Der Aufbau einer klassischen Stromschleife zur Erfassung von Drucksensorsignalen hat seine Tücken – vor allem dann, wenn nicht nur ein Signal in die SPS übermittelt, sondern noch eine Vor-Ort-Anzeige integriert werden soll. Betrachten wir das Beispiel eines Drucksensors mit dem in der Industrie am häufigsten verwendeten 4 … 20 mA-Ausgangssignal und dessen Anschluss an eine SPS.
In der Auslegung von Stromschleifen kommt es immer wieder zu Verwirrungen, da in der täglichen Praxis grundlegende technische Fakten nicht mehr automatisch präsent sind. Dazu ein Beispiel: Beim Anschluss von Sensoren an die SPS wird sehr häufig die „Ein-Draht-Technik“ angewendet. Dabei werden 3-Leiter-Sensoren an ein externes Netzteil angeschlossen und über eine zusätzliche Leitung mit der SPS verbunden. Dieses System funktioniert allerdings nur, da beide Teile an die gleiche Versorgungsspannung angeschlossen sind – ein wichtiges Detail, das oft in Vergessenheit gerät. Offensichtlich wird dies, wenn ein 2-Leiter-Sensor mit 4 … 20 mA-Ausgang angeschlossen werden soll: Drei Leitungen sind vorhanden, der Drucksensor bietet allerdings nur zwei Anschlüsse. Da ist die eindeutige Zuordnung und Verdrahtung von Strom- und Signalleitung nicht immer einfach (vgl. hierzu Titelbild: „Ein-Draht-Technik“: Korrekter Anschluss von 3- und 2-Leiter-Drucksensoren).
Zusätzliche Integration einer Vor-Ort-Anzeige in die SPS
Integration einer Digitalanzeige in eine 4 … 20 mA-Stromschleife (2-Leiter-System)
Die Komplexität nimmt zu, wenn eine digitale Vor-Ort-Anzeige des Messwerts in den Stromkreis integriert werden soll, im Beispielsfall ein 2-Leiter-Gerät. Ein Drucksensor setzt bekanntlich den gemessenen Druck in einen Stromwert um, wobei in der Regel 0 bar als 4 mA und das Maximum des Messbereichs als 20 mA übertragen wird. Die Zwischenwerte ergeben sich proportional. Um den Messwert vor Ort ablesen zu können, wird die dazu notwendige Digitalanzeige – im einfachsten Fall – direkt in den Stromkreis integriert und auch über diesen versorgt.
Da Digitalanzeige und Drucksensor im Stromkreis in Reihe verschaltet werden, ist zu prüfen, ob die SPS genügend Energie bereitstellen kann. In den Datenblättern der Einzelkomponenten finden sich die Informationen, je nach Hersteller, hinter verschiedenen Begriffen versteckt. Anwender müssen diese Funktionsdaten grundsätzlich auf Kompatibilität prüfen, damit Sensor, Anzeige und automatische Signalverarbeitung in der SPS ihre Aufgabe tatsächlich erfüllen. Aufgrund der Reihenschaltung und des im Beispiel gewählten 4 … 20 mA-Signals muss die Spannung der SPS bei 20 mA daher gleich der Summe der beiden minimalen Betriebsspannungen von Sensor und Anzeige sein. Nur dann kann das Signal auch die volle Bandbreite von 4 … 20 mA annehmen. Eine zu niedrige Spannung der SPS würde erst bei einem Anstieg des Drucks auffallen: Selbst bei höchstem Druck würden keine 20 mA erreicht und 100 bar Systemdruck beispielsweise als höchstens 85 bar angezeigt werden.
Einige Hersteller haben diese Komplexität erkannt und geben deshalb im Datenblatt zusätzlich die „Bürde“, also den Widerstand an, den ihr Gerät darstellt. Die Stromschleife arbeitet einwandfrei, wenn die Summe der Widerstandswerte von Sensor und Anzeige kleiner ist als die maximale Bürde an der SPS-Eingangskarte.
Hinweis
Weitere Informationen zu Drucksensoren und Druckschaltern finden Sie auf der WIKA-Webseite. Sollten Sie Hilfe bei der Auswahl einer geeigneten Schaltlösung für Ihre Druck-, Temperatur- oder Füllstandsmessung benötigen, steht Ihnen Ihr Ansprechpartner gerne zur Verfügung.