Antrieb am PROFIBUS-DP: Knotenadresse, Kommunikations-LEDs und Anzeigecode - Rexroth ECODRIVE Cs, Lenze 8200 vector, Siemens MICROMASTER 4 (6SE6400-1PB00-0AA0)

Ein Antrieb am PROFIBUS-DP ist ein Slave, den der Master in der Steuerung über die Knotenadresse anspricht. Eine falsche Adresse oder eine unterbrochene Verbindung führt daher dazu, dass der Antrieb stehen bleibt oder nicht auf die Sollwerte reagiert. Den ersten Hinweis darauf, was passiert ist, geben die Kommunikations-LEDs am Modul und der Code auf der Anzeige des Umrichters. Für den Siemens MICROMASTER 4 mit dem Modul 6SE6400-1PB00-0AA0 und den Lenze 8200 vector mit PROFIBUS-Modul lassen sich das Einstellen der Adresse und das Auslesen des Kommunikationsstatus genau beschreiben. Dieselbe Reihenfolge - Adresse, LEDs, Fehlercode, erst danach der Austausch von Komponenten - gilt auch für die Servoantriebe Rexroth ECODRIVE Cs mit PROFIBUS-DP-Karte.

Siemens MICROMASTER 4 mit PROFIBUS-Modul

Beim MICROMASTER 4 wird die Knotenadresse mit den DIP-Schaltern 1-7 des Moduls im Bereich 1-125 eingestellt. Die Schalter haben die aufeinanderfolgenden Wertigkeiten 1, 2, 4, 8, 16, 32 und 64, und die Adresse ist die Summe der Wertigkeiten der eingeschalteten Schalter. Adresse 3 bedeutet, dass die Schalter 1 und 2 auf „on“ stehen, und Adresse 88 entspricht den Schaltern 4, 5 und 7 (8 + 16 + 64). Mit dieser Rechnung lässt sich die Adresse dem Modul „ansehen“ und mit der Konfiguration des Masters vergleichen, ohne eine Software zu starten.

Zwei Werte haben eine besondere Bedeutung. Adresse 0 bedeutet, dass der Parameter P0918 über die Adresse entscheidet. Sind alle Schalter ausgeschaltet, muss die Adresse also in den Parametern des Umrichters gesucht werden und nicht am Modul. Die Adressen 126 und 127 sind ungültig, deshalb tritt ein auf eine dieser Adressen eingestelltes Modul nicht in den Datenaustausch mit dem Master ein, obwohl physisch alles angeschlossen ist.

Eine Änderung der Schalter wirkt nicht sofort. Bei bereits montiertem Modul ist sie bei ausgeschalteter Versorgung des Umrichters vorzunehmen, und die neue Adresse gilt erst nach einem Kaltstart des PROFIBUS-Moduls, also nach dem Aus- und Wiedereinschalten der Versorgung. Das gilt sowohl für die Versorgung des Moduls aus dem Umrichter als auch für einen separaten 24-V-Anschluss. Wird ein Schalter „im Betrieb“ umgestellt und tritt keine Wirkung ein, entspricht das also dem konstruktiven Verhalten und ist keine Störung.

Der Umrichter hat nur einen Fehlercode für den Ausfall der PROFIBUS-Kommunikation: F0070. Das Modul hat eine dreifarbige LED (grün, orange, rot), und ihre Farbe zeigt an, auf welcher Seite die Unterbrechung liegt. Orange bedeutet Verlust der Kommunikation mit dem PROFIBUS-Master, das Problem liegt also auf der Seite des Busses, des Kabels, des Steckers, des Abschlusses oder der Steuerung. Rot bedeutet Verlust der Kommunikation zwischen Umrichter und Modul, der Verdacht fällt daher auf den Sitz des Moduls und auf Störungen innerhalb des Antriebs.

Bei orangefarbener LED nennt Siemens als Ursachen ein schwaches PROFIBUS-Signal infolge von EMV-Störungen, zu langen Kabeln, Reflexionen an den Verbindungen und schlecht montierten Klemmen, einen fehlerhaften Busabschluss oder unzulässige Abzweige (T-Abzweige). Der Hersteller empfiehlt, den Bus mit einem Oszilloskop zu prüfen, und für den Test der PROFIBUS-Hardware den Tester BT200 (6ES7181-0AA01-0AA0). Eine zweite Gruppe von Ursachen ist schlechter Kontakt, zum Beispiel ein nicht vollständig eingedrückter Stecker oder Kontakte des Schnellanschluss-Steckers (Schneidklemmen), die nicht bis zum Ende auf das Kabel geschoben sind, was sich mit einem gewöhnlichen Multimeter feststellen lässt. Bei roter LED nennt der Hersteller Störungen, die über die analogen Ein- und Ausgänge und über den PTC/KTY-Eingang des Motors beim MM430/440 eingekoppelt werden, sowie ein schlecht sitzendes Modul. Zu prüfen ist, ob es fest eingesteckt ist und ob die Kontakte auf der Rückseite des Moduls und auf der Vorderseite des Umrichters unbeschädigt sind.

