → Senden Sie die Fehlercodes und Screenshots an Path Pack — Unsere Ingenieure diagnostizieren Steuerungsprobleme nach Möglichkeit aus der Ferne.