Siemens Alarme 2110/2120/2130: Fehleranalyse und NCK-Behebung

Einleitung

Ein plötzlicher Abfall des NC-Ready-Relaiskontakts während eines schweren Fräsvorgangs versetzt alle Vorschubachsen augenblicklich in den Nachlaufmodus (follow-up mode) und erzwingt einen unkontrollierten Stopp im aktiven Kanal. Wenn das SINUMERIK Numerical Control Kernel (NCK) Hardware-Anomalien wie eine Überhitzung des Schaltschranks oder einen Ausfall des Lüfters registriert, sind die physischen Folgen gravierend: Eine Klemmaxe (clamp) verliert sofort ihre Halteposition oder eine Hochspindel erfährt eine unkontrollierte Verzögerung. Ohne die active Haltekraft kommt es zu einer Toleranzüberschreitung, wodurch sich das Werkstück im Spannfutter (chuck) verschiebt oder das Werkzeug bricht – das Werkstück wird unweigerlich als teurer Ausschuss klassifiziert. Wird dieser Parameter nicht verifiziert, liegt das Ergebnis außerhalb der Toleranz — und der Fehler zeigt sich erst bei der Endmessung.

Technische Übersicht

Spezifikation	Details
Befehlscodes / Alarme	2110, 2120, 2130
Modale Gruppe / Kategorie	NCK / Hardware Diagnostics
Abgedeckte Marken	Siemens (SINUMERIK 840D sl, 808D ADVANCED)
Kritische Parameter	MD10100 $MN_PLC_CYCLIC_TIMEOUT, MD10120 $MN_PLC_RUNNINGUP_TIMEOUT
Hauptbeschränkung	Temperaturgrenzwerte (60°C +/- 2.5°C), Lüfterdrehzahlschwelle (7500 rpm), Achs-Referenzierung bei Spannungsverlust

Schnellleser

• Temperaturschwelle: Die Umgebungstemperatur des Schaltschranks darf den Schwellenwert von 60°C niemals überschreiten, um thermische Schäden zu vermeiden.
• Sensor-Reset: Die Innentemperatur muss um mindestens 7°C sinken, bevor der Temperaturalarm 2110 zurückgesetzt werden kann.
• Lüfterdrehzahlüberwachung: Der 24 VDC Kühllüfter löst den Alarm 2120 aus, wenn seine Drehzahl unter 7500 rpm fällt.
• Encoder-Spannungsausfall: Alarm 2130 weist auf einen schweren Ausfall der Encoder-Spannung (5V/24V) oder der D/A-Wandler-Versorgung (+/- 15V) hin.
• Vollständige Referenzierung: Nach der Behebung eines Encoder-Spannungsfehlers müssen Sie eine vollständige Achs-Referenzierung durchführen, um die Maßgenauigkeit beizubehalten.
• PLC-Zyklusgrenze: Eine hängende Schleife im PLC-Anwenderprogramm, die den Lebenszähler nicht alle 10 ms erhöht, löst ein Lebenszeichen-Timeout aus.

Grundlegende Konzepte

Siemens-CNC-Steuerungen nutzen Hardware-Überwachungssysteme, um empfindliche Prozessorplatinen und Feedback-Elektronik vor katastrophalen Ausfällen zu schützen. Wenn NCK-Hardwarefehler wie der Temperaturalarm 2110 oder der Lüfteralarm 2120 auftreten, führt die Steuerung eine sofortige Sicherheitsabschaltung durch, um die Bewegung zu stoppen. Das NC-Ready-Relais fällt sofort ab und die Achsen werden in den Nachlaufmodus (follow-up mode) gezwungen. Dies verhindert, dass thermische Degradation die Numerical Control Unit (NCU) dauerhaft beschädigt, bringt jedoch erhebliche Produktionsrisiken in der Werkstatt mit sich.

