Elektrische Krananlage Fehlersuche: Umrichteralarm & PLC

Die Fehlersuche an der elektrischen Krananlage wird nach den drei Hauptkategorien Frequenzumrichterstörung, PLC-Kommunikationsstörung und Sensorausfall durchgeführt. Das folgende Diagramm zeigt den standardisierten Ablauf der Fehlersuche, einschließlich der typischen Symptome, Ursachen und Behebungsmaßnahmen für häufige Störungen. Zu den gängigen elektrischen Störungen am Brückenkran gehören: Überstrom am Frequenzumrichter F30021 (zu kurze Beschleunigungszeit oder Bremsung nicht gelöst), Motorbelastung am Frequenzumrichter F30011 (Lastüberschreitung oder Bremswiderstand überhitzt), PROFINET-Kommunikationsunterbrechung (Netzwerkkabel oder IP-Konflikt), Leitungsbruch am Encoder (Speed Deviation Alarm) und Signalverlust am Endschalter (Kontaktkorrosion oder Anschlagsverschiebung). Für jede Störungskategorie gibt es standardisierte Schritte zur Fehlerdiagnose und -behebung.

Frequenzumrichterstörungen am Kran beheben

Störungen am Frequenzumrichter sind die häufigste Ursache für elektrische Ausfälle an der Krananlage und machen über 50 % aller elektrischen Störungen aus. Die Brückenkrane von Kelude Schwerindustrie verwenden überwiegend Frequenzumrichter der Baureihen Siemens G120 und ABB ACS880, deren Fehlercodes und Diagnoseverfahren weitgehend identisch sind. Der erste Schritt bei der Fehlersuche besteht darin, den auf dem Bedienfeld des Frequenzumrichters oder der HMI angezeigten Fehlercode auszulesen. Anschließend wird anhand der Fehlercodetabelle die Ursache ermittelt und behoben.

Überstromfehler (F30021/G120, 2330/ACS880)

Überstrom ist die häufigste Störung am Kran-Frequenzumrichter. Vorgehen bei der Fehlersuche: Schritt 1: Prüfen, ob die Beschleunigungszeit (P1120) zu kurz eingestellt ist. Für das Hubwerk wird eine Beschleunigungszeit von 2–4 Sekunden empfohlen; eine zu kurze Zeit führt zu einem Stromstoß, der das Limit des Frequenzumrichters überschreitet. Schritt 2: Sicherstellen, dass der Motorparameter-Abgleich (Self-Tuning) abgeschlossen ist (P1910 = 1 für statischen Abgleich, = 3 für dynamischen Abgleich). Der eingestellte Nennstrom des Motors muss mit dem Wert auf dem Typenschild übereinstimmen. Schritt 3: Die Öffnungs- und Schließzeiten der Bremse prüfen: Die Bremse darf erst nach dem Aufbau des Drehmoments durch den Frequenzumrichter öffnen (Öffnungsverzögerung 0,2–0,5 Sekunden nach Start). Erfolgt die Bremsung nicht, während der Frequenzumrichter bereits ein Drehmoment aufbaut, kommt es sofort zu einem Überstrom. Schritt 4: Den Isolationswiderstand der Motorwicklung gegen Erde messen (≥ 1 MΩ mit 500-V-Isolationsmessgerät). Eine verschlechterte Isolierung kann zu Überstromauslösungen führen. Gemäß den Anforderungen von EN 60204-32 zur Isolationskoordination muss der Motor bei einem Isolationswiderstand von unter 1 MΩ sofort außer Betrieb genommen werden.

Hierzu erklärt der technische Leiter von Kelude Schwerindustrie: „Bei der Fehlersuche bei Überstromstörungen am Kran-Frequenzumrichter kommt es auf drei wesentliche Punkte an: Beschleunigungszeit, Bremssequenz und Motorisolierung. Unsere Auswertungen zeigen, dass über 60 % der Überstromalarme auf eine falsche Bremssequenz zurückzuführen sind und nicht auf einen Hardwaredefekt des Frequenzumrichters. Daher empfehlen wir, bei der Diagnose zuerst die Öffnungs- und Schließzeiten der Bremse zu prüfen.“

Mit dieser systematischen Vorgehensweise lassen sich über 90 % der Überstromstörungen beheben. Sollte das Problem weiterhin bestehen, sind der Motoranschlusskasten auf eindringende Feuchtigkeit oder Kurzschlüsse sowie der Ausgang des Frequenzumrichters auf ein fehlerhaftes Schalten eines Schützes zu überprüfen.

Motorüberlastfehler (F30011/G120, 2310/ACS880)

Ursachen und Diagnosereihenfolge bei Motorüberlast: Schritt 1: Sicherstellen, dass der tatsächliche Laststrom 110 % des Nennausgangsstroms des Frequenzumrichters nicht überschreitet (Drehstrommessung am Ausgang des Frequenzumrichters mit einer Stromzange). Schritt 2: Den Zustand des Bremswiderstands prüfen. Ein überhitzter Bremswiderstand kann zu einer Leistungsreduzierung des Frequenzumrichters oder sogar zu einer Überlastmeldung führen. Bei einer Oberflächentemperatur des Widerstands über 200 °C muss das System gestoppt und abgekühlt werden. Schritt 3: Bewerten, ob die Nutzungshäufigkeit des Hubwerks die Auslegungsbedingungen überschreitet. Häufige Start-Stopp-Zyklen (mehr als 60 pro Stunde) können zu unzureichender Motorkühlung führen und den Überlastschutz auslösen.

