Step 5 Simatic S5 115U CPU 942B in unserer Kirche macht Probleme

[kalledom]

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Guten Abend,
ich habe ein Problem mit einer Simatic S5 115U CPU 942B in unserer Kirche.
In einem anderen Forum habe ich zwar gute Vorschläge bekommen, aber leider noch keine Lösung. Daher versuche ich es zusätzlich auch hier.
Nach einer weiteren Fehler-Such-Aktion heute bin ich noch nicht wirklich weiter gekommen. Allerdings ist der Fehler jetzt reproduzierbar.

Beschreibung der 30 jährigen Beleuchtungsanlage:
Die Anlage besteht aus zwei Schaltschränken mit Simatic S5 (siehe Fotos), einer in der Sakristei, der zweite im Gewölbe der Kirche.
Beide "unterhalten" sich über eine serielle Verbindung.
In der Tür des Sakristei-Schaltschranks sind 115 Taster mit Anzeigelämpchen, mit denen jeder der 12 Strahler und 20 (Kron-)Leuchter in der Kirche einzeln und in 3 Helligkeitsstufen gesteuert werden kann.
Die 12 Strahler werden im Sakristei-Schaltschrank per Relais geschaltet, die 20 Leuchter im Gewölbe-Schaltschrank über 20 Dimmerkarten mit einem 10-Volt-Steuereingang über 3 SPS-Kontakte und einem Widerstandsteiler (0V - 2,7k / 2,2k / 2,7k / 2,2k - +10V) gesteuert.

Die Beleuchtungs-Anlage ist dauerhaft eingeschaltet, Strahler und Leuchter werden nur während den Messen am Bedienfeld eingeschaltet.
Nach dem ersten Einschalten aller Strahler und Leuchter tritt der Fehler nach 60...10 Sek. auf, er kommt immer schneller, dann sofort.
Wird eine Pause mit ausgeschalteten Lampen eingelegt, tritt der Fehler wieder mit Zeitverzögerung auf, .....

Der Fehler ist reproduzierbar und tritt auf, wenn:
1. alle Strahler(-Anzeigelämpchen) bereits an sind und der Taster "Alle Stufe 3" betätigt wird
2. oder alle Leuchter(-Anzeigelämpchen) auf Stufe 3 an sind und die Strahler manuell einzeln dazugeschaltet werden, kurz bevor fast alle an sind
3. oder alle Strahler(-Anzeigelämpchen) an sind und die Leuchter manuell dazugeschaltet werden, kurz bevor fast alle an sind

Der Fehler:
1. alle Leuchter (SPS im Gewölbe-Schrank) bleiben an (aufgrund dann fehlender serieller Kommunikation zum Ausschalten ?)
2. alle 12 Relais für die Strahler fallen ab
3. alle Anzeigelämpchen gehen aus (mit ca. 0,2 Sek. Verzögerung nach den Relais)
4. die RUN-LED bleibt an
5. das Relais für die Not-Beleuchtung bleibt an
6. der letzte Ausgang des rechten Output-Moduls blinkt schnell
7. alle Strahler und Leuchter lassen sich einzeln ein- und ausschalten
8. bei Betätigung der Taster "Alle an 1...3" gehen einige Anzeigelämpchen, Strahler und Leuchten an, jedoch nicht die Richtigen
9. nach Betätigen des AUS-Tasters funktioniert alles wieder richtig

Die Spannungsversorgung vom Drehstrom-Netzteil hat 27 Volt, die Stromaufnahme bei "alles an" beträgt ca. 2 Ampere.
Leitungsschutzschalter für die Strahler und thermische Schutzschalter für die beiden Trafos bleiben ein.
Ein Wackelkontakt ist nach kräftigem Rütteln der Montageplatte derzeit auszuschließen.
Im SPS-Netzteil war keine Pufferbatterie; eine neu eingesetzte Pufferbatterie hat keine Verbesseung gebracht.
Bei den beiden Eproms 27C128 200ns (32kByte) sind die UV-Lösch-Fenster nicht abgedeckt.

Mögliche Fehlerursachen:
1. Kapazitäts-Verlust bei Elkos, damit verbunden eine zu hohe Restwelligkeit der Versorgung-Spannungen in den SPS-Modulen
2. Falls der Strom oder die Erwärmung in den Output-Modulen gemessen wird, zu viel Gesamtstrom oder Erwärmung durch die über 100 Anzeigelämpchen
3. Reset der CPU durch Störimpuls (es gibt keine weiteren Ein- / Aus-Schaltungen, wenn Strahler und Leuchter an sind)
4. Fehler oder Datenverlust im Eprom (die Fenster sind nicht abgedeckt)
Ein AUS-Kommando dürfte es nicht sein, weil dann auch die Leuchter aus gehen würden.

