Fehlersuche in Steuerungen

Eine Anlage steht. Das Förderband läuft nicht an, der Zylinder fährt nicht aus, die Lampe am Bedienpult bleibt dunkel. Jetzt zählt nicht, wer am schnellsten irgendein Bauteil tauscht, sondern wer den Fehler am schnellsten richtig eingrenzt. Genau das unterscheidet planloses Probieren von echter Fehlersuche: ein geordnetes Vorgehen, das vom Symptom ausgeht und den Fehler Schritt für Schritt auf eine konkrete Ursache einkreist.

Steuerungen sehen sehr unterschiedlich aus — die eine ist eine reine Schützsteuerung mit Relais und Klemmen, die andere eine SPS mit Sensorik und Stellgliedern. Trotzdem folgen fast alle demselben Grundaufbau. Wer diesen Aufbau im Kopf hat, weiß sofort, wo ein Fehler überhaupt sitzen kann — und in welcher Reihenfolge man sucht.

Dieser Beitrag erklärt die Fehlersuche von Grund auf: erst die Signalkette als gemeinsames Gerüst, dann die typischen Fehlerarten, danach die sicherheitskritischen Fehler Drahtbruch und Kurzschluss, anschließend das praktische Messen und Eingrenzen am Schaltschrank, und zum Schluss zwei durchgespielte Fallbeispiele aus der Praxis.

Vorwissen

Schütze und Relais
Was ist eine SPS? Aufbau und Funktion
Sensor-Anschlussarten: 2/3/4-Leiter, PNP/NPN

Lernziele

Nach diesem Beitrag kannst du:

den Aufbau einer Steuerung als Signalkette beschreiben und einen Fehler einer ihrer Stufen zuordnen
die typischen Fehlerarten in Steuerungen unterscheiden und nach Ursachengruppen einordnen
erklären, warum eine Schaltung nach dem Ruhestromprinzip einen Drahtbruch sicher erkennt, eine nach dem Arbeitsstromprinzip dagegen nicht
mit Spannungs- und Durchgangsmessung sowie dem Halbierungsprinzip einen Fehler systematisch eingrenzen
die Hardware-Diagnose über Status-LEDs an der SPS von der Software-Diagnose abgrenzen

1. Die Signalkette einer Steuerung

Jede Steuerung tut im Grunde dasselbe: Sie nimmt Information auf, verarbeitet sie und löst eine Reaktion aus. Diese drei Schritte bilden eine Signalkette — eine Wirkkette, in der das Signal von einem Glied zum nächsten weitergegeben wird.

Stell dir eine einfache Bandsteuerung vor. Ein Sensor meldet „Werkstück da“, die Steuerung entscheidet „Band einschalten“, und ein Schütz schaltet den Motor ein. In Stufen aufgeschlüsselt:

Geber/Sensor → Eingang → Verarbeitung → Ausgang → Stellglied/Aktor

Geber/Sensor: liefert die Information. Ein Endschalter, ein Näherungsschalter, ein Taster, ein Druckschalter.
Eingang: die Stelle, an der das Signal in die Steuerung gelangt — eine Eingangsklemme bei der Schützsteuerung, eine Eingangskarte bei der SPS.
Verarbeitung: hier wird entschieden. Bei der klassischen Steuerung übernimmt das die Verdrahtung der Schütze und Relais selbst, bei der SPS das Programm.
Ausgang: das Ergebnis der Entscheidung verlässt die Steuerung — über einen Schützkontakt oder eine Ausgangsklemme der SPS.
Stellglied/Aktor: setzt die Entscheidung in Bewegung um. Ein Schütz, ein Motor, ein Ventil, eine Meldeleuchte.

Der Wert dieser Sichtweise zeigt sich genau dann, wenn etwas nicht funktioniert. Ein Fehler sitszt immer in einem dieser Glieder oder in der Verbindung dazwischen. Wer die Kette kennt, sucht nicht wahllos, sondern geht sie gezielt durch: Kommt das Signal vom Sensor? Erreicht es den Eingang? Reagiert die Verarbeitung? Wird der Ausgang geschaltet? Bewegt sich der Aktor?

Steuerstromkreis und Laststromkreis

Eine zweite Trennung ist für die Fehlersuche genauso wichtig wie die Signalkette: die zwischen Steuerstromkreis und Laststromkreis.

Der Steuerstromkreis ist der „denkende“ Teil — Taster, Sensoren, Schützspulen, SPS-Ein- und -Ausgänge. Er arbeitet oft mit kleiner Spannung (häufig 24 V Gleichspannung) und kleinen Strömen.

Der Laststromkreis ist der „arbeitende“ Teil — die Hauptkontakte der Schütze, die den Motor mit der vollen Netzspannung versorgen. Hier fließen die großen Ströme.

Ein Schütz verbindet beide Welten: Seine Spule sitzt im Steuerstromkreis, seine Hauptkontakte im Laststromkreis. Diese Trennung hilft bei der Fehlersuche enorm. Beispiel: Der Motor läuft nicht an, aber das Schütz zieht hörbar an. Dann liegt der Fehler nicht im Steuerstromkreis, sondern im Laststromkreis — ein Hauptkontakt, eine Motorzuleitung, der Motor selbst. Zieht das Schütz dagegen gar nicht an, sucht man im Steuerstromkreis.

Die Versorgung als eigene Schicht

Über allem liegt die Spannungsversorgung. Fehlt die Steuerspannung — etwa weil ein Steuertrafo, ein Netzteil oder eine Steuersicherung defekt ist — funktioniert kein einziges Glied der Kette. Bevor man sich in die Signalkette vertieft, lohnt deshalb immer der erste Blick: Ist die Versorgung überhaupt da? Ein durchgebranntes 24-V-Netzteil legt eine ganze SPS-Steuerung lahm und sieht im Programm wie ein „Totalausfall“ aus, obwohl die Logik völlig in Ordnung ist.

