SPS Versorgungsspannungsproblem

[Limbo]

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Wir betreiben eine größere SPS-Steuerung mit 2 redundanten U155H CPUs. Die Anlage besteht aus 6 Rahmen bei den CPUs und 4 Rahmen, die über LWL angeschlossen sind. Die Spannungsversorgung geht über eine riesige USV. Etwa 80 kleinere Drehstrommotore sind über einen Trenntrafo angeschlossen. Die Motore laufen aber nur selten und kurzzeitig (10s). Die Hauptlast hinter der USV bilden 6 Kleinspannungstrafos. Vier Trafos liefern über einen Gleichrichter 24 V DC, 2 Trafos liefern 50 V 50Hz AC. Außerdem gibt es noch 4 weitere 24V/10A DC Schaltnetzteile in der Anlage.
Da die 50V 50Hz Trafos mit je 4A prim. die größte Last darstellen, und nur 2phasig laufen können, haben wir ein unsymetrisch belastetes Netz, dass wir aber leider nicht ändern können.

Unser Problem begann mit häufigem, kurzzeitigem Unterspannungsalarm, der zuerst keine Folgen verursachte, und später die CPUs in Stopp brachte. Eine Prüfung des 400V AC Netzes hinter der USV mit einem Scope zeigte dann, dass die Sinuskurven des Netzes alle oben abgeflacht waren, oder zu einem anderen Zeitpunkt, völlig deformiert waren. Meist ließen sich die CPUs gleich wieder starten, manchmal mußte die gesammte Anlage aber abgeschaltet werden, wonach das Netz auch wieder saubere Sinuskurven lieferte.

Die große USV haben wir zuerst warten, und danach noch 2x überprüfen lassen. Beide Monteure des Herstellers haben keine Fehlfunktion feststellen können.

Da ich einige Ersatz-Netzteile zu den Rahmen besitze, habe ich Zug um Zug alle Netzteile ersetzt, ohne den Fehler zu beheben.
Danach habe ich ich die SPS-Rahmen an 2 zusätzlichen USVs (in 2 Hallen <870m>) angeschlossen. Die SPS-Rahmen haben jetzt immer ein sauberes Netz, und die CPUs fallen nicht mehr in Stop.
Leider habe ich nun auf dem LWL-Bus ständig Störungen durch Qittungsverzug, und in der abgesetzten Teilanlage gehen die Watch-Dog Relais in Stop.
Ein Austausch der kompletten LWL-Buskarten brachte keine Abhilfe.

Hat hier jemand ähnliche Erfahrung machen können, oder einen Lösungsansatz für unser Problem?

Limbo

 

[Zottel]

... Außerdem gibt es noch 4 weitere 24V/10A DC Schaltnetzteile in der Anlage.

... Eine Prüfung des 400V AC Netzes hinter der USV mit einem Scope zeigte dann, dass die Sinuskurven des Netzes alle oben abgeflacht waren, oder zu einem anderen Zeitpunkt, völlig deformiert waren.

Flache Kuppen im Sinus könnten davon kommen, daß die Schaltnetzteile ihre Elkos nur dann aufladen, wenn der Momentanwert der Wechselspannung größer als die Gleichspannung am Elko ist. Auch "konventionelle" Netzteile mitnachgeschalteten Gleichrichtern ziehen zu diesem Zeitpunkt kurze, starke Stromimpulse.
Die USV sollte diese Lastschwankungen ausgleichen, jedoch kann es zu Spannungseinbrüchen kommen, wenn die Regelung nicht hinreichend schnell ist. Der Hersteller sollte jedoch wissen, ob seine USV für diese Art von Last geeignet ist.

Abhilfe könnten Drosseln bringen; sie verlängern die Zeit des Stromflusses und verringern die Amplitude.

Die Drehstrommotore ziehen jeweils beim Anlaufen Spitzenströme von ca. 10x Nennstrom. Kannst du einen zeitlichen Zusammenhang zwischen Anlauf eines Motors und Störung beobachten?

Was den Quittungsverzug angeht: erfolgt er immer bei Zugriff auf dieselbe oder bei wechselnden Peripherieadressen?

 

[Limbo]

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Einen zeitlichen Zusammenhang zwischen den kleinen Stellmotoren und den Ausfällen kann ich ausschließen, da die Störungen auch nachts auftreten, wenn kein Stellmotor läuft.

meine Vermutung ist, dass sich zwischen den Trafos im Leerlauf und den Schaltnetzteilen ein Schwingkreis bildet, der das Netz belastet, und der USV-Spannung entgegenwirkt. Das paßt auch zu der Erkenntnis, dass eine Abschaltung der Anlage das Netz quasi "repariert". Elcos sind ja Bauteile, die ihre Eigenschaften durch Alterung verändern. Die Anlage lief so 7 Jahre ohne Probleme.

