Thermoelemente - Störeinwirkung auf Messwerte der CPU

Hallo zusammen,

ich bin aktuell dabei eine Anlage mit Temperaturmessung über Thermoelemente in Betrieb zu nehmen & bin auf ein Problem mit Messwertstörungen gestoßen bei dem ich aktuell nicht so recht weiter komme.

Hardware:

CPU: 1512SP-1 PN, 6ES7 512-1DK01-0AB0, Fw. V2.8

Eingangskarte: AI 4xRTD/TC 2-,3-,4-wire HF, 6ES7 134-6JD00-0CA1, Fw: V2.0

Base-Unit: 6ES7 193-6BP40-0DA1, BU-Typ A1, mit Thermosensor und 2x5 Zusatzklemmen, hell

24V Masse ist mit dem Schutzleiter verbunden.

Doppel-Thermoelement Typ-S (2 Elemente in einem Rohr), 1x für die Siemens-CPU (Temperaturregelung) & 1x für einen Temperatur-Grenzwertgeber (West Control Solutions, MVR-1TL-ZRL0-53U0).

Die Heizungen für den Ofen Zone 1 & 2 (siehe Grafik) werden über Heizungstransformatoren mit Sanfteinschaltung gesteuert (Hauptschalter => Heizungs-Hauptschütz => Heizungstraffo => 5KW Heizung).

Zusätzlich gibt es noch einen Prozessgasspalter der über ein SSR geschalten wird (Hauptschalter => Heizungs-Hauptschütz => SSR => 2KW Heizung)

Die Leistungs-Schalttechnik sitzt in einem extra Schaltschrankfeld neben dem der CPU.

Folgendes Problem:

Wie man in der an diesen Beitrag angehängten Grafik sehr schön sieht reagiert die Temperaturauswertung der CPU auf das Einschalten der Heizungen. Das betrifft sowohl die einzelnen Schaltimpulse der Heizung, als auch das reine Einschalten der Heizungs-Hauptschütze (ohne das die Heizung tatsächlich angesteuert wird).

Sobald die Heizungen aus sind, stabilisiert sich der Messwert & stimmt dann auch mit allen anderen Temperatur-Messeinheiten überein.

".cmd.on" ist auf der Grafik das Einschalten der Hauptschütze, ".pwm.sigHeat" das tatsächliche Schalten der Leistung.

Der beschriebene Effekt tritt NUR bei der SPS auf, die Temperaturanzeige der eingebauten Temperatur-Grenzwertgeber bleibt stabil & externe Temperaturmessgeräte (Fluke 726) bleiben unbeeinflusst (Anschluss an die Leitung die an der SPS ankommt). Zudem ist ein solches Verhalten von den bisher eingesetzten Omron-Temperaturreglern nicht bekannt.

Mein erster Gedanke war: EMV-Problem.

Da alles wie im Siemens-Systemhandbuch beschrieben eingebaut war & ich auch sonst keine Fehler/übliche Probleme feststellen konnte, habe ich das Fluke 726 direkt an einen der SPS-Temperaturkanäle angeschlossen (ca. 20cm Ausgleichsleitung dazwischen).

Die an der SPS angezeigte Temperatur hat mit angeschlossenem Simulator nicht ganz so große Sprünge gemacht, das Verhalten war im Allgemeinen aber recht ähnlich.

Zusätzlich habe ich sämtliche Schutzleiter / Erdungspunkte nochmals überprüft & die Abschirmung der Leistungsteile durch zusätzliche Abschirmung/räumliche  Trennung verbessert.

Inzwischen bin ich mit meinem Latein am Ende & wäre für Hilfe/Tipps sehr dankbar.

- hatte jemand schon einmal ein ähnliches Problem & wie wurde das gelöst?

- wieso werden die anderen Temperatur-Messgeräte nicht ebenfalls beeinflusst (die Grenzwertgeber sitzen direkt neben der CPU & verwenden auch die gleiche Steuerspannung)?

Da ich irgendwie die Trace-Grafik hier nicht hochladen kann:

[snip]

Hallo,

Du hast ja schon einiges getestet.

Kannst Du bitte einmal die Analogkarte aus einer anderen Quelle als die Ausgangskarten für die Schütze versorgen?

Es sieht nach Deiner Beschreibung stark nach Lastspitzen aus.
Hast Du die angesteuerten Schütze mit Suppressordioden oder Freilaufdioden an der Spule beschaltet?
Hier kann ich mir induktive Einkopplungen vorstellen.

Wie sieht Deine Parametrierung der Analogkarte aus?

Grüße
CaOd

 Bitte entschuldigt die späte Rückmeldung, meine liebe Serviceabteilung hat mich mal wieder durch die Weltgeschichte geschickt.

CaOd

Kannst Du bitte einmal die Analogkarte aus einer anderen Quelle als die Ausgangskarten für die Schütze versorgen?

 Ich hab heute mal nur die Analogkarte über ein Labornetzteil versorgt.