Wenn alle oben genannten Prüfungen ohne Befund bleiben, sind die Parameter des elektronischen Thermorelais (P305-Serie) zu kontrollieren: Ist der Stromschwellwert zu niedrig eingestellt? Ist die Temperaturzeitklasse ungeeignet? Für den häufigen Start-Stopp-Betrieb von Kränen sollte die Klasse Class 10 gewählt werden.

PLC-Kommunikationsstörung diagnostizieren

Kommunikationsstörungen der PLC machen etwa 30 % der elektrischen Störungen aus. Typische Erscheinungsformen sind die Unterbrechung der PROFINET-Kommunikation, Zeitüberschreitungen bei der Kommunikation mit dem Frequenzumrichter und die fehlende Verbindung zum Leitsystem. Die Diagnose von Kommunikationsstörungen folgt dem Prinzip, von der physikalischen Schicht zur Anwendungsschicht vorzugehen.

PROFINET-Kommunikationsunterbrechung

Vorgehen bei der Fehlersuche: Schritt 1: Die Status-LEDs am Netzwerk-Switch und an den PN-Geräten beobachten. Ein PN-Gerät im Normalbetrieb zeigt ein dauerhaft grünes Licht. Gelbes Blinken signalisiert Datenverkehr, während Aus oder Rot auf eine Kommunikationsstörung hinweist. Schritt 2: Die physische Netzwerkverbindung prüfen. Für industrielle Anwendungen ist abgeschirmtes Kabel der Kategorie CAT5e oder höher erforderlich. Die RJ45-Verbindungen auf festen Sitz und die Kabel auf Beschädigungen kontrollieren. Schritt 3: Die IP-Adressen und Gerätenamen überprüfen. Alle PN-Geräte müssen sich im selben Subnetz befinden (z. B. 192.168.0.x/24). Die Gerätenamen müssen exakt mit den im TIA Portal-Projekt konfigurierten Namen übereinstimmen (Groß-/Kleinschreibung beachten).

Schritt 4: Prüfen, ob die GSDML-Datei zur Firmware-Version des Frequenzumrichters passt. Die GSDML-Datei für den G120 ist auf der Siemens-Website erhältlich und muss nach dem Import in TIA Portal neu kompiliert werden. Der technische Leiter von Kelude Schwerindustrie betont: „Bei PROFINET-Kommunikationsstörungen vermuten viele Techniker vor Ort sofort einen Hardwaredefekt. Tatsächlich liegen jedoch 80 % der Kommunikationsunterbrechungen auf der physikalischen Ebene – entweder ist ein Stecker lose oder die IP-Konfiguration fehlerhaft. Beginnen Sie die Diagnose daher immer mit der Prüfung der Port-LEDs am Switch.“ Schritt 5: Die Buslast prüfen. Wenn mehr als 8 Stationen an einem Switch angeschlossen sind oder das Datenaufkommen hoch ist, wird empfohlen, die Switches zu kaskadieren oder das Netzwerk zu segmentieren.

Zeitüberschreitung bei der Kommunikation mit dem Frequenzumrichter

Meldet die PLC eine Zeitüberschreitung in der Kommunikation mit dem Frequenzumrichter, ist wie folgt vorzugehen: Schritt 1: Die Einstellung der PROFINET-Zykluszeit überprüfen. Für das Brückenkransystem wird der RT-Modus mit einer Zykluszeit von 4–8 ms empfohlen. Eine zu kurze Zykluszeit kann aufgrund von Störeinflüssen zu Zeitüberschreitungen führen. Schritt 2: Die Control Unit (CU) des Frequenzumrichters auf Fehler prüfen. Bei einer abnormalen PN-LED kann versucht werden, die CU-Einheit neu zu montieren oder nach einem Werksreset neu zu konfigurieren. Schritt 3: Mit einem Laptop direkt am PN-Port des Frequenzumrichters die Kommunikation testen, um einen Defekt des Switch-Ports auszuschließen.

Sensorausfall am Kran identifizieren

Sensorausfälle machen etwa 20 % der elektrischen Störungen aus. Typische Erscheinungsformen sind der Verlust des Encodersignals, der Ausfall von Endschaltern und Messabweichungen bei Temperatursensoren. Der Schwerpunkt der Diagnose liegt auf der Signalleitung und dem mechanischen Zustand des Sensors selbst.