Die 3Ph 24V Trafos mit Gleichrichter für die SPS E/As arbeiten ohne Gleichrichter.

Alle SPS-Rahmen an einer zusätzlichen USV habe ich auch schon versucht, aber dann habe ich Leitung > 800m dazwischen und der Fehler bleibt.

Limbo

 

[Balou]

Moin

was passiert wenn du die Trafos "künstlich belastest" z.B. mit Wiederständen somit veränderst du ja eigentlich die Schwingfrequenz.

Hast du in deinem Gesamten Firmennetz neue Komponenten Installiert welche das Netz verändern "große FU's" oder sowas.

Kannst du ausschließen das die Störung von aussen kommt also aus dem Netz vor der USV.

Wir haben bei uns Netzprobleme bekommen nachdem wir 2 neue FU's Inbetrieb genommen hatten.

Das mit der LWL Karte finde Ich komisch ist doch eigentlich Potential getrennt.
Kann es sein das durch einen "schleichenden" defekt in den Trafos kurzfristig ausgleichströme fließen die die Spannungsmessung durcheinander bringen udnn zur abschaltung führen?

MfG Balou

P.S. welche Firma hat die Netzmessung gemacht

 

[Limbo]

Wir haben ein eigenes Niederspannungsnetz in der Firma. Für diese Anlage haben wir einen extra Hausanschluß vom EVU-Netz installiert.
Am Zähler, etwa 100m vor der Anlage habe ich einen zweiten Unterspannungswächter (Bender) installiert, der ein Hilfsschütz abwirft. Da ist die Spannung OK. Die Sinusverformung entsteht in unserer Anlage, ist dann aber vermindert auch vor der 30KVA USV messbar.

Wenn der Spannungsabfall auftritt, habe ich die USV auf Bypass, und dann ganz abgeschaltet, also die Anlage aus dem EVU-Netz gespeißt, ohne dass der anstehende Fehler verschwand. Erst nachdem ich die Anlage gänzlich abgeschaltet, und nach 5 Min wieder eingeschaltet habe, hatte ich saubere Sinuswellen. Durch das Zuschalten der USV hat sich das Netz nicht verschlechtert.

Jetzt läuft die Anlage seit Freitag 15:00 Uhr durch. Die Produktion lief Freitag bis 23:00 Uhr und Samstag von 6:00 - 12:30 Uhr.

Die Trafos kann ich nicht so einfach belasten, wie soll ich an 24V DC 20 A erzeugen ?

Montag werde ich alle Ströme der relevanten Verbraucher ermitteln und in eine Tabelle eintragen. Wenn der Spannungseinbruch ansteht, werde ich mir die Zeit nehmen müssen, und die Ströme vergleichen, bevor ich die Anlage durch abschalten "resette".

Z.Z. schreibe ich den Spannungsverlauf der 24 V DC für die SPS E/As des abgesetzten Anlagenteils mit, Das NT liefert 10 von 22 möglichen Amp. Deshalb bin ich alle paar Stunden vor Ort, und weis dass die Anlage läuft.

Limbo

 

[Balou]

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hmm das klingt alles sehr verwunderlich

Für mich hört sich das Irgendwie nach einem Fehler einer Komponente an der nur manchmal auftaucht.
Kurzschluss in einer Trafowicklung oder wegfall einer Funktionserde.

Was mich stutzig macht ist die tatsache das die LWL Verbindung gestört wird das LWL ja eigentlich unabhängig von Spannungspotentialen ist.

Hast du mal eine Langzeitnetzmessung gemacht?
Wir haben das mal gemacht über eine ganze Woche wo unser netz auf Herz und Nieren geprüft wurde.

MfG Balou

 

[Limbo]

Der USV-Monteur hat 2 Tage gebastelt, und die ganze Nacht aufgezeichnet. Mit der Tastrate von 5s hat er nichts festgestellt, obwohl die Anlage ausgestiegen ist.
Bei der Netzspannung hinter der USV kommt es jetzt alle paar Stunden vor, dass die Sinuskurve einer Phase unter 300 V bleibt, obwohl sie rechnerisch 324 V erreichen müßte. Die CPUs gehen aber nicht mehr in Stop, seit dem ich die SPS-Rahmen an 2 zusätzlichen 3 KVA USVs aus dem Firmennetz speise. Dafür habe ich den QVZ bei den über den LWL verbundenen Rahmen. Es sind immer wieder die selben Elemente, die zuerst ausfallen, dann werden es immer mehr, bis die Watch-Dog Relais abfallen.

Meinen Schreiber habe ich so eingestellt, dass er nur aufzeichnet, wenn eine Sinuskurve > 300V bleibt, oder die ungeglättete SPS E/A Spannung unter 20V fällt. 21V werden aber häufiger unterschritten.