Der Parameter r2054 dient der Diagnose des Kommunikationsmoduls, und er ist am Bedienfeld auszulesen, wenn LED und F0070 die Sache nicht klären. Bei der Inbetriebnahme des Moduls ist neben der Adresse in P0918 auch die Telegrammausfallzeit in P2040 wichtig, die bestimmt, wie schnell der Umrichter den Kommunikationsverlust meldet. Das Modul wird über eine 9-polige Sub-D-Buchse an den Bus angeschlossen, in der Pin 3 RxD/TxD-P, Pin 8 RxD/TxD-N und Pin 6 die Spannung 5 V ± 10 % ist. Dieses Wissen erleichtert die Messung bei Verdacht auf vertauschte Adern.

Lenze 8200 vector mit PROFIBUS-Modul

Beim Lenze 8200 vector sorgt das Feldbusmodul EMF2133IB, das in die AIF-Schnittstelle gesteckt wird, für die PROFIBUS-DP-Kommunikation. Die Knotenadresse wird mit einem DIP-Schalter am Modul eingestellt, und zwei LEDs am Modul zeigen den Kommunikationsstatus an. Der Umrichter selbst hat zusätzlich zwei Status-LEDs (rot und grün), die nicht mit den LEDs des Moduls verwechselt werden dürfen. Das Modul arbeitet als Slave, und die Übertragungsgeschwindigkeit im Bereich 9,6...12000 kbit/s erkennt es selbst. Bei der Diagnose muss sie also nirgends eingestellt werden, und eine der häufigen Ursachen für fehlende Verbindung entfällt.

Bei der Diagnose sollte die Stellung aller DIP-Schalter am Modul notiert werden, nicht nur der Schalter für die Adresse. Das mit dem 8200 vector zusammenarbeitende Modul EMF2133IB unterstützt höchstens 3 Prozessdatenworte, 12 Worte sind nur mit Servo PLC oder Drive PLC möglich. Wenn im Master eine größere Anzahl von Worten konfiguriert ist, als der Antrieb unterstützt, startet die Verbindung trotz korrekter Adresse nicht.

Das Modul kann eine externe Versorgung +24 V DC ± 10 % haben, höchstens 120 mA pro Modul. Die externe Versorgung wird dort benötigt, wo der Umrichter vom Netz getrennt werden kann, die Kommunikation mit dem Master aber erhalten bleiben soll. Bei einem Kommunikationsausfall ist daher zu prüfen, ob diese Spannung vorhanden ist und innerhalb der Toleranz liegt. Die Kabellänge beträgt höchstens 1200 m pro Segment, abhängig von der Geschwindigkeit und vom Kabeltyp.

Worauf beim Test zu achten ist

Die erste Falle beim MICROMASTER 4 ist die Änderung der Adresse ohne Neustart des Moduls: Die Schalter sind bereits eingestellt, der Master sieht aber weiterhin die alte Adresse oder den Antrieb gar nicht. Deshalb ist nach jeder Änderung der DIP-Schalter ein Aus- und Wiedereinschalten der Versorgung nötig, und erst danach wird die LED beurteilt. Der zweite Fehler ist eine Adresse außerhalb des Bereichs: 126 und 127 sind ungültig, und 0 verweist auf P0918, sodass ein Antrieb mit lauter ausgeschalteten Schaltern unter einer Adresse laufen kann, die am Modul überhaupt nicht zu sehen ist.

Der Code F0070 ist für verschiedene Ursachen derselbe, er zeigt also für sich genommen nicht, ob das Kabel, der Master oder das Modul schuld ist. Erst die Farbe der LED unterscheidet: Orange verweist auf den Bus und die Steuerung, Rot auf die Verbindung zwischen Umrichter und Modul. Siemens merkt außerdem an, dass die LED bei kurzen Kommunikationsausfällen für 1-2 Sekunden von grün auf rot wechselt, ein bloßes Aufblitzen der Farbe muss also keine dauerhafte Störung bedeuten.