Bei einer Bandsteuerung läuft der Motor nicht an, das zugehörige Schütz zieht jedoch hörbar an und seine Steuerkontakt-Meldeleuchte leuchtet. Wo ist der Fehler am wahrscheinlichsten zu suchen?

a) Im Laststromkreis — Hauptkontakt, Motorzuleitung oder Motor
b) An der Schützspule im Steuerstromkreis
c) Am Sensor, der das Werkstück meldet
d) In der Spannungsversorgung der gesamten Steuerung

Richtig: a)

Erklärung: Dass das Schütz anzieht, beweist, dass der Steuerstromkreis bis zur Spule funktioniert und auch die Versorgung vorhanden ist — Spule, Sensor und Gesamtversorgung scheiden damit aus. Trotzdem dreht der Motor nicht. Also liegt der Fehler hinter dem Schütz, im Laststromkreis: ein verschweißter oder nicht schließender Hauptkontakt, eine unterbrochene Motorzuleitung oder ein Motorschaden. Die saubere Trennung von Steuer- und Laststromkreis grenzt den Fehler hier in einem einzigen Schritt ein.

Warum lohnt es sich, bei einem scheinbaren „Totalausfall“ einer SPS-Steuerung zuerst die Versorgungsspannung zu prüfen, bevor man das Programm untersucht?

a) Weil das Programm bei jedem Fehler automatisch gelöscht wird
b) Weil ein defektes Versorgungsnetzteil die gesamte Kette lahmlegt und wie ein Logikfehler aussieht
c) Weil die Versorgungsspannung den Programmablauf inhaltlich verändert
d) Weil ohne Messung der Versorgung kein Sensor angeschlossen werden darf

Richtig: b)

Erklärung: Fehlt die Versorgungsspannung, arbeitet kein Glied der Signalkette — kein Eingang wird eingelesen, keine Verarbeitung läuft, kein Ausgang schaltet. Von außen wirkt das wie ein kompletter Steuerungsausfall, obwohl die Logik fehlerfrei ist. Ein Spannungsausfall löscht das Programm nicht und verändert seinen Inhalt nicht, und mit einer Anschlussvorschrift für Sensoren hat die Prüfung nichts zu tun.

2. Fehlerarten in Steuerungen

Bevor man misst, hilft ein klares Bild davon, welche Arten von Fehlern es überhaupt gibt. Das lenkt die Suche und verhindert, dass man sich an der erstbesten Vermutung festbeißt.

Nach dem Auftreten: sporadisch oder dauerhaft

Ein dauerhafter Fehler ist immer da. Die Anlage steht und bleibt stehen. Solche Fehler sind unangenehm, aber dankbar — man kann in Ruhe messen, das Symptom ändert sich nicht.

Ein sporadischer Fehler kommt und geht. Mal läuft die Anlage stundenlang, dann fällt sie kurz aus und läuft wieder. Diese Fehler sind die schwierigsten. Typische Ursachen: ein Wackelkontakt, eine Klemme, die sich durch Vibration löst, ein Kabel mit einem fast durchgescheuerten Ader, ein Bauteil, das erst bei Betriebstemperatur aussetzt. Wer einen sporadischen Fehler jagt, dokumentiert: Wann tritt er auf? Bei welcher Bewegung? Bei welcher Temperatur?

Nach dem Umfang: Total- oder Teilausfall

Beim Totalausfall geht gar nichts mehr — das deutet oft auf Versorgung oder eine zentrale Sicherung hin. Beim Teilausfall funktioniert ein Teil der Anlage, ein anderer nicht. Hier hilft die Frage: Was haben die ausgefallenen Funktionen gemeinsam? Vielleicht hängen sie an derselben Sicherung, demselben Sensor, demselben SPS-Ausgang.

Nach der Ursache

Die meisten Steuerungsfehler lassen sich einer dieser Gruppen zuordnen:

Ursachengruppe	Typische Beispiele
Verdrahtung / Kontakt	Drahtbruch, lockere Klemme, Wackelkontakt, oxidierter Kontakt
Bauteildefekt	defektes Schütz oder Relais, durchgebrannte Sicherung, defektes Netzteil
Sensorfehler	Verschmutzung, Dejustage, falsche Schaltlogik (PNP/NPN), Sensor defekt
Versorgungsfehler	Steuerspannung fehlt oder ist zu niedrig, Trafo oder Netzteil defekt
Logik- / Parameterfehler	falsche Programmlogik, fehlerhafte Parameterwerte, falsch verdrahtete Logik bei Schützsteuerungen

Eine zweite, gröbere Einteilung hilft beim ersten Zugriff: Ist der Fehler mechanisch (ein Stellglied klemmt, ein Schaltnocken ist verstellt), elektrisch (Spannung fehlt, Kontakt unterbrochen) oder logisch (alles ist elektrisch in Ordnung, aber die Verarbeitung entscheidet falsch)? Mechanische und elektrische Fehler findet man mit den Händen und dem Messgerät. Logische Fehler erfordern den Blick auf die Verschaltung oder das Programm.

Eine Maschine fällt unregelmäßig aus — mal läuft sie eine Stunde, mal nur Minuten, dann wieder normal. Welche Fehlerursache passt am besten zu diesem Verhalten?

a) Ein durchgebranntes Versorgungsnetzteil
b) Eine falsch gewählte SPS-Programmlogik
c) Ein Wackelkontakt an einer durch Vibration gelockerten Klemme
d) Eine dauerhaft fehlende Steuerspannung

Richtig: c)

Erklärung: Das Kommen-und-Gehen ist das Kennzeichen eines sporadischen Fehlers, und der klassische Auslöser dafür ist ein mechanisch instabiler Kontakt — eine gelockerte Klemme, die je nach Vibration oder Temperatur mal Kontakt hat und mal nicht. Ein durchgebranntes Netzteil und eine fehlende Steuerspannung erzeugen einen dauerhaften Ausfall, kein Kommen-und-Gehen. Ein Logikfehler im Programm würde sich reproduzierbar bei denselben Bedingungen zeigen, nicht zufällig.