Hat jemand noch weitere Ideen, was es für eine Fehlerursache geben könnte ?
Ich bedanke mich schon mal für eure Unterstützung.

 

[rar-101]

Hallo, also was ich so sehe ist auf dem 2. Bild der Eingang "ÜBER SPG". Das sieht für mich nach einem Problem mit irgendeinem Minus aus.
Da sich das nicht einfach so sagen lässt, ist erstmal eine Diagnose mit einem Programmiersystem und richtiger Messtechnik notwendig. Es ist in diesem Fall nur eine Steuerung, das zweite ist ein ET100 Busmodul (Vorvorgänger von Profibus...) das eine Dezentrale Peripherie darstellt. Ich gehe davon aus, das dieses System irgendwann in den ´90ern erbaut wurde, dementsprechend brauchst du jemanden der zum einen S5 Kenntnisse als auch ggf. über das Softwarepaket "COMET100" verfügt.

 

[mega_ohm]

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Gibt es denn auch E- Pläne dazu ?
Z.B. von dem Digital-Eingang "Überspannung" ?

 

[MiWaRo]

Guten Morgen
Ich weiss, das hilft jetzt nicht wirklich weiter, aber wäre es in Anbetracht des erheblichen Alters der Anlage und der Fortschritte in der Beleuchtungstechnik (Energieersparniss, LED, ...) nicht an der Zeit über einen Komplettersatz der Beleuchtungsanlage nachzudenken?
Das wird ansonsten eine ewige Baustelle...
Vor ~30 Jahren war ja genug Geld für eine komfortable, nicht ganz günstige Anlage vorhanden. Ich hoffe die Kirchgemeinde ist inzwischen nicht verarmt.

 

[thomass5]

Interessante Anlage... Eine Fehlersuche auf die Ferne wird schwierig. Leuchtet auf Bild 1 BAT Low am Netzteil noch? Was habt ihr für eine Batterie eingesetzt? Wo steht denn die Kirche? Liegt euch das Programm vor?

 

[Larry Laffer]

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Mögliche Fehlerursachen:
1. Kapazitäts-Verlust bei Elkos, damit verbunden eine zu hohe Restwelligkeit der Versorgung-Spannungen in den SPS-Modulen

Den Fehler hatte ich bei vergleichbar alten Anlagen schon häufiger gehabt - das kannst du auf alle Fälle schon mal pauschal machen (also die Elkos tauschen).
Von deiner Beschreibung her hört es sich jetzt nicht primär nach einem Programmfehler an - ich denke auch mal, dass das SPS-Programm gar nicht so kompliziert sein wird ...
Ansonsten stimme ich dem Ruf nach einem Retrofit zu ...

 

[Blockmove]

Den Fehler hatte ich bei vergleichbar alten Anlagen schon häufiger gehabt - das kannst du auf alle Fälle schon mal pauschal machen (also die Elkos tauschen).

Da würde auch die mit 27V recht hohe Spannung dazupassen.
2A Strom kommt mir bei der Größe auch etwas niedrig vor.
Sicher, dass die Messung stimmt?

 

[kalledom]

Erst mal ein Dankeschön für eure Antworten.

@rar-101
Es befindet sich ein Geräteschutz über der Stromversorgungsbaugruppe an der S5 im Gewölbe-Schaltschrank, dessen Kontakt zum Eingang "Überspannung" führt.
Ich werde in Kürze Hilfe von jemand bekommen, der mit S7 arbeitet, aber auch noch S5-Module vorrätig hat.
Das System wurde 1995 aufgebaut.

@mega_ohm
Schaltpläne liegen mir vor, das Programm nicht.
Die ET 100U ist im Gewölbe und für die Leuchter zuständig; hier funktioniert alles einwandfrei.

@MiWaRo
Es gibt Prioritäten. Die Beleuchtungs-Anlage steht da ganz weit hinten. Das riesige Schieferdach ist dieses Jahr gemacht worden; die Kosten möchtest du nicht wissen.

@thomass5
Ja, die LED leuchtet, weil das Bild vor dem Einsetzen der "Saft-Batterie LS26500 plus Li 3,6V C Baby, Li-SOCl2" gemacht wurde.
Die Kirche ist in Wegberg.
Das Programm liegt mir nicht vor.