In extremen Bearbeitungsumgebungen ist die Steuerung der Schaltschranktemperatur eine zentrale betriebliche Aufgabe. Wenn das Gehäuse 60°C ± 2.5°C erreicht, löst das NCK eine Sicherheitswarnung aus. Wenn die Leistung des aktiven Kühllüfters jedoch unter 7500 rpm sinkt (von seiner Standard-Nenndrehzahl von ca. 8700 rpm), staut sich die Hitze schnell. Tritt ein Kurzschluss in den Stromversorgungskabeln auf, wird der Encoder-Unterspannungsalarm 2130 ausgelöst, der die Achssteuerung sofort stoppt. Ohne kontinuierliche Rückmeldespannung kann eine Klemmaxe (clamp) ihre Halteposition verlieren, was dazu führt, dass Werkstücke bei schweren Schnitten verrutschen, oder eine Spindel (spindle) außer Kontrolle gerät, ähnlich wie der ds1512-excess-velocity-alarm, der bei anderen Bewegungssteuerungen auftritt.

Programmierer und Bediener müssen bedenken, dass diese Systemalarme keine einfachen Softwarezustände sind, die durch Drücken von RESET auf dem Bedienfeld gelöscht werden können. Die Behebung eines Temperaturalarms 2110 erfordert eine physische Senkung der Sensortemperatur um mindestens 7°C. Ebenso erfordert die Behebung eines Encoder-Unterspannungsfehlers 2130 eine physische Überprüfung der Encoder-Kabel auf Kurzschlüsse, gefolgt von einer obligatorischen manuellen Referenzierung aller Achsen in diesem Kanal, um die Maßgenauigkeit zu garantieren.

Befehlsstruktur

Das NCK überwacht Hardwaremodule und Netzteile auf niedriger Ebene, unabhängig vom aktiven G-Code-Programm. Wenn eine Anomalie erkannt wird, erzeugt die Steuerung eine Systemmeldung, um das Modul und die Fehlerquelle genau zu lokalisieren. Diese Systemalarme unterscheiden sich von Standard-Geometrie-Warnungen, da sie direkt aus dem Systemkern stammen und sofortige betriebliche Aufmerksamkeit erfordern.

Die Diagnoseausgabe verwendet eine parametrisierte Vorlage, um entscheidende Details zu vermitteln. Anstatt einfache statische Zeichenketten auszugeben, füllt die Steuerung Laufzeitvariablen aus, die angeben, welcher CNC-Kanal betroffen ist, sowie die spezifische Systemfehlernummer und Diagnoseargumente, die interne physische Messwerte darstellen.

Syntaxstruktur

[Channel %1:] System error %2 %3 %4

Wobei %1 die Kanalnummer ist, %2 die Systemfehlernummer und %3 und %4 interne Sicherheitsdiagnoseparameter darstellen.

Steuerungsparameter

Parametername	Bezeichner	Funktion	Standardwert / Bereich
PLC Cyclic Timeout	MD10100 $MN_PLC_CYCLIC_TIMEOUT	Definiert den zyklischen Überwachungszeitrahmen für das Lebenszeichen der PLC zur Inkrementierung ihres Zählers.	100 ms
PLC Running-up Timeout	MD10120 $MN_PLC_RUNNINGUP_TIMEOUT	Definiert die maximal zulässige Zeit für den Hochlauf der PLC, um ihr erstes Lebenszeichen zu senden.	1.0 Sekunde
Spindle Velocity Limit	MD35100 $MA_SPIND_VELO_LIMIT	Legt die maximal zulässige Spindeldrehzahl fest, um Schäden am Spannfutter (chuck) oder ein Durchgehen der Spindel (spindle) zu verhindern.	Maschinenabhängig

Markenanwendungen

Siemens

Siemens wickelt Hardware-Diagnoseroutinen über einen tief integrierten NCK- und PLC-Handshake ab. Fällt der NCK-Schaltschranklüfter aus oder überschreitet die Umgebung das Temperaturlimit von 60°C, aktiviert die Steuerung interne Maschinendaten-Timer. Abhängig von der genauen Steuerungsreihe reagiert das System mit aggressiven Sicherheitsmaßnahmen, um seine teuren physischen Komponenten zu schützen. In Siemens-Systemen können Hardwarefehler nicht übersprungen oder umgangen werden, was sicherstellt, dass Bediener Schaltschrank-Belüftungsprobleme physisch beheben, bevor sie die Produktion fortsetzen.