An einer Anlage fallen mehrere Funktionen gleichzeitig aus, andere laufen normal weiter. Welche Überlegung führt am schnellsten zur Ursache?

a) Alle ausgefallenen Funktionen einzeln nacheinander komplett neu verdrahten
b) Sofort die SPS gegen ein Ersatzgerät tauschen
c) Annehmen, dass es sich um voneinander unabhängige Einzelfehler handelt
d) Prüfen, was die ausgefallenen Funktionen gemeinsam haben — Sicherung, Sensor oder Ausgang

Richtig: d)

Erklärung: Ein Teilausfall mehrerer Funktionen weist fast immer auf eine gemeinsame Wurzel hin — eine zusammengefasste Versorgung, eine gemeinsame Sicherung, einen geteilten Sensor oder Ausgang. Die Suche nach dieser Gemeinsamkeit grenzt den Fehler in einem Schritt ein. Mehrere unabhängige Fehler zur exakt gleichen Zeit sind sehr unwahrscheinlich. Komplettes Neuverdrahten und der vorschnelle SPS-Tausch sind teuer, zeitraubend und treffen die Ursache meist nicht.

3. Drahtbruch, Kurzschluss und das Ruhestromprinzip

Manche Fehler sind nicht nur lästig, sie sind gefährlich — weil die Steuerung sie unter Umständen gar nicht bemerkt. Das betrifft vor allem zwei Klassiker: den Drahtbruch und den Kurzschluss. Wie eine Steuerung darauf reagiert, hängt entscheidend davon ab, nach welchem Prinzip ihre Sicherheitsfunktionen verdrahtet sind.

Zwei Prinzipien

Beim Arbeitsstromprinzip löst ein Signal die Aktion aus, indem Strom fließt. Ein Schließer-Kontakt wird betätigt, Strom fließt, etwas schaltet ein. Solange kein Strom fließt, passiert nichts.

Beim Ruhestromprinzip ist es umgekehrt: Im sicheren Normalzustand fließt dauerhaft ein Ruhestrom. Erst wenn dieser Strom unterbrochen wird, löst die Aktion aus. Das klingt zunächst umständlich, hat aber einen entscheidenden Vorteil bei der Fehlersuche und der Sicherheit.

Warum der Unterschied zählt

Stell dir einen Not-Halt-Taster vor, der eine Maschine im Gefahrenfall abschalten soll.

Verdrahtet nach dem Arbeitsstromprinzip (als Schließer): Im Normalbetrieb fließt kein Strom durch den Taster. Erst beim Drücken fließt Strom und löst das Abschalten aus. Jetzt das Problem: Bricht der Draht zum Taster, oder löst sich eine Klemme, dann kann beim Drücken kein Strom mehr fließen — der Not-Halt funktioniert nicht mehr, und niemand merkt es, bis es zu spät ist. Der Drahtbruch bleibt unbemerkt.

Verdrahtet nach dem Ruhestromprinzip (als Öffner): Im Normalbetrieb fließt ständig ein Ruhestrom. Beim Drücken des Tasters wird dieser Strom unterbrochen und löst das Abschalten aus. Der entscheidende Punkt: Ein Drahtbruch unterbricht denselben Strom wie das Drücken des Tasters. Die Maschine geht also in den sicheren Zustand — sie schaltet ab — auch dann, wenn nur ein Draht reißt. Der Fehler kann sich nicht verstecken, er macht sich sofort durch das Auslösen bemerkbar.

Deshalb werden sicherheitsrelevante Funktionen — Not-Halt, Schutztürüberwachung und Ähnliches — nach dem Ruhestromprinzip ausgelegt. Ein Drahtbruch führt dann nicht zum gefährlichen Versagen, sondern zum sicheren Abschalten.

Drahtbruch und Kurzschluss bei der Suche

Für die Fehlersuche heißt das ganz praktisch:

Ein Drahtbruch unterbricht den Strompfad. Im Messgerät zeigt sich das als fehlender Durchgang im spannungsfreien Zustand oder als „Spannung an einer Seite vorhanden, an der anderen nicht“ unter Spannung. Bei einer ruhestromüberwachten Schaltung verrät sich der Drahtbruch von selbst durch das ausgelöste Sicherheitssignal.
Ein Kurzschluss ist die ungewollte Verbindung zweier Leiter. Er kann eine Sicherung auslösen oder einen Eingang dauerhaft auf „Signal vorhanden“ ziehen, obwohl der Sensor gar nicht ausgelöst hat. Ein Eingang, der „immer an“ ist, obwohl nichts den Sensor betätigt, ist ein typisches Kurzschlusssymptom — etwa durch eine durchgescheuerte Isolierung oder eingedrungene Feuchtigkeit.

Ein Not-Halt-Kreis ist nach dem Ruhestromprinzip verdrahtet. Was passiert, wenn im laufenden Betrieb eine Ader im Not-Halt-Kreis bricht?

a) Nichts — der Fehler bleibt unbemerkt bis zum nächsten Drücken des Tasters
b) Die Maschine geht in den sicheren Zustand und schaltet ab
c) Der Eingang wird dauerhaft auf „Signal vorhanden“ gezogen
d) Die Steuerspannung steigt unzulässig an

Richtig: b)

Erklärung: Beim Ruhestromprinzip fließt im sicheren Normalzustand ständig ein Strom; das Auslösen erfolgt durch dessen Unterbrechung. Ein Drahtbruch unterbricht genau diesen Ruhestrom und wirkt damit wie ein gedrückter Not-Halt — die Maschine schaltet ab. Genau das ist der Sicherheitsgewinn gegenüber dem Arbeitsstromprinzip, bei dem der Drahtbruch unbemerkt bliebe. Ein dauerhaftes „Signal vorhanden“ ist ein Kurzschlusssymptom, kein Drahtbruch, und mit der Spannungshöhe hat der Vorgang nichts zu tun.

Ein induktiver Sensor ist nicht betätigt, trotzdem meldet der zugehörige SPS-Eingang dauerhaft „1″. Welche Ursache ist am plausibelsten?

a) Ein Drahtbruch in der Sensorzuleitung
b) Eine zu niedrige Versorgungsspannung des Sensors
c) Ein Kurzschluss, der den Eingang dauerhaft auf Signal zieht
d) Ein falsch eingestellter Zeitbaustein im Programm

Richtig: c)

Erklärung: Ein dauerhaft auf „1″ stehender Eingang trotz unbetätigtem Sensor ist ein klassisches Kurzschlusssymptom — etwa durch durchgescheuerte Isolierung oder Feuchtigkeit, die den Eingang auf Signalpotential legt. Ein Drahtbruch hätte den gegenteiligen Effekt, der Eingang bliebe auf „0″. Eine zu niedrige Versorgungsspannung führt eher zu unzuverlässigem oder fehlendem Signal, nicht zu einem festklemmenden „1″. Ein Zeitbaustein verändert den Zeitverlauf eines Signals, erzeugt aber kein dauerhaftes Festhängen auf der Eingangsebene.