@Larry Laffer
Da würde ich erst mal das Netzteil und die CPU gegen gebrauchte Module austauschen, bevor ich die öffne. Dann sehe ich ja, ob es an den Elkos mit zu wenig Kapazität liegt.

@Blockmove
Die Glühlämpchen in den Tastern haben 20 mA, bei 100 Stück macht das 2 A.
Kommen noch 13 Relaise mit je 20 mA = 260 mA dazu, wobei die Relais über einen Längs-Regler nur mit 20 V versorgt werden.
Der Drehstromtrafo hat eine Brücke bei 420 V, geht also nicht weniger als 27 V.

 

[Larry Laffer]

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@Larry Laffer
Da würde ich erst mal das Netzteil und die CPU gegen gebrauchte Module austauschen, bevor ich die öffne. Dann sehe ich ja, ob es an den Elkos mit zu wenig Kapazität liegt.

Das brauchst du gar nicht wirklich. Mess doch einfach mal den Wechselspannungsanteil deiner DC-Versorgung unter Last.
In jedem Fall aber : kauf einfach einen dicken Elko (vielleicht 10.000 uF) und häng den mal parallel an dein Netzteil und schau - das ist auf jeden Fall der kostengünstigste Weg ...

 

[kalledom]

Die Restwelligkeit wollte ich noch mit meinem Hand-Scope beim nächsten mal messen.
Da komme ich aber nur an die externen 24VDC (27 V). Und was ist mit den internen Spannungen der S5 Module ?

Nachtrag: Den Glühlämpchen dürfte es egal sein, wie hoch die Restwelligkeit ist, den Relais ebenfalls. Sonst wird ja nichts angesteuert.
Damit wären wir dann bei den internen Spannungen.

 

[Larry Laffer]

Also deine ET100 läuft ja schonmal nicht mit der Versorgung aus der PS der 115 - da fängt es dann schonmal an. Naja ... und die E- und A-Module der 115 werden auch von dem externen Netzteil versorgt. Vielleicht wirfst du dann doch mal einen Blick auf den Schaltplan (oder postest den relevanten Teil) um das zu ersehen. Was ist denn eigentlich wo angeschlossen ?

 

[Nordischerjung]

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6. der letzte Ausgang des rechten Output-Moduls blinkt schnell

Moin,
was macht der Ausgang?

 

[kalledom]

was macht der Ausgang?

Vermutlich wurde er angelegt, damit man sieht, ob das Programm läuft. Da ist nichts angeschlossen.

Was ist denn eigentlich wo angeschlossen ?

Es gibt 3 Spannungen:
U1 / V1 = 230 VAC: aus einem Trenntrafo 380 V (400 V) --> 220 V (230 V), für die S5
L+ / L- = 24 VDC: (27 V) aus einem Drehstromnetzteil, für die über 100 Anzeigelämpchen
L1+/L1- = 20 VDC: nach einem Längsregler aus den 24 VDC (27 V), für die 13 Relaise
Der relevante Teil der Spannungsversorgung auf 5 PDF-Seiten:

 

[Larry Laffer]

L+ / L- = 24 VDC: (27 V) aus einem Drehstromnetzteil, für die über 100 Anzeigelämpchen

... aber nicht nur die Lämpchen sondern auch noch Einiges mehr, wie ich schon im Beitrag #11 geschrieben habe. An die Spannung häng dann mal einen Kondensator mit großer Kapazität dran - hat das Netzteil eigentlich ansonsten keinen ?

 

[rlw]

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Die Drehstromtransformatoren mit nachgeschalteter B6U Brücke waren vor der Erfindung der Schaltnetzteile, 1. (beste) Wahl für SPS Steuerungen.
Die Restwelligkeit ist so klein, dass Kondensatoren kaum was bringen.

 

[mega_ohm]

Welche Ausgangsleistung hat denn das -11A7 ?
Dort hängen ja erstmal alle Ausgangskarten dran.
Wenn beim 1. Einschalten ca. 60sec. Ausgänge = Ok und dann immer kürzer ... ein thermisches Problem (Überlast ) kann es nicht sein ?

Schade ... mich hätte ja schon interessiert, wohin der geschaltete Abgang von -25F2 geht - ist das der Eingang "Überspannung " ?
Oder von wo kommt dieser Eingang "Überspannung " ?