Markenvergleich

Funktion / Alarmverhalten	SINUMERIK 840D sl	SINUMERIK 808D ADVANCED
Aktion bei Lüfterfehler	Schaltet das Modul nach einer bestimmten Zeit automatisch und erzwungen ab, um die NCU vor thermischer Zerstörung zu schützen.	Schaltet die NC in den Nachlaufmodus (follow-up mode), deaktiviert den NC-Start im Kanal und setzt Schnittstellensignale.
Hardware-Schutz	Aggressive Selbsterhaltung (erzwungene Abschaltung der Prozessorplatine).	Standard-Schutz durch Nachlaufmodus.
NC-Start-Verfügbarkeit	Der NC-Start ist völlig unverfügbar, da das Gerät eine harte Abschaltung durchführt.	Der NC-Start ist im aktiven Kanal über Schnittstellensignale gesperrt.

Technische Analyse

Siemens-Steuerungen zeichnen sich gegenüber anderen CNC-Marken durch hochgradig granulare, streng segmentierte Alarmcodebereiche und eine robuste PLC-Integration aus. Erstens unterteilt Siemens Alarme explizit nach ihrer zugrunde liegenden Hardware- oder Softwarequelle. Beispielsweise fallen kanalspezifische Alarme in den Bereich zwischen 010000 und 019999, während antriebsspezifische Hardwarefehler und thermische Warnungen an die SINAMICS-Alarmblöcke 200000 bis 299999 geleitet werden. Diese klare Trennung hilft Instandhaltungsteams, schnell zu erkennen, ob ein Fehler in der Logikausführungsschicht oder in den Hochleistungs-Wechselrichtermodulen liegt.

Zweitens verfügt Siemens über eine tief verflochtene NC/PLC-Architektur, die die Systemintegrität aktiv überwacht. Das NCK überwacht den Lebenszeichenzähler der PLC alle 10 Millisekunden. Wenn das PLC-Anwenderprogramm hängt – beispielsweise weil der interne NC/PLC-Schnittstellenzähler nicht innerhalb des durch MD10100 $MN_PLC_CYCLIC_TIMEOUT definierten Zeitrahmens erhöht wird –, interpretiert das NCK diese Pause als Hardware-Einfrieren und löst ein PLC-Lebenszeichen-Timeout aus, um die Maschine sicher stillzulegen, bevor physische Schäden auftreten. Im Gegensatz zu Fanuc-Systemen, die PMC- und maschinenseitige Fehler über pmc-alarms-pc030-pc090-pc097 verfolgen, verwaltet Siemens die PLC-NCK-Integration über strenge Lebenszeichen-Timeouts. Im Gegensatz zu NCK-Hardware-Sicherheitsabschaltungen blockieren standardmäßige geometrische Programmierfehler wie ein ps0062-illegal-depth-rough-cut nur die Ausführung bestimmter Standardzyklen (canned cycles), ohne dass das NC-Ready-Relais abfällt.

Schließlich weist die Hardware-Architektur ein aggressives Selbsterhaltungsverhalten auf. Bei der SINUMERIK 840D sl löst das Erkennen eines fehlenden oder defekten Lüfters eine automatische Sicherheitsroutine aus, die die Prozessorplatine komplett abschaltet und so den aktiven Bearbeitungszyklus opfert, um die teure NCU zu schützen. Im Gegensatz dazu verlässt sich die SINUMERIK 808D ADVANCED auf den Nachlaufmodus (follow-up mode), deaktiviert den NC-Start im Kanal und nutzt Schnittstellensignale, um die Maschine zu schützen, während die Steuerung eingeschaltet bleibt.