4. Eingrenzen mit Messgerät und Logik

Jetzt geht es ans konkrete Vorgehen am Schaltschrank. Das Werkzeug der Wahl ist das Multimeter — und die wichtigste Fähigkeit ist nicht das Messen selbst, sondern das logische Eingrenzen.

Erst beobachten, dann messen

Bevor das Messgerät zum Einsatz kommt, liefert das bloße Hinsehen oft schon die halbe Antwort. Ziehen die Schütze an, hört man sie klacken? Leuchten Meldeleuchten? Riecht es verschmort? Sind Sicherungen ausgelöst? Diese kostenlose Bestandsaufnahme ordnet den Fehler schon grob ein, bevor man eine einzige Messung macht.

Spannung messen — unter Spannung

Die Spannungsmessung beantwortet die Frage: Kommt das Signal hier an? Man misst an definierten Punkten der Signalkette gegen Bezugspotential:

Liegt die Steuerspannung überhaupt an? (z. B. 24 V am Netzteilausgang)
Liegt Spannung am Sensorausgang an, wenn der Sensor betätigt ist?
Kommt diese Spannung am Eingang der Steuerung an?
Schaltet der Ausgang durch, liegt also Spannung am Stellglied an?

So wandert man die Kette entlang und findet die Stelle, an der die Spannung „verschwindet“ — dort sitzt der Fehler.

Durchgang messen — spannungsfrei

Die Durchgangs- oder Widerstandsmessung beantwortet die Frage: Ist diese Verbindung in Ordnung? Sie wird immer im spannungsfreien Zustand durchgeführt — die Anlage ist freigeschaltet. Damit prüft man Leitungen auf Drahtbruch, Kontakte auf Durchgang und Schaltglieder auf ihre Funktion. Ein Öffner muss im Ruhezustand Durchgang haben, ein Schließer keinen — und umgekehrt, wenn man sie betätigt.

Vor jedem Arbeiten unter und ohne Spannung gelten die anerkannten Sicherheitsregeln der Elektrotechnik. Die Einzelheiten dazu sind ein eigenes Thema; hier nur der Grundsatz: Spannungsfrei wird erst gearbeitet, wenn die Spannungsfreiheit auch wirklich festgestellt wurde.

Status-LEDs an der SPS als Diagnosehilfe

Bei einer SPS-Steuerung die Status-LEDs an den Ein- und Ausgangskarten ein mächtiges, oft unterschätztes Werkzeug — und das auf reiner Hardware-Ebene, ganz ohne Programmiergerät:

Leuchtet die LED am Eingang, wenn der Sensor betätigt wird? Wenn nicht, sitzt der Fehler zwischen Sensor und Eingang — nicht im Programm.
Leuchtet die LED am Ausgang, wenn die Logik schalten sollte? Wenn ja, aber der Aktor bewegt sich nicht, liegt der Fehler hinter dem Ausgang — Verdrahtung, Stellglied, Versorgung des Laststromkreises.

Mit den Eingangs- und Ausgangs-LEDs lässt sich die Signalkette also genau an der Schnittstelle zur SPS aufteilen: Stimmt das Eingangssignal, aber der Ausgang schaltet nicht, obwohl er sollte, dann liegt es an der Verarbeitung. Stimmt schon das Eingangssignal nicht, ist die Hardware davor schuld.

Für die tiefere Software-Diagnose — das Online-Beobachten des Programms, der Bausteinstatus, Querverweislisten — kommen die Werkzeuge der Programmiersoftware ins Spiel. Das ist ein eigenes Thema und wird im Beitrag zur SPS-Diagnose behandelt. Hier bleiben wir bewusst auf der Hardware- und Messebene.

Das Halbierungsprinzip

Bei einer langen Signalkette wäre es mühsam, jedes Glied einzeln von vorne nach hinten durchzumessen. Schneller geht es mit dem Halbierungsprinzip: Man misst nicht am Anfang, sondern in der Mitte der Kette.

Ist das Signal in der Mitte noch in Ordnung, liegt der Fehler in der hinteren Hälfte — die vordere kann man abhaken. Ist das Signal in der Mitte schon weg, liegt der Fehler in der vorderen Hälfte. Mit jeder Messung halbiert sich der verdächtige Bereich. Eine Kette aus acht Gliedern ist so in drei Messungen eingegrenzt statt in sieben. Je länger die Kette, desto größer der Gewinn.

Das Halbierungsprinzip funktioniert für jede Art von Kette — den elektrischen Strompfad genauso wie die logische Reihenfolge der Bedingungen, die erfüllt sein müssen, damit ein Ausgang schaltet.

Bei einer SPS-Steuerung leuchtet die Eingangs-LED, wenn der Sensor betätigt wird, aber die zugehörige Ausgangs-LED bleibt dunkel, obwohl der Ausgang laut Anforderung schalten müsste. Wo liegt der Fehler?

a) In der Verdrahtung zwischen Sensor und Eingang
b) Im Stellglied hinter dem Ausgang
c) In der Versorgungsspannung der gesamten SPS
d) In der Verarbeitung, also in der Logik oder im Programm

Richtig: d)

Erklärung: Die leuchtende Eingangs-LED beweist, dass das Signal sauber bis in die SPS gelangt — die Strecke Sensor–Eingang ist also in Ordnung. Die dunkle Ausgangs-LED zeigt, dass die Steuerung den Ausgang gar nicht erst ansteuert; der Fehler liegt damit in der Verarbeitung zwischen Eingang und Ausgang. Ein Fehler im Stellglied würde sich erst hinter einer leuchtenden Ausgangs-LED zeigen, und eine fehlende Gesamtversorgung würde auch die Eingangs-LED dunkel lassen.

