Blogeintrag Dezember 2015

Analoge Normsignale

Mein erster Eintrag wird von dem Thema analoge Normsignale handeln.

Analoge Normsignale sind ein wichtiger Bestandteil in der Prozesautomation und daher auch wichtig für den Beruf Automatiker.

Analoge Normsignale sind dazu da, allfällige Signale (zB. von einem Sensor) verarbeiten zu können. Um die physikalischen Grössen, welche ein Sensor ausgibt, verarbeiten zu können, braucht es zuerst einen Messumformer. Dieser wandelt eine physikalisch messbare Grösse (Länge, Masse, Zeit, Stromstärke, absolute Temperatur, Stoffmenge, Lichtstärke) in eine weiterverarbeitbare Grösse um.

Diese weiterverarbeitbare Grösse ist in den meisten Fällen ein analoges Normsignal. Bevorzugte analoge Normsignale sind Stromsignale (4...20mA) und Spannungssignale (0...10V). Das erste Beispiel (4...20mA) ist ein analoges Normsignal mit sogenanntem versetzten Nullpunkt, dazu aber später mehr.

Temperatursensor

Um analoge Normsignale auszuwerten, benötigt man (im Falle eines Temperatur-Sensors) die minimale Temperatur und die maximale Temperatur. In unserem Fall nehmen wir als minimale Temperatur -32°C und als maximale Temperatur 32°C an.

Auch verwenden wir in diesem Beispiel ein Stromsignal mit versetztem Nullpunkt (4...20mA).

Als erstes muss nun das Signal (Bsp. -16°C) in mA umgewandelt werden:

Als Nullpunkt haben wir -32°C, was als 0% agiert
Demnach sind 100% 32°C

Unser Wert (16°C) muss nun in % umgewandelt werden. Dabei hilft die Formel:
x / (D°C / 100) = 16°C / (64°C / 100) = 25%

Die erhaltenen 25% müssen nun in ein Signal umgewandelt werden, welches weiterverarbeitet werden kann, und auch da gibt es eine Formel:
DmA / 100 * y + 4 = 16mA / 100 * 25% + 4 = 8mA
(ACHTUNG diese Formel funktioniert ausschliesslich bei 4...20mA)

Das Signal, welches nun an ein Auswertungsgerät gesendet wird, ist 8mA.
Das Auswertungsgerät kann nun mit diesem Wert arbeiten (zB. eine Heizung ein- bzw. ausschalten), indem es das Signal wieder in 25% umrechnet.

Versetzter Nullpunkt

Man spricht von einem versetzten Nullpunkt (oder auch offset-zero), wenn ein analoges Normsignal nicht bei 0mA startet, sondern bei 4mA (resp. nicht bei 0V sondern bei 2V). Der Grund dafür ist recht simpel:

Wenn ein Signal von 0...20mA verwendet wird, wird das Signal 0mA als Wert erfasst und verarbeitet, falls nun aber ein Kabelbruch, eine Störung oder Ähnliches vorliegt, wird kein Signal (0mA) gesendet und dennoch als Signal gewertet und somit auch als solches verarbeitet. Offensichtlicherweise führt das zu dem Problem, dass die Messwerte nicht mehr bei dem Auswertungsgerät ankommen, sondern nur noch 0mA.

Bei einem Signal von 4...20mA kann dieser Fehler nicht auftreten, da alles <4mA als Fehler angeschaut wird.

Möglichkeiten

Man kann analoge Normsignale mit einer SPS-Anlage empfangen (SPS= Speicherprogramierbare Steuerung) und verarbeiten.

Eine Möglichkeit ist, dass man bei bestimmten Werten einen Alarm auslöst, zB. in Form einer SMS.

Ares 12 Alarmsystem

Motor mit Frequenzumrichter

Man kann aber auch ein Relais resp. einen Schützen ansteuern, der dann einen Motor bedient.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen Frequenzumrichter anzusteuern, der einen Motor dann nicht nur ein und ausschalten, sondern auch die Drehzahl stufenlos verändern kann.

Messumformer

Wie schon beschrieben, braucht es einen Messumformer, um physikalische Grössen in analoge Normsignale umzuwandeln. Messumformer gibt es in verschiedenen Grössen und Formen. Auch gibt es die Möglichkeit, einen Messumformer mit eingebautem Sensor zu kaufen, der dann direkt ein analoges Normsignal ausgibt.

Dies war eines der Themen die ich in diesem Monat behandelt habe.