Programmbeispiele

Siemens-G-Code-Beispiel

; Siemens NCK Hardware-Sicherheitsüberprüfung
MSG ("Check ambient temperature before spindle start")
$A_OUT[7] = 1
M0
; Spindelstart wird erst nach manueller Prüfung ausgeführt
M3 S1200
M5
M30

Trockenlauf (dry run)

Während eines Trockenlaufs aktiviert der Bediener das Programm ohne Werkstück. Die CNC zeigt den Text Check ambient temperature before spindle start auf dem Bildschirm an und setzt den analogen/digitalen Systemausgang $A_OUT[7] auf High (1), was einen externen Schaltschranklüfter oder ein Belüftungssystem auslösen kann. Das Programm stößt dann auf den Programm-Stopp-Befehl M0, der die Programmausführung sofort anhält. Der Bediener muss die Schaltschranktemperatur physisch überprüfen. Nach der Bestätigung wird das Programm durch Drücken der Taste Zyklus-Start fortgesetzt, wodurch die Spindel mit 1200 rpm gestartet wird (M3 S1200), gefolgt von einem Spindelstopp (M5) und dem Programmende (M30).

Fehleranalyse

Alarmcode	Auslösebedingung	Bediener-Symptom	Ursache / Behebung
Alarm 2110	Umgebungstemperatursensor des Schaltschranks erreicht die Ansprechschwelle von 60°C ± 2.5°C.	Alarmanzeige; aktiver Bearbeitungszyklus stoppt und Achsen fallen in den Nachlaufmodus (follow-up mode).	Überhitzung des Gehäuses durch externe Hitze oder ausgefallene Klimatisierung. Der Sensor kann erst zurückgesetzt werden, nachdem die physische Temperatur um mindestens 7°C gesenkt wurde.
Alarm 2120	Drehzahl des NCK 24 VDC Kühllüfters fällt unter 7500 rpm (Nenndrehzahl: 8700 rpm).	Warnung auf der Alarmanzeige; je nach Baureihe (z. B. 840D sl) kann die NCU zwangsweise heruntergefahren werden.	Verschleiß des Lüftermotors oder Staubansammlung im Kühlkanal. Tauschen Sie die gesamte Lüftereinheit und die NCK-Batteriebaugruppe sofort aus.
Alarm 2130	Spannungsversorgungsausfall im Encoder (5V/24V) oder D/A-Wandler (± 15V).	NC-Ready-Relais fällt ab; Achsen werden sofort stillgesetzt.	Kurzschluss in den Encoder-Kabeln oder defektes Stromversorgungsmodul. Überprüfen Sie die Kabel auf physische Beschädigungen und führen Sie nach dem Wiedereinschalten der Spannung eine vollständige Achs-Referenzierung durch.

Anwendungshinweis

Ein gravierender Maßverlust an einer Klemmaxe (clamp) ist die direkte Folge, wenn während eines kritischen Schnitts die Encoder-Spannungsversorgung ausfällt. Wenn ein Kurzschluss in der Zuleitung den Alarm 2130 für Encoder-Unterspannung auslöst, bricht das Haltemoment augenblicklich zusammen, sodass sich die Klemmung des Werkstücks löst, während sich die Spindel (spindle) noch unter Last dreht. Werden Achsbewegungen danach gestartet, ohne die Achsen vollständig zu referenzieren, kommt es unweigerlich zu einer folgenschweren Kollision oder zu Maßabweichungen außerhalb der Toleranzgrenzen, da das Koordinatensystem seine absolute Genauigkeit verloren hat. Um teuren Ausschuss an Werkstücken und Schäden am Werkzeugwechsler oder dem Spannfutter (chuck) zu verhindern, müssen Instandhaltungs- und Bedienpersonal alle Achsen des betroffenen Kanals manuell komplett neu referenzieren, bevor ein automatisches Programm gestartet wird. Das bloße Quittieren des Alarms am Bedienfeld stellt die Prozesssicherheit nicht wieder her; erst die manuelle Referenzierung garantiert die geforderte Präzision.