Eine Signalkette besteht aus acht hintereinanderliegenden Gliedern. Mit dem Halbierungsprinzip — wie viele gezielte Messungen sind im ungünstigsten Fall nötig, um das fehlerhafte Glied einzugrenzen?

a) Etwa drei Messungen
b) Genau eine Messung
c) Sieben Messungen, also jedes Glied einzeln
d) Acht Messungen, also jedes Glied plus die Versorgung

Richtig: a)

Erklärung: Beim Halbierungsprinzip wird der verdächtige Bereich mit jeder Messung etwa halbiert: 8 → 4 → 2 → 1. Das sind rund drei Messungen, um aus acht Gliedern das eine fehlerhafte herauszufiltern. Das einzelne Durchmessen von vorne nach hinten bräuchte bis zu sieben Schritte — genau diesen Aufwand spart das Verfahren. Eine einzelne Messung kann höchstens grob in „vorne oder hinten“ trennen, aber nicht das genaue Glied benennen; acht Messungen wären sogar mehr als das vollständige Einzeldurchmessen.

5. Vom Symptom zur Ursache — ein roter Faden

Die einzelnen Techniken ergeben erst dann eine schnelle Fehlersuche, wenn man sie in einer sinnvollen Reihenfolge anwendet. Ein bewährter roter Faden:

Symptom genau erfassen. Was funktioniert nicht, was funktioniert noch? Seit wann? Wurde etwas verändert — eine Reparatur, ein Werkzeugwechsel, ein Softwareupdate? Veränderungen sind die häufigsten Auslöser.
Versorgung prüfen. Liegt die Steuerspannung an? Sind Sicherungen in Ordnung? Dieser eine Blick erspart oft die ganze weitere Suche.
Beobachten. Schütze, Meldeleuchten, Status-LEDs, Gerüche, Geräusche.
Bereich eingrenzen. Steuerstromkreis oder Laststromkreis? Vordere oder hintere Hälfte der Kette (Halbierungsprinzip)?
Gezielt messen. Spannung unter Spannung, Durchgang spannungsfrei — genau an der eingegrenzten Stelle.
Ursache benennen und beheben. Erst wenn die Ursache feststeht, wird repariert oder getauscht — nicht auf Verdacht.
Funktion prüfen und dokumentieren. Läuft die Anlage wieder vollständig? Was war die Ursache? Eine kurze Notiz hilft beim nächsten Mal, besonders bei wiederkehrenden Fehlern.

Der wichtigste Grundsatz steckt in Schritt 6: nicht raten, sondern wissen. Bauteile auf Verdacht zu tauschen ist teuer, kostet Zeit und führt oft dazu, dass die eigentliche Ursache unentdeckt bleibt und der Fehler wiederkommt.

Fallbeispiel 1: Band läuft nicht an

Symptom: Ein Förderband startet nach dem Drücken des Start-Tasters nicht. Andere Anlagenteile laufen normal.

Schritt für Schritt: Die Versorgung ist da, andere Teile laufen ja. Beim Beobachten fällt auf — das Bandschütz zieht beim Drücken des Tasters nicht an. Der Fehler sitzt also im Steuerstromkreis, vor der Schützspule. Mit dem Halbierungsprinzip wird in der Mitte des Steuerstrompfads gemessen: Bis zum Motorschutzrelais liegt Spannung an, dahinter nicht. Die spannungsfreie Durchgangsprüfung am Hilfskontakt des Motorschutzrelais zeigt: kein Durchgang. Das Motorschutzrelais hat ausgelöst — vermutlich wegen einer vorangegangenen Überlast. Ursache benannt, Relais zurückgesetzt, Auslöseursache geklärt, Band läuft.

Hätte man hier blind das Schütz getauscht, wäre das Band weiter gestanden — und die Überlast-Ursache unentdeckt geblieben.

Fallbeispiel 2: Sporadischer Stillstand

Symptom: Eine Anlage stoppt unregelmäßig für Sekundenbruchteile und läuft dann weiter. Kein klares Muster.

Das Kommen-und-Gehen weist auf einen sporadischen Fehler hin, typischerweise einen kontakt oder eine bewegliche Leitung. Beim Beobachten zeigt sich: Immer wenn ein bestimmter Greifer in eine Endlage fährt, flackert die Eingangs-LED des Endlagensensors. Der Sensor sitzt an einer Schleppkette. Die spannungsfreie Durchgangsprüfung der Sensorleitung — beim vorsichtigen Bewegen der Schleppkette — zeigt aussetzenden Durchgang. Eine Ader ist durch das ständige Biegen fast durchgescheuert. Leitung getauscht, Fehler weg.

Hier war die genaue Beobachtung der Schlüssel: Erst die Verknüpfung „Fehler tritt bei bestimmter Bewegung auf“ führte zur beweglichen Leitung als Verdächtigem.

Ein Förderband startet nach dem Start-Taster nicht, das Bandschütz zieht dabei nicht an, und andere Anlagenteile laufen normal. Was ist der sinnvollste nächste Schritt?

a) Sofort das Bandschütz gegen ein neues tauschen
b) Den Laststromkreis und die Motorzuleitung durchmessen
c) Im Steuerstromkreis vor der Schützspule messen, etwa am Hilfskontakt des Motorschutzrelais
d) Die zentrale Versorgungsspannung der gesamten Anlage prüfen

Richtig: c)

Erklärung: Dass das Schütz nicht anzieht, lokalisiert den Fehler im Steuerstromkreis vor der Spule — also genau dort sollte gemessen werden, etwa am Hilfskontakt des Motorschutzrelais, das häufig im Steuerpfad liegt. Der Laststromkreis käme erst infrage, wenn das Schütz anzöge, der Motor aber stünde. Die zentrale Versorgung ist offensichtlich vorhanden, weil andere Teile laufen. Der Schütztausch auf Verdacht verstößt gegen den Grundsatz, erst die Ursache zu kennen.

Bei einem sporadischen Stillstand flackert die Eingangs-LED eines Sensors immer dann, wenn ein Greifer in eine bestimmte Endlage fährt. Der Sensor sitzt an einer Schleppkette. Welche Vorgehensweise grenzt die Ursache am besten ein?

a) Die SPS gegen ein Ersatzgerät tauschen und abwarten
b) Den Sensor sofort durch ein anderes Fabrikat ersetzen
c) Das Programm auf einen falschen Zeitbaustein hin durchsuchen
d) Die Sensorleitung spannungsfrei auf Durchgang prüfen und dabei die Schleppkette bewegen

Richtig: d)

Erklärung: Die verknüpfung „Flackern genau bei einer bestimmten Bewegung“ und „Sensor an einer Schleppkette“ deutet stark auf eine mechanisch beanspruchte, fast durchgescheuerte Ader hin. Die spannungsfreie Durchgangsprüfung beim gleichzeitigen Bewegen der Kette macht genau diesen aussetzenden Kontakt sichtbar. SPS- oder Sensortausch auf Verdacht treffen die Ursache nicht und sind teuer. Ein Zeitbaustein würde ein reproduzierbares Zeitverhalten erzeugen, nicht ein bewegungsabhängiges Flackern.

