EMV in Industrie und Automation
Grundlagenwissen / Einführung
EMV in Industrie und Automation
Grundsätzlich kann davon ausgegangen werden, dass Bus-Module so entwickelt und aufgebaut sind, dass sie jeglicher Art von außen einwirkenden elektromagnetischen Störungen standhalten. Nachweise durch EMV-Labore (EMV = Elektromagnetische Verträglichkeit) sind die Basis für jede Produktzertifizierung.
Trotz dieser Prüfverfahren kommt es immer wieder ohne erkenntlichen Grund zu sporadischen Ausfällen der Bussysteme. Mit Tauschaktionen an den sichtbaren Fehlerstellen (rote Fehler-LED) erlangt das System dann scheinbar seine Funktion wieder. Seit etwa 10 Jahren ist aber auch den Errichtern und Betreibern von Feldbussystemen bewusst geworden, dass in den meisten Fällen die sichtbare Fehlerstelle „rote LED“ mit der tatsächlichen Ursache nichts zu tun hat. Das Fazit dieser Erkenntnis – oft ein langwieriger Prozess mit schmerzhaften Verlusten und Ausfällen – lautete schließlich „Fehlersuche unter Verwendung von Diagnose- und Servicetools“ oder auch „Permanente Netzwerküberwachung im Sinne eines Condition Monitorings“.
Durch Messungen hat sich bestätigt, dass bei ca. 40 % der Busausfälle die Ursache in der physikalischen Übertragungsqualität zu finden ist. Neben Installationsfehlern (mittlerweile abnehmend) handelt es sich dabei um sichtbare Folgen der Produktionsumwelt. Oxidation und Korrosion, bedingt durch Feuchtigkeit oder aggressive Medien innerhalb der Kontaktstellen, Leitungsbrüche durch hohe Wechselbiegebeanspruchungen oder auch schlicht die Bauteilalterung konnten als Ursachen der sporadischen Ausfälle messtechnisch detektiert werden.
Aktuell zeichnet sich ein neues Phänomen in der Ursachenforschung von Busausfällen ab. Es ist festzustellen, dass zunehmend Probleme in der Datenkommunikation auftreten, ohne dass eine Schwachstelle im System selbst ausgemacht werden kann.
Erst die Untersuchung von Schirmströmen der industriellen Datenkommunikationsleitungen hat den Diagnoseansatz in eine völlig andere Richtung gebracht. Dabei wurde schnell klar, dass der Bus selbst in Ordnung ist, aber durch externe Einflüsse – allgemein „EMV-Störungen“ genannt – in Mitleidenschaft gezogen wird. Weitere umfangreiche Messungen, sowohl in dem PE-/PA-System als auch in den Schirmverbindungen der Bus-Leitungen, konnten einen Zusammenhang zwischen hohen Ableitströmen (meist höherfrequent) und den Busausfällen herstellen.
Zur Erklärung und zum besseren Verständnis der vorgenannten Feststellungen sind nachfolgend Fakten und vorliegende Gegebenheiten dargestellt:
- Potentialausgleich (PA) sorgt für Berührungsschutz und Signalbezugspotential (Schutzpotential und Funktionspotential).
- Die betriebsmäßige Belastung des PA sollte so gering wie möglich sein.
- Alle Erdungspunkte sollen im Sinne des Potentialausgleichs nicht nur niederohmig, sondern auch niederimpedant verbunden sein.
- Alle Busmodule in einem Netzwerk teilen sich dieselbe Signalbezugserde.
- Feldbussysteme fordern ein lückenloses Schirmungskonzept mit mindestens beidseitig aufgelegten Schirmen.
- Es darf zu keinen Spannungsdifferenzen im Bezugspotential kommen.
- Bei einer mehrfachen Erdung des Minus der 24V DC-Versorgung kommt es zur Beeinflussung durch Ableitströme. Der Ausfall von Geräten kann die Folge sein.
- Bei der Integration von Feldbusnetzwerken in bestehende TN-C-Verteilungen ist besonderes Augenmerk auf das Thema Potentialausgleich zu legen.
Neue Anlagen werden zunehmend in alte bzw. bestehende Gebäude eingebaut und installiert. Der Anlagenerrichter vertraut hier erfahrungsgemäß auf die Angaben des Betreibers oder setzt einen funktionierenden Potentialausgleich voraus. Die Überprüfung oder auch der Funktions- bzw. Belastungsnachweis des bestehenden PA wird übergangen.
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