Verwandte Befehle

• WAITP(x): Stoppt den Satzwechsel für Positionierachsen, bis die angegebene Achse ihre genaue Zielposition erreicht, wodurch Bewegungen bei Schwankungen des Encoder-Feedbacks verhindert werden.
• WAITS(x): Verhindert den Satzwechsel für Spindeln, bis die Positionierspindel ihr genaues Ziel erreicht, wodurch Risiken eines unkontrollierten Durchgehens eliminiert werden.
• MSG(string): Zeigt Diagnosemeldungen auf dem Bedienfeld an, um den Bediener anzuweisen, vor dem Start automatischer Zyklen physische Überprüfungen des Schaltschranks durchzuführen.
• M00: Hält die Programmausführung erzwungen an, sodass Bediener die Gehäusetemperatur und den Betrieb des Kühllüfters überprüfen können, bevor die Bewegung fortgesetzt wird.
• $A_OUT[x]: Setzt digitale Systemausgänge, um externe Sicherheitsausrüstung wie Schaltschranklüfter auszulösen, wenn die Umgebungshitze steigt.

Fazit

Die vorbeugende Wartung der Schaltschrankbelüftung und der Encoder-Kabel ist die einzige zuverlässige Methode, um ungeplante NCK-Hardwarefehler zu vermeiden. In rauen Betriebsumgebungen mit hoher thermischer Belastung schützt die kontinuierliche Überwachung des Drehzahlsignals des 24 VDC Lüfters (überwacht auf den kritischen Grenzwert von 7500 rpm) und der regelmäßige Austausch der Filtermatten vor plötzlichen Produktionsunterbrechungen. Durch die Einhaltung einer Gehäusetemperatur von deutlich unter 60°C wird die zeitintensive Abkühlphase vermieden, die für das Zurücksetzen des Temperatursensors 2110 zwingend erforderlich ist. Dies sichert eine stabile Produktion ohne Toleranzüberschreitungen und minimiert das Risiko von teurem Ausschuss.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Wie wird der Siemens Alarm 2110 (Temperaturfehler) im Schaltschrank dauerhaft vermieden?

Der Alarm 2110 tritt auf, sobald der Sensor im Schaltschrank 60°C erreicht. Er lässt sich erst nach einer Abkühlung um mindestens 7°C (Hysterese) quittieren. Zur dauerhaften Vermeidung sollten Sie neben der Filterreinigung die Luftzirkulation im Schaltschrank prüfen und ggf. Umluftlüfter so positionieren, dass kein Hitzestau an den NCU-Baugruppen entsteht. Aktivieren Sie präventiv eine zusätzliche Lüftung über den analogen/digitalen Ausgang $A_OUT[7], sobald die Schranktemperatur anzusteigen droht.

Was ist zu tun, wenn der Siemens Alarm 2120 einen Lüfterdrehzahlfehler meldet?

Der Lüfterfehler wird aktiv, wenn die Drehzahl des 24 VDC Lüfters unter 7500 rpm sinkt (Nenndrehzahl: ca. 8700 rpm). Bei einer SINUMERIK 840D sl droht nach einer kurzen Sicherheitszeit ein erzwungenes Herunterfahren der Steuerung. Um Datenverlust und Beschädigungen am Werkstück zu verhindern, muss der Lüfter umgehend getauscht werden. Halten Sie stets ein kombiniertes Lüfter- und NCK-Batteriemodul als Ersatzteil bereit und führen Sie den Austausch bei ausgeschalteter Steuerung innerhalb von 15 Minuten durch, um die Pufferung der SRAM-Daten zu erhalten.

Warum führt Siemens Alarm 2130 zu Maßabweichungen und wie sichert man die Prozessgenauigkeit?

Alarm 2130 signalisiert einen Ausfall der Geber-Spannung (5V/24V) oder des D/A-Wandlers. Dadurch geht die Synchronisation zwischen physikalischer Achsposition und dem digitalen Koordinatensystem verloren. Werden Programme nach dem Quittieren ohne Neureferenzierung gestartet, führt dies zu Maßabweichungen (Toleranzüberschreitung) oder Kollisionen. Führen Sie nach jedem Auftreten des Alarms 2130 eine manuelle Messfahrt oder Geber-Referenzierung durch und überprüfen Sie die Spannungsversorgungskabel im Schleppkettenbereich auf Beschädigungen.