6. Klassische Steuerung und SPS — was die Suche unterscheidet

Die Grundsätze der Fehlersuche gelten für beide Welten. Ein paar Unterschiede im praktischen Vorgehen sind aber wichtig.

Bei der klassischen Schützsteuerung

Hier ist die Logik fest verdrahtet — sie steckt in den Verbindungen zwischen den Schützen, Relais und Kontakten. Das hat einen Vorteil: Man kann den Stromfluss von Klemme zu Klemme physisch nachmessen und nachvollziehen. Der Stromlaufplan ist die Landkarte, und jeder Strompfad lässt sich mit dem Messgerät verfolgen. Der Nachteil: Bei umfangreichen Steuerungen wird das schnell unübersichtlich, und jede Änderung bedeutet umverdrahten.

Typische Anlaufstellen: Hilfskontakte (verschlissen, verschmutzt), Schützspulen (Spulenbruch), Motorschutzrelais (ausgelöst), Klemmen (locker), Sicherungen.

Bei der SPS-Steuerung

Hier ist die Hardware oft schlanker — Sensoren auf Eingangskarten, Aktoren auf Ausgangskarten, dazwischen das Programm. Die Hardware-Fehlersuche konzentriert sich auf die Peripherie: Kommt das Sensorsignal an der Eingangsklemme an (LED!)? Schaltet die Ausgangsklemme (LED!)? Ist die Karte selbst in Ordnung?

Der entscheidende Unterschied: Wenn die Eingänge korrekt anliegen und die Ausgänge trotzdem nicht wie erwartet schalten, liegt der Fehler in der Verarbeitung — und die ist beim SPS-System Software. Ab hier verlässt man die reine Hardware- und Messebene. Die Diagnose des laufenden Programms erfolgt mit den Werkzeuge der Programmiersoftware; das ist ein eigenständiges Thema und wird gesondert behandelt. Für die Hardware-Fehlersuche gilt: Mit den Status-LEDs lässt sich die Grenze zwischen Hardware-Fehler (vor dem Eingang oder hinter dem Ausgang) und Logik-Fehler (dazwischen) sehr genau ziehen.

Welche Aussage beschreibt einen grundlegenden Unterschied zwischen der Fehlersuche an einer klassischen Schützsteuerung und an einer SPS-Steuerung zutreffend?

a) Bei der Schützsteuerung ist die Logik verdrahtet und physisch nachmessbar, bei der SPS steckt sie in der Software
b) Bei der SPS gibt es keine Status-LEDs, deshalb ist nur die Schützsteuerung diagnostizierbar
c) Bei der Schützsteuerung spielt der Stromlaufplan keine Rolle für die Fehlersuche
d) Bei der SPS lässt sich the Laststromkreis grundsätzlich nicht messen

Richtig: a)

Erklärung: Der Kernunterschied ist die Natur der Logik: bei der Schützsteuerung fest verdrahtet und damit Klemme für Klemme nachmessbar, bei der SPS in Form eines Programms. Gerade die SPS bietet mit ihren Status-LEDs ein sehr praktisches Diagnosemittel. Der Stromlaufplan ist bei der Schützsteuerung die zentrale Landkarte der Suche, und auch bei SPS-Anlagen lässt sich der Laststromkreis ganz normal messen.

An einer SPS liegen alle benötigten Eingangssignale korrekt an (Eingangs-LEDs leuchten passend), der erwartete Ausgang schaltet aber nicht und seine Ausgangs-LED bleibt dunkel. Was folgt daraus für das weitere Vorgehen?

a) Die Sensorverdrahtung muss komplett erneuert werden
b) Der Fehler liegt in der Verarbeitung; die weitere Eingrenzung verlässt die reine Hardware-Ebene
c) Das Stellglied hinter dem Ausgang ist mit Sicherheit defekt
d) Die Versorgungsspannung der Eingangskarte ist zu niedrig

Richtig: b)

Erklärung: Korrekte Eingangssignale schließen einen Fehler vor und am Eingang aus; eine dunkle Ausgangs-LED zeigt, dass die Steuerung den Ausgang nicht ansteuert. Damit sitzt der Fehler in der Verarbeitung, und die weitere Analyse führt in die Programm- bzw. Software-Diagnose, also weg von der reinen Hardware-Messung. Die Sensorverdrahtung ist nachweislich in Ordnung, ein Neuverdrahten wäre sinnlos. Das Stellglied käme erst bei leuchtender Ausgangs-LED in Verdacht, und eine zu niedrige Eingangskarten-Versorgung würde die Eingangssignale stören, die hier ja korrekt anliegen.

Abschlusstest

Frage 1: Eine Anlage zeigt einen Totalausfall — nichts reagiert mehr. Welche Prüfung steht nach den anerkannten Grundsätzen der Fehlersuche ganz am Anfang?

a) Das SPS-Programm Zeile für Zeile durchlesen
b) Jeden Sensor einzeln ausbauen und einzeln testen
c) Sämtliche Schütze vorsorglich austauschen
d) Die Versorgungs- und Steuerspannung sowie die Sicherungen prüfen

Richtig: d)

Erklärung: Ein Totalausfall deutet stark auf eine gemeinsame Wurzel hin, und die naheliegendste ist die Versorgung. Der erste Griff gilt deshalb Steuerspannung und Sicherungen — diese eine Prüfung erspart oft die gesamte weitere Suche. Programmlesen, Einzeltest aller Sensoren und vorsorglicher Schütztausch sind aufwendig und treffen die wahrscheinlichste Ursache nicht zuerst.