=> Fehler weg O_o

Passend dazu hab ich heute auch ein Messgerät bekommen mit dem ich etwas mehr als nur "Spannung da/ Spannung weg" messen kann.

Ich hab tatsächlich auf der 24V Steuerspannung (an der SPS) eine Frequenz von rund 20kHz.

Das Netzteil scheint OK zu sein & ansonsten sollte auch keins der Bauteile in der Lage sein Frequenzen in dem Bereich zu erzeugen

Das wird wohl die nächsten Tage eine interessante Fehlersuche....

CaOd 

Es sieht nach Deiner Beschreibung stark nach Lastspitzen aus.
Hast Du die angesteuerten Schütze mit Suppressordioden oder Freilaufdioden an der Spule beschaltet?
Hier kann ich mir induktive Einkopplungen vorstellen.

 Die Schütze besitzen alle Freilaufdioden, das SSR braucht keine & die Traffos werden vom Traffoschaltrelais an den Nulldurchgängen geschalten (sollten also eigentlich auch unproblematisch sein).

Induktive Einkopplung war auch zuerst mein Gedanke, hatte mich aber auf die Sensorseite konzentriert.

Hätte nicht erwartet, dass eine Einkopplung auf der Versorgungsseite derartige Effekte NUR auf die Siemens-Baugruppe haben könnte. Die paralellgeschalteten Grenzwertüberwachungen mit prinzipiell der identischen Messtechnik haben sich ja überhaupt nicht dafür interessiert & stur saubere Werte angezeigt.

CaOd 

Wie sieht Deine Parametrierung der Analogkarte aus?

Die Glättung hatte ich deaktiviert um so wenige potenzielle Störfaktoren wie möglich in der Messkette zu haben.

mopS04

 hast du das Verhalten auch bei niedrigeren Temperaturen?

 Interessanter weise sind die Messwert-Sprünge bei niedrigen Temperaturen tatsächlich kleiner.

Sollte das nicht unabhängig vom konkreten Messwert sein wenn ich etwas auf die Messleitung einkoppelt.

Die Störwirkung sollte sich ja (theoretisch) irgendwo an der geschalteten Leistung orientieren, oder übersehe ich da etwas?

Der Siemens-Service war der gleichen Meinung: Netzteil ist schuld.

Bisheriges Netzteil: Murr Electronic Evolution 20 (24VDC, 20A)

In Rücksprache mit Siemens wurde ein neues Netzteil bestellt & eingebaut (Siemens SITOP PSU300S 24 V/20 A,6EP1436-2BA10).

=> Problem besteht immer noch & auch keine Veränderung.

Alternativ wurde von Siemens eine andere Karte mit höherer Resistenz gegen Störungen empfohlen (AI 4xTC HS (6ES7134-6JD00-0DA1).

=> Wurde direkt bestellt, sollte ich morgen bekommen.

Parallel dazu habe wir unsere bisherige Temperaturmesstechnik nochmal als reine Temperaturmessstelle eingebaut (Omron EJ1N-TC4).

ich lasse die Kollegen von der Fertigung morgen testen & denke anfang nächster Woche wissen wir mehr....

So, es gibt Neuigkeiten:

Als Referenz wurde ein "EJ1N-TC4" von Omron eingebaut.

Die Omron-Regler sind bei uns seit Jahrzehnten im Einsatz & dienen hier als Referenz.

Da ich anscheinend je Post nur einen Trace anhängen kann, werde ich die neuen Infos wohl auf mehrere Posts aufteilen müssen.

Im Anhang findet sich der Trace mit der bisherigen Hardwareausstattung.

Wie man sieht sackt die Temperatur beim Einschalten der Heizungen auf unmögliche Werte, während das Omron-Modul stabil auf den realen Messwerten bleibt.

Als nächstes wurde die Messkarte durch eine "AI 4xTC HS" ersetzt.

Wie man in dem Trace sieht ist die Temperaturmessung jetzt halbwegs in einem brauchbaren Bereich.

Lediglich die dritte Zone tanzt etwas aus der Reihe.

In dem aktuellen Einsatzszenario sind die 3°C Schwankung akzeptierbar, in anderen Situationen sind ist das schon 50% des Toleranzbereiches => erst einmal akzeptabel, aber nicht für das volle Einsatzspektrum nutzbar.

Hauptunterschied zwischen den beiden SPS-Eingangskarten ist die max. Gleichtaktspannung.

10V bei der "AI 4xRTD/TC 2-,3-,4-wire HF"

gegenüber

60V bei der "AI 4xTC HS"

Weitere Maßnahmen im Bezug auf EMV-Schutz der Thermoelemente werden schwierig, gerade im Bezug auf "die Omron-Module kommen mit der Belastung klar".

Ich bin grade mit Siemens dran vor Ort Unterstützung durch einen Siemens-Spezialisten zu bekommen.

Ich halte euch auf dem Laufenden, aber wer Vorschläge/Ideen hat: immer her damit :)