Siemens meint, ich müßte alle 10 SPS-Rahmen vuf eine Phase des gleichen Netzes legen, das lößt aber mein Problem nicht.

Limbo

 

[Balou]

hmm

ich bin zwar kein Fachman was Netze angeht

ich weiß allerdings aus eigener Erfahrung das Netze mit elektronischen Gleichrichtern bzw. Kondensatoren manchmal Problematisch sind.
Probleme zeigen sich da meist extrem schnell und gehen auch extrem schnell wieder.

Unser 6kV Netz wird durch eine Vorhandene 2,5 MVa Kompensation permanent kompensiert wenn wir aber größere Lasten zuschalten bricht unsernetz für wenige ms so stark zusammen das PC's ausfallen.

Wir haben bei uns vor kurzem Firma Danfoss gehabt die eine Prmanennte Netzmessung in echtzeit durchgeführt hat.
5s scheint mir doch sehr wenig

MfG Balou

 

[Limbo]

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hmm
Wir haben bei uns vor kurzem Firma Danfoss gehabt die eine Prmanennte Netzmessung in echtzeit durchgeführt hat.
5s scheint mir doch sehr wenig
MfG Balou

Sorry, da hast Du etwas falsch verstanden. Der Monteur hat die ganze Nacht sein Messgerät mitlaufen lassen, und den Trigger auf 5 sek gestellt, damit sein Speicher ausreicht. Einen kurzen Ausfall unter 4s konnte er so nicht erfassen. Unsere Anlage ist aber morgens ausgestiegen. Wie haben an der Anlage einen Coros-PC mit Stömeldungsdrucker, daher weis ich, wann die Störung kommt und geht, solange eine CPU läuft.

Ich messe schon die ganze Woche, und schreibe 4 Kanäle so in den Speicher, dass 1cm/5ms auf Screen oder Papier auflösen kann. Mein Triggersignal ist so gefiltert, dass nur zu kleine Amplituden innerhalb von 25 ms oder die abgefallene Steuerspannung die Aufzeichnung für 600 ms auslösen. Danach geht mein Gerät wieder in Standby, wenn die Signale OK sind. Es zeichnet erst wieder auf, wenn wieder eine Triggerbedingung erfüllt ist. So habe ich etwa alle 12 mm eine positive Sinuswelle auf Papier, da eine volle Sinuswelle 20 ms dauert, lößt jede positive Sinuswelle < 300V eine Messung aus. Die 600ms ergeben sich aus der kleinsten Speicherteilung meines Datenrecorders.
Seit Donnerstag hat mein Gerät keinen Störfall im Netz oder auf der DC-Versorgung erfasst, QVZ steht aber von mehreren Elementen an.

Nächste Woche werde ich zusätzlich die LWL prüfen lassen, eigentlich müßte der funktionieren oder tot sein. Ein bisschen krank gibt es da normal nicht. Das kann ich aber nur mit einer professionellen Messung ausschließen.
Mit einer Ultrahellen, roten LED kann ich beide Adern aber durchleuchten.

Limbo

 

[Zottel]

1.Noch mal dieselbe Frage zu QVZ: Tritt das immer bei Zugriff auf dieselbe Adresse oder bei verschiedenen Adressen in irgendeiner der entfernten Baugruppen auf?
Wie geht "QVZ von mehreren Elementen" ? So wie ich es kenne, setzt der 1.QVZ die Steuerung in Stop.
2.Zu deiner Vermutung, daß Stromversorgungskomponenten Schwingkreise bilden: Wenn dem so wäre, würdest du in der Spannung wenig sehen, aber es müßte ein hin- und herpendelnder Strom auftreten. Um den nachzuweisen kannst du Widerstände (z.B. 0.1 Ohm) in die Zuleitungen schalten und den Spannungsabfall daran mitschreiben/oszilographieren.

 

[Heinz]

Einige Infos fallen mir noch ein:

Ist die USV für Schaltnetzteile und Motoren geeignet?

Ist ein Zusammenhang zwischen Betriebssituationen und dem Ausfall erkennbar?

z.B. tritt der Ausfall bei bestimmten Situationen auf. Z.B. 6KV Motor Läuft an und Motor 4711 läuft.

Was sagt ggf. der Fehlerspeicher der USV?

Tritt der Fehler immer an bestimmten Rack's Karten auf?

Treten Überspannungen durch das Schalten an Induktivitäten auf?

Werden große Kondensatoren geschaltet?

Der Ausfall der LWL Verbindung könnte eine Folge sein (Versorgungsspannung des Sternkopplers)

Gibt es Oberwellen die stören könnten?

Sehr schlimm wird es, wenn die Oberwellen netzharmonisch (vielfaches von der Netzfrequenz) sind. Die können die Spannung kurzfristig überall hinschieben (unter 200V aber auch über 240V)?