Frage 2: Ein Not-Halt-Kreis ist nach dem Arbeitsstromprinzip statt nach dem Ruhestromprinzip verdrahtet. Worin besteht das sicherheitstechnische Problem?

a) Ein Drahtbruch im Not-Halt-Kreis bleibt unbemerkt und der Not-Halt versagt im Ernstfall
b) Der Kreis verbraucht im Normalbetrieb zu viel Energie
c) Der Not-Halt löst ständig grundlos aus
d) Die Steuerspannung muss verdoppelt werden

Richtig: a)

Erklärung: Beim Arbeitsstromprinzip löst der Not-Halt durch Stromfluss aus; im Normalbetrieb fließt kein Strom. Ein Drahtbruch fällt deshalb nicht auf — bis im Ernstfall gedrückt wird und mangels durchgehender Leitung nichts passiert. Genau das vermeidet das Ruhestromprinzip, bei dem ein Drahtbruch sofort sicher auslöst. Erhöhter Energieverbrauch, grundloses Auslösen und eine verdoppelte Spannung sind keine Folgen dieser Verdrahtungswahl.

Frage 3: Welche Messung wird grundsätzlich im spannungsfreien, freigeschalteten Zustand durchgeführt?

a) Die Spannungsmessung am Sensorausgang
b) Die Durchgangs- bzw. Widerstandsmessung an Leitungen und Kontakten
c) Die Messung, ob am Stellglied Spannung ankommt
d) Die Prüfung, ob die Steuerspannung am Netzteil anliegt

Richtig: b)

Erklärung: Durchgangs- und Widerstandsmessungen setzen einen spannungsfreien Stromkreis voraus — sonst werden Messgerät und Messung verfälscht oder gefährdet. Die übrigen drei sind ausdrücklich Spannungsmessungen, die nur unter Spannung sinnvoll sind, weil sie ja prüfen, ob und wo Spannung anliegt.

Frage 4: Bei einem Teilausfall fallen mehrere Funktionen gleichzeitig aus, andere arbeiten weiter. Welche Überlegung ist am zielführendsten?

a) Annehmen, dass mehrere unabhängige Fehler gleichzeitig aufgetreten sind
b) Alle Funktionen der Reihe nach neu verdrahten
c) Die Gemeinsamkeit der ausgefallenen Funktionen suchen — gemeinsame Sicherung, Sensor oder Ausgang
d) Die mechanischen Bauteile als einzige mögliche Ursache betrachten

Richtig: c)

Erklärung: Mehrere gleichzeitig ausgefallene Funktionen teilen mit hoher Wahrscheinlichkeit eine gemeinsame Ursache; deren Suche grenzt den Fehler in einem Schritt ein. Mehrere zeitgleiche unabhängige Fehler sind unwahrscheinlich. Komplettes Neuverdrahten ist unverhältnismäßig, und die Beschränkung auf mechanische Ursachen ignoriert die häufigeren elektrischen Fehler.

Frage 5: Wofür sind die Status-LEDs an den Ein- und Ausgangskarten einer SPS bei der Fehlersuche besonders nützlich?

a) Sie zeigen auf Hardware-Ebene, ob Signale an der Steuerung an- bzw. abgehen, und trennen so Hardware- von Logikfehlern
b) Sie zeigen den vollständigen Inhalt des Programms an
c) Sie ersetzen die Spannungsmessung im Laststromkreis vollständig
d) Sie leuchten nur, wenn das Programmiergerät angeschlossen ist

Richtig: a)

Erklärung: Die LEDs zeigen ohne Programmiergerät, ob ein Eingangssignal ankommt und ob ein Ausgang schaltet. Damit lässt sich die Grenze zwischen Hardware-Fehlern vor dem Eingang oder hinter dem Ausgang und Logikfehlern dazwischen ziehen. Den Programminhalt zeigen sie nicht, die Lastkreismessung ersetzen sie nicht, und sie arbeiten unabhängig vom Programmiergerät.

Frage 6: Warum gilt der Grundsatz, ein Bauteil erst zu tauschen, wenn die Ursache feststeht, statt „auf Verdacht“?

a) Weil Ersatzteile grundsätzlich nicht verfügbar sind
b) Weil der Verdachtstausch zwar Geld spart, aber langsamer ist
c) Weil ein getauschtes Bauteil immer sofort wieder ausfällt
d) Weil der Tausch auf Verdacht teuer ist, Zeit kostet und die eigentliche Ursache oft unentdeckt lässt

Richtig: d)

Erklärung: Der Tausch auf Verdacht bindet Material und Zeit und behebt häufig nur ein Symptom, während die wahre Ursache weiterbesteht und der Fehler zurückkehrt. Die Ersatzteilverfügbarkeit ist kein Argument für oder gegen das Vorgehen, der Verdachtstausch spart gerade kein Geld, und ein korrekt getauschtes Bauteil fällt nicht zwangsläufig sofort wieder aus.

Frage 7: An einer Schützsteuerung läuft der Motor nicht, obwohl das Schütz hörbar anzieht. Welcher Bereich ist zu untersuchen?

a) Die Schützspule im Steuerstromkreis
b) Der Start-Taster im Steuerstromkreis
c) Der Laststromkreis: Hauptkontakte, Motorzuleitung, Motor
d) Die Versorgung des gesamten Steuerstromkreises

Richtig: c)

Erklärung: Dass das Schütz anzieht, beweist einen funktionierenden Steuerstromkreis inklusive Spule, Taster und Versorgung. Der Motor steht trotzdem — also liegt der Fehler im Laststromkreis hinter dem Schütz: ein nicht schließender oder verschweißter Hauptkontakt, eine unterbrochene Zuleitung oder ein Motorschaden.

Frage 8: Eine lange Signalkette aus zahlreichen Gliedern soll möglichst schnell auf das fehlerhafte Glied eingegrenzt werden. Welches Vorgehen ist am effizientesten?

a) Jedes Glied von vorne nach hinten einzeln durchmessen
b) In der Mitte messen und die fehlerfreie Hälfte jeweils ausschließen (Halbierungsprinzip)
c) Mit dem letzten Glied beginnen und rückwärts jedes einzeln prüfen
d) Alle Glieder gleichzeitig austauschen

Richtig: b)

Erklärung: Das Halbierungsprinzip halbiert mit jeder Messung den verdächtige Bereich und braucht dadurch nur wenige Schritte statt eines vollständigen Einzeldurchgangs. Das stückweise Durchmessen von vorne oder hinten ist bei langen Ketten deutlich aufwendiger, und der gleichzeitige Austausch aller Glieder ist teuer und unsinnig.