 

[mega_ohm]

Die Relais-/ Schützspulen (-50K6,-50K7,-50K8,-50K9 ) hat man schon mal auf "Wicklungsschluss" (Widerstand gemessen ) untersucht ?

 

[kalledom]

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... aber nicht nur die Lämpchen sondern auch noch Einiges mehr, wie ich schon im Beitrag #11 geschrieben habe. An die Spannung häng dann mal einen Kondensator mit großer Kapazität dran - hat das Netzteil eigentlich ansonsten keinen ?

Das Drehstrom-Netzteil hat 2 Elkos 2200 µF / 35 V.
In der Tat ist die Restwelligkeit bei Drehstromtransformatoren mit B6U Brücke so klein, daß Kondensatoren nicht viel bringen.
Ich werde es trotzdem mal überprüfen; nicht daß in der Gleichrichterbrücke eine Diode hochohmig ist.
Was ist in den I/O-Modulen, potentialfreie Kontakte oder Elektronik (Optokoppler) ?
Das 24 VDC-Netzteil kann 15 A (siehe Foto). Etwas über 2 Ampere kann ich messen, wenn alle Relais und Anzeigelämpchen an sind.
Wenn alle Anzeigelämpchen und Relais aus sind, wie im Fehlerfall, dann ist der Strom aus dem 24 VDC-Netzteil gleich Null.
Wer versorgt also die Module ?

Welche Ausgangsleistung hat denn das -11A7 ?
Dort hängen ja erstmal alle Ausgangskarten dran.
Wenn beim 1. Einschalten ca. 60sec. Ausgänge = Ok und dann immer kürzer ... ein thermisches Problem (Überlast ) kann es nicht sein ?

11A7 ist ein dicker Transistor mit Kühlkörper, der die 27 Volt auf 20 Volt runterregelt. Hiermit werden nur die 13 Relais versorgt, damit die nicht zu warm werden.
Benötigen die I/O-Karten überhaupt eine zusätzliche Versorgungsspannung ? Wenn da nur Kontakte drin sind .....
Wo finde ich einen Schaltplan vom Innenleben ? Das Handbuch zur S5 115U 942B habe ich. Da sind aber keine Module drin.

Schade ... mich hätte ja schon interessiert, wohin der geschaltete Abgang von -25F2 geht - ist das der Eingang "Überspannung " ?
Oder von wo kommt dieser Eingang "Überspannung " ?

Auf Blatt 41 geht der Kontakt vom Geräteschutz an den Eingang "Überspannung".

Die Relais-/ Schützspulen (-50K6,-50K7,-50K8,-50K9 ) hat man schon mal auf "Wicklungsschluss" (Widerstand gemessen ) untersucht ?

Wenn ein Relais einen (Wicklungs-)Schluß hätte, würde der Transistor vom Längsregler heiß; wird er aber nicht.
Es ist nichts im Schaltschrank was besonders warm wird.

 

[mega_ohm]

Welche Ausgangsleistung hat denn das -11A7 ?

11A7 ist ein dicker Transistor mit Kühlkörper, der die 27 Volt auf 20 Volt runterregelt.

Das -11A7 ein Trafo ist, glaube ich nicht !
Mein Kumpel sagt: "Aus einem Trafo kommt keine Gleichspannung (20VDC )".
Auf Deinem Bild ist leider kein -11A7 zu sehen.

Sind das Ausgangs- Verstärker- Karten ?

 

[kalledom]

Das -11A7 ein Trafo ist, glaube ich nicht !
Mein Kumpel sagt: "Aus einem Trafo kommt keine Gleichspannung (20VDC )".

Da hat dein Kumpel Recht, aus einem Trafo kommt keine Gleichspannung, nur Wechselspannung.
11A7 ist ja auch kein Trafo sondern ein Längsregler, der eine Eingangs-Gleichspannung, in diesem Fall 27 Volt, für die Relaise auf 20 Volt runterregelt. Weil die Relaise statt mit 27 Volt nur noch mit 20 Volt angesteuert werden, ist die Erwärmung geringer.
Obwohl, die Relaise werden jetzt nicht mehr so warm, aber dafür der Längsregler-Transistor und sein Kühlkörper.
13 Relaise mal 20 mA = 260 mA * 7 Volt = 1,82 Watt ergeben allerdings nicht viel Wärme.

Sind das Ausgangs- Verstärker- Karten ?

Das sind Dimmerkarten 40-2000 Watt mit einem Steuereingang 0-10 V. Damit werden die 3 Helligkeitsstufen der 20 (Kron-)Leuchter gesteuert.