Encoderstörung beheben

Ein Fehler am Hub-Encoder äußert sich typischerweise als Drehzahlabweichung am Frequenzumrichter (die Abweichung zwischen Soll- und Istwert überschreitet die Überwachungsschwelle). Vorgehensweise bei der Fehlersuche: Schritt 1: Sichtprüfung der Encoder-Kupplung auf festen Sitz (eine lose mechanische Verbindung zwischen Encoder und Motorwelle führt zu Rückführungsabweichungen). Die Kupplung muss neu befestigt und mit einer Wellenausrichtungsvorrichtung kalibriert werden. Schritt 2: Prüfung des Encoder-Kabels auf Beschädigungen. Das Encoder-Kabel ist ein hochflexibles Kabel, das bei längerem Betrieb mit der Laufkatze im Schleppkettensystem brechen kann. Messen Sie die Durchgängigkeit jeder Ader mit einem Multimeter. Schritt 3: Prüfung der Encoder-Stromversorgung (üblicherweise DC5V oder DC24V). Eine Spannungsabweichung von mehr als ±5 % kann zu fehlerhaften Encoder-Impulsen führen.

Störung des Endschalters

Eine Störung des Endschalters äußert sich dadurch, dass die Anlage nach Auslösung des Endschalters weiterläuft (Ausfall des Sicherheitskreises) oder dass bei nicht ausgelöstem Endschalter eine Endschalterstörung gemeldet wird. Vorgehensweise bei der Fehlersuche: Schritt 1: Messen Sie mit einem Multimeter die Durchgängigkeit des Öffnerkontakts des Endschalters (im nicht ausgelösten Zustand muss der Kontakt durchgängig sein). Die Kontakte der Endschalter sind in staubgeschützten Einsätzen über längere Zeit Oxidation und damit verbundenen Kontaktproblemen ausgesetzt. Schritt 2: Prüfen Sie, ob die Position des mechanischen Anschlags verschoben ist. Die Position des Anschlags für den Hubhöhenbegrenzer ändert sich langsam durch die Dehnung des Drahtseils und muss daher vierteljährlich neu eingestellt werden. Gemäß der Regelung TSG Q7015-2016 für die regelmäßige Inspektion von Hebezeugen ist der Hubhöhenbegrenzer als Sicherheitsvorrichtung der Klasse A einzustufen und vierteljährlich einer Funktionsprüfung zu unterziehen; die Ergebnisse sind zu dokumentieren. Schritt 3: Prüfen Sie, ob der DI-Modul-Kanal, an den das Endschaltersignal angeschlossen ist, ordnungsgemäß funktioniert. Die LED-Anzeigeleuchte des DI-Punkts in der SPS kann als Referenz herangezogen werden.

Störung analoger Sensoren

Störungen analoger Sensoren wie Temperatursensoren oder Strommessumformern äußern sich in unplausiblen Werten in der SPS (außerhalb des Messbereichs oder konstant). Vorgehensweise bei der Fehlersuche: Schritt 1: Stellen Sie sicher, dass die Sensorversorgung (24V Gleichstrom) korrekt ist, und messen Sie die Spannung an den Klemmen des Messumformers. Schritt 2: Trennen Sie die Sensorverkabelung und testen Sie mit einem Signalgenerator, der ein Standardsignal (4~20mA oder PT100-Widerstand) simuliert, ob der AI-Modul-Kanal der SPS einwandfrei funktioniert. Schritt 3: Stellen Sie sicher, dass der Messbereich des Messumformers mit dem SPS-Programm übereinstimmt.

Werkzeuge und Dokumentation für die Kranfehlersuche

Für die Fehlersuche an der elektrischen Krananlage sind folgende Grundwerkzeuge erforderlich: Multimeter (zur Messung von Spannung, Widerstand und Durchgängigkeit), Stromzange (zur Messung des dreiphasigen Motorstroms), Isolationsmessgerät (500V/1000V zur Messung des Isolationswiderstands), Signalgenerator (zur Simulation von 4~20mA- oder PT100-Signalen zum Testen der AI-Kanäle) sowie ein Laptop mit installierter TIA-Portal-Software für den direkten Zugriff auf das SPS-Programm.

Bei jeder Fehlersuche sind folgende Informationen zu dokumentieren: Zeitpunkt des Auftretens, Fehlercode und beobachtetes Verhalten, Betriebszustand der Anlage zum Zeitpunkt des Fehlers (Last, Geschwindigkeit, Betriebsart), die einzelnen Schritte der Fehlersuche mit jeweiligem Ergebnis sowie die endgültige Fehlerursache und die durchgeführte Reparatur. Das Fehlerprotokoll bildet die Datengrundlage für die vorbeugende Wartung. Kelude empfiehlt die Verwendung standardisierter Fehlerprotokoll-Vorlagen, eine vierteljährliche statistische Auswertung der Fehlerursachenverteilung sowie die Ableitung eines vorbeugenden Wartungsplans für häufig auftretende Fehlertypen. Hinweise zur regelmäßigen Inspektion des elektrischen Systems und zu den Prüfintervallen der Sicherheitseinrichtungen finden Sie im Abschnitt zum Steuerkreis und Sicherheitskreis der elektrischen Krananlage.

Schnellübersicht der Fehlercodes für Brückenkrane

Häufige Fragen und Antworten (FAQ)