Wie sieht die Frequenzstabilität aus. Schwankt Sie stark? Ich denke an die Kompensation von Leuchtstofflampen mit dem Kondensator (Schwingkreis).

Es scheint ein Problem im Zusammenspiel der elektrischen Verbraucher zu geben. Leider würde ich sagen systematisch versuchen einen Zusammenhang zu erkennen. Sehr schwer, aber ich weiss erstmal keinen besseren Rat. Vor allem dokumentieren. GGf. versuche einige Zweige der USV auf Netzbetrieb umzustellen (Wenn möglich)

 

[Limbo]

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Die Netzstörung tritt nicht in bestimmten Betriebszuständen auf, sie tritt sogar nachts auf, wenn der Betrieb steht.
Große Motore gibt es nicht, nur viele kleine 3Ph Stellmotore, die ca 4s Laufzeit haben. Die SPS läßt immer nur den Lauf von 3 Motoren gleichzeitig zu. Es sind 10 SPS U155 Rahmen mit Netzteilen vorhanden. Zur Zeit versorge ich diese Netzteile über 2 zusätzliche 3KVA USVs.
Die Hauptlast bilden 2 Zweiphasentrafos, die prim 4A ziehen. Es sind weitere 3Phasentrafos und getacktete Netzteile vorhanden. Etwa die Hälfte der Trafos läuft quasi im Leerlauf.
Die 30 KVA USV hat die Anlage 7 Jahre lang ohne Probleme versorgt, sie zeigt auch keinen Fehler an.

Die QVZ LED blinkt ständig und schnell an den CPUs. Mit dem COM-Paket haben wir QVZ an Perepherie XY ausgelesen. Zuerst waren es nur wenige, und immer die Gleichen, allerdings alle im abgesetzten Anlagenteil auf verschiedenen Baugruppen in verschiedenen rahmen. Jetzt sind es schon über 100 QVZs hintereinander.

Morgen kommt ein Sersorgungsspannungs-Spezialist, vom LWL-Docktor habe ich noch keinen Termin.

Limbo

 

[Heinz]

Hallo,
hat es Erweiterungen gegeben?

Ansonsten könnten die Elkos so langsam schlechter werden und sich daher Schwierigkeiten einstellen.

Nachts könnte ein Indiz für Überspannung sein.

 

[Limbo]

Ja, wg der Elcos habe ich schon alle 10 SPS-Netzteile ausgetauscht, die NTs aber teilweise wieder eingebaut.

Limbo

 

[Kurt]

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@zottel
das mit dem niederohmigen Widerstand zum messen von Ausgleichströmen ist gut!

kurt

 

[Kurt]

nur so aus dem Hüftgelenk ohne viel Hirn:

- gibt es ein Kompensationsanlage (zu/abschalten der Kondis).
- gibt es eine neue Maschine/Anlage in der Company oder wurde was stillgelegt.
- wurde irgendwo der Potentialsaugleich verändert (Grabungsarbeiten, ausgetrocknet/überschwemmt..., Anlagenteil abgerissen)
- neue Sendeanlage wurde inbetriebgenommen (Einkopplung)
- statische Aufladung (zB Verpackungsfolie die wo abgezogen wird, Walze...)

ende der Klugsch(m)eisserei

 

[Limbo]

Nein, trifft Alles nicht zu.
Heute haben wir die Erden verfolgt, und dran rumgezuppelt. Dabei zeigte der Schreiber plötzlich wieder schiefe Sinuswellen. Dann haben wir gesucht, in welche Richtung die Kabelbewegung diese Auswirkung zeigt. Dabei landeten wir im Stromverteilungsschrank an einer 4pol 16mm² MP-Klemme, deren Verbindungsbrücken Bewegungen an den blauen Kabeln mit einem leisen Prasselgeräusch beantworteten. Die Erden selbst waren OK, nur ihre Bewegung hat auch die Nulleiter bewegt.

Da ich den Betrieb nicht abschalten kann, habe ich erst einmal die Nullklemme von beiden Seiten an eine andere Nullschiene angeklemmt. Samstag werde ich sie wohl ganz rausschmeißen.

Der marode Kontakt in der MP-Klemme hat wegen der Schieflast im Netz hinter der USV zu einer Verschiebung des Nullpunkts geführt, der wieder im Zusammenspiel mit den Trafos die Verformung der Sinuswellen hervorrief.

Bei den häufigen Wechsel der Netzteile der SPS Rahmen, haben wir vermutlich den LWL beschädigt, deshalb werden wohl nicht alle Signale richtig erkannt, und es kommt zu dem QVZ.

Limbo

 

[Heinz]

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Toll das ihr den Fehler gefunden habt.

Und super, dass die Lösung hier gepostet wurde.