Frage 9: Ein SPS-Eingang meldet dauerhaft „Signal vorhanden“, obwohl der angeschlossene Sensor gar nicht betätigt ist. Welche Ursache ist am wahrscheinlichsten und welche Lehre folgt daraus?

a) Ein Drahtbruch — man muss nur den Sensor selbst prüfen
b) Ein zu schwaches Netzteil — die Spannung muss erhöht werden
c) Ein Mechanikfehler im Stellglied am Ausgang
d) Ein Kurzschluss, der den Eingang auf Signal zieht — den Zustand am Eingang prüfen, nicht nur am Sensor

Richtig: d)

Erklärung: Ein festhängendes „Signal vorhanden“ ohne Sensorbetätigung ist typisch für einen Kurzschluss, der das Eingangspotential auf Signal legt. Die Lehre: Den Zustand dort prüfen, wo das Signal ankommt — am Eingang —, nicht nur am Geber. Ein Drahtbruch erzeugt das Gegenteil, nämlich kein Signal. Mit der Netzteilstärke hat das Bild nichts zu tun, und das Stellglied am Ausgang betrifft eine andere Stufe der Kette.

Frage 10: Beim Messen unter Spannung scheint an mehreren Pfaden gleichzeitig „keine Spannung“ vorzuliegen, obwohl die einzelnen Pfade in Ordnung sein müssten. Welche Ursache wird dabei leicht übersehen?

a) Ein defekter Sensor in einem der Pfade
b) Ein zu langes Messkabel am Multimeter
c) Ein unterbrochener gemeinsamer Rückleiter bzw. Bezugspotential
d) Ein einzelner ausgelöster Motorschutz

Richtig: c)

Erklärung: Liegt der Fehler im gemeinsamen Rückleiter, also N oder gemeinsame Masse, erscheint die Messung gegen dieses Bezugspotential an allen daran hängenden Pfaden gleichzeitig falsch — obwohl die einzelnen Pfade intakt sind. Ein einzelner Sensor- oder Motorschutzfehler beträfe nur einen Pfad, nicht mehrere zugleich. Die Messkabellänge spielt für dieses Bild keine Rolle.

Frage 11: Welche Fehlerursache steht in der Praxis erfahrungsgemäß an erster Stelle und sollte deshalb früh in Betracht gezogen werden?

a) Fehlerhafte Verbindungen — lockere Klemmen, gewanderte Adern, Wackelkontakte
b) Defekte Halbleiter in der SPS-Karte
c) Falsch ausgelegte Programmlogik
d) Verschleiß der Motorlager

Richtig: a)

Erklärung: Verbindungsfehler — gelockerte Klemmen, durch Vibration gewanderte Adern, oxidierte und wackelnde Kontakte — sind die mit Abstand häufigste Ursache für Steuerungsausfälle und sollten früh geprüft werden. Defekte Halbleiter, Logikfehler und Motorlagerverschleiß kommen vor, sind aber deutlich seltener und teurer in der Vorab-Annahme.

Frage 12: Ein Fehler tritt erst auf, nachdem an der Anlage eine Reparatur durchgeführt wurde. Welche Frage führt am schnellsten weiter?

a) Ob das Wetter sich geändert hat
b) Ob ein anderes Bauteil zufällig gleichzeitig ausgefallen ist
c) Ob die Anlage grundsätzlich überdimensioniert ist
d) Was bei der Reparatur konkret verändert oder umgeklemmt wurde

Richtig: d)

Erklärung: Veränderungen unmittelbar vor dem Auftreten eines Fehlers sind die häufigsten Auslöser. Die gezielte Frage nach dem, was bei der Reparatur verändert oder umgeklemmt wurde, führt schnell zur Ursache — etwa eine vertauschte Ader oder eine gelockerte Klemme. Wetter und Überdimensionierung sind hier irrelevant, und ein zufälliger gleichzeitiger Zweitausfall ist unwahrscheinlich gegenüber der naheliegenden Verknüpfung mit der Reparatur.

Glossar

Signalkette: Wirkkette einer Steuerung vom Sensor über Eingang und Verarbeitung bis zu Ausgang und Aktor; sie gibt die Reihenfolge vor, in der Fehler gesucht werden.
Steuerstromkreis: der „denkende“ Teil einer Steuerung mit kleiner Spannung und kleinen Strömen, der Taster, Sensoren, Schützspulen und SPS-Ein-/Ausgänge umfasst.
Laststromkreis: der „arbeitende“ Teil einer Steuerung, in dem über die Hauptkontakte der Schütze die großen Ströme zum Antrieb fließen.
Sporadischer Fehler: ein Fehler, der unregelmäßig kommt und geht; meist durch instabile Kontakte oder beanspruchte Leitungen verursacht und schwerer zu finden als ein dauerhafter Fehler.
Arbeitsstromprinzip: Verdrahtung, bei der eine Aktion durch Stromfluss ausgelöst wird; ein Drahtbruch bleibt dabei unbemerkt.
Ruhestromprinzip: Verdrahtung, bei der im sicheren Normalzustand dauerhaft Strom fließt und die Aktion durch dessen Unterbrechung ausgelöst wird; ein Drahtbruch führt damit zum sicheren Auslösen.
Drahtbruch: Unterbrechung eines Strompfads durch eine gerissene Ader oder gelöste Klemme; zeigt sich als fehlender Durchgang.
Kurzschluss: ungewollte Verbindung zweier Leiter; kann eine Sicherung auslösen oder einen Eingang dauerhaft auf „Signal vorhanden“ ziehen.
Halbierungsprinzip: Suchstrategie, bei der in der Mitte einer Kette gemessen und die fehlerfreie Hälfte ausgeschlossen wird, sodass sich der verdächtige Bereich mit jeder Messung halbiert.
Status-LED: Anzeige an den Ein- und Ausgangskarten einer SPS, die auf Hardware-Ebene sichtbar macht, ob ein Signal an- oder abgeht, und so Hardware- von Logikfehlern trennt.