Außerdem sind Stecker und Kontakte zu begutachten, denn ein nicht vollständig eingedrückter Schnellanschluss-Stecker kann Störungssymptome verursachen. Der Bus muss an beiden Enden abgeschlossen sein, und die Knoten am Busende benötigen die 5-V-Versorgung für die Pull-up-Widerstände. Beim MM4 erhält man sie, indem man an das Modul eine dauerhafte 24-V-Versorgung anschließt. Der Kabelschirm sollte gut geerdet sein, und das Buskabel sollte mindestens 20 cm von anderen Kabeln, besonders von Leistungskabeln, entfernt verlaufen und diese im rechten Winkel kreuzen. Der Hersteller betont, dass eine EMV-gerechte Installation die Grundlage für einen zuverlässigen Betrieb ist. Die zulässige Segmentlänge hängt von der Geschwindigkeit ab: bis 187,5 kbaud 1000 m, bis 500 kbaud 400 m, bis 1,5 Mbaud 200 m, bis 12 Mbaud 100 m, und an einem Segment sind höchstens 32 Knoten zulässig. Beim MICROMASTER 4 sollten die Kabel zwischen den Knoten bei einer Geschwindigkeit bis 1,5 Mbaud nicht kürzer als 200 mm sein, wenn die empfohlenen Stecker 6GK1500-0FC00 oder 6GK1500-0EA02 verwendet werden.

Bevor die Adresse geändert wird, ist sie zusammen mit der Stellung der übrigen Schalter im Protokoll festzuhalten, und am Gehäuse sind die Versionskennzeichnungen abzulesen, damit sich nach einem eventuellen Austausch der Ausgangszustand wiederherstellen lässt. Beim MICROMASTER 4 ist der Parameter P2040 zu beachten: Eine Verlängerung der Telegrammausfallzeit auf ca. 3000 ms verdeckt kurze Ausfälle, aber der Umrichter übernimmt dann den Sollwert der Drehzahl aus dem zuletzt empfangenen Telegramm, was eine Beurteilung der Maschinensicherheit erfordert.

Ablauf der Prüfung

1. Die vollständige Bezeichnung vom Typenschild des Umrichters und den Typ des Kommunikationsmoduls ablesen, zum Beispiel 6SE6400-1PB00-0AA0 beim MICROMASTER 4 oder EMF2133IB beim Lenze 8200 vector, damit dem Master die richtige Gerätestammdatei (GSD) zugewiesen werden kann.
2. Sichtprüfung von Stecker und Kabel: Stecker vollständig eingesteckt, Kontakte im Schnellanschluss-Stecker (Schneidklemmen) vollständig eingeschoben, Zustand des Kabelschirms und Busabschluss an beiden Enden.
3. Die eingestellte Adresse an den DIP-Schaltern ablesen, beim MM4 durch Addieren der Wertigkeiten, und mit der Konfiguration des Masters vergleichen; beim MM4 mit Einstellung 0 P0918 auslesen.
4. LEDs beobachten: beim MICROMASTER 4 die Farbe Orange oder Rot, beim Lenze 8200 vector den Zustand beider LEDs des Moduls, im Protokoll festgehalten.
5. Den Code auf der Anzeige ablesen: beim MICROMASTER 4 F0070 sowie den Parameter r2054 als Diagnose des Kommunikationsmoduls.
6. Auswertung: Eine orangefarbene LED bei F0070 verweist auf den Bus, den Abschluss, die Kabellänge und die Steuerung; eine rote auf den Sitz des Moduls und Störungen innerhalb des Antriebs. Fehlende Kommunikation trotz korrekter Adresse erfordert den Vergleich der Anzahl der Prozessdatenworte mit den Möglichkeiten des Antriebs, und bei Verdacht auf Störungen eine Messung mit dem Oszilloskop.

Vor weiteren Maßnahmen empfiehlt es sich, die vollständige Bezeichnung vom Typenschild, die Seriennummer, die Hardware- und Firmware-Version sowie Fotos des Typenschilds, der Stecker und der eingestellten Schalter bereitzuhalten. Mit diesem Satz lassen sich Modul und Konfiguration eindeutig bestimmen, ohne zu raten.

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Quellen

• https://cache.industry.siemens.com/dl/files/309/22329309/att_82994/v1/mm4_kommunikationsfehler_f0070.pdf
• https://cache.industry.siemens.com/dl/files/569/32120569/att_90014/v1/gsg-mm4-profibus.pdf