LÜTZE: Wandler

Allgemeine Beschreibung Wandler Wandler werden im industriellen Einsatz in den unterschiedlichsten Bereichen benötigt, um folgende, prinzipielle Aufgaben zu erfüllen: 1. Wandlung von Signalen 2. Verstärkung von Signalen 3. Trennung von Signalen 4. Filterung von Signalen. Ein Wandler ist meist nach folgendem Schema aufgebaut: Bild : Schema eines Wandlers Eingangssignale können sein: • Spannungen, • Ströme • Frequenzen • sonstige angepasste physikalische Größen (z.B. Druck, Temperatur, Feuchte, PH-Werte, usw.). Ausgangssignale können sein: • Spannungen • Ströme • Frequenzen • Signale für Feldbusschnittstellen. Weiterhin unterscheidet man analoge und digitale Signale, die sowohl Eingangs- als auch Ausgangssignale sein können. Ausgehend von den benötigten Ausgangs- signalen müssen die Eingangssignale ent- sprechend gewandelt werden. Wandeln bedeutet dabei: • das reale Umwandeln von Signalen (z.B. von Spannung in Strom) • das Verstärken von Signalen (z.B. von Low- Level-Signalen in Normsignale) • das galvanische Trennen und gegebenen- falls Verstärken von Signalen (z.B. von ana- logen Signalen) • das Herausfiltern von Störungen (z.B. von HF-Störungen aus analogen Signalen). Die Versorgung dient zur Spannungsversor- gung des Wandlers. Sie wird als zusätzliche Hilfsenergie benötigt, wenn eine aktive Trennung realisiert werden soll Messwertumformer Diese Wandler formen Eingangssignale in andere physikalische Größen um. Nachfolgend sind einige Beispiele aufgelistet: Unterschiedliche Eingangssignale in analo- ger oder digitaler Form, wie sie beispiels- weise von Impulsgebern, Thermoelementen oder Widerstandsgebern ausgegeben wer- den, werden in den Messwertwandlern in die gewünschten, normierten Ausgangsgrößen umgewandelt. Normsignale (Einheitssignale) Einheitssignale sind normierte elektrische Signale in der Prozessautomation. Gängige Einheitssignale sind z.B. Strom- signale nach DIN IEC 60381-1: • 0 bis 20 mA • 4 mA bis 20 mA (stromführender Nullpunkt oder auch „Live Zero“ und Spannungssignale nach DIN IEC 60381-2: • 0 bis 10 V • 2 V bis 10 V (spannungsführender Nullpunkt oder auch „Live Zero“ In fast allen industriellen Anwendungen wer- den die live-zero-Signale verwendet. Wenn dem Messbereichsanfang ein von 0 (Null) verschiedenes elektrisches Signal zugeordnet wird, kann eine Drahtbruchüberwachung rea- lisiert werden. Man bezeichnet das von Null abweichende Anfangssignal auch als „Strom- führender Nullpunkt“. Ein Signal von 0 mA ist somit immer ein sicherer Hinweis auf eine Störung. Stromsignale werden gegenüber Spannungs- signalen bevorzugt, da das Stromsignal unempfindlich ist gegenüber elektromagneti- schen Störungen (Einschalten von benach- barten Verbrauchern) und Spannungsver- lusten durch den Leitungswiderstand. Die maximale Länge der Signalleitung ist nur durch die maximale Bürde (Widerstand), die durch die Stromquelle betrieben werden kann, begrenzt. Darüber hinaus bietet das Stromeinheitssignal 4 mA… 20 mA den gro- ßen Vorteil, dass der Signalkreis permanent mit Energie versorgt wird. Diese Energie kann von Messumformern für die eigene Versor- gung verwendet werden. In diesem Fall muss die SPS den Signalkreis mit Energie versor- gen (passiver Sensor). Ein aktiver Sensor benötigt eine Fremdspeisung des eigenen Bedarfs. 10 Signal-Trennwandler · Grundlagen Allgemeine technische Angaben Eingangsschutz Beschreibt die vorgenommenen Maßnahmen die zum Schutz vorgenommen wurden und gibt eine Information über das maximal mög- liche Eingangssignal. Zur Spannungsbegrenzung werden meistens Supressordioden und zur Strombegrenzung PTC Widerstände eingesetzt. Eingangswiderstand Um eine geringe Belastung des Eingangs- signal zu gewärleisten werden Strom-Ein- gänge immer niederohmig und Spannungs- eingänge immer hochohmig ausgeführt: I: <100 Ω; U:> 10kΩ Spannungsfall Diese Angabe finden Sie bei Passiv Wandler. Der Spannungsfall ist abhängig von der zu treibenden Bürde und dem Eigenbedarf des Gerätes. Den jewieligen Wert entnehmen Sie den relevanten Datenblättern Effektivwertmessung (True RMS) Der Effektivwert gibt denjenigen Wert einer Gleichgröße an, die an einem ohmschen die- selbe elektrische Energie, also auch im zeitli- chen Mitteldieselbe elektrische Leistung umsetzt. Der Effektivwert hängt sowohl vom Scheitelwert als auch von der Kurvenform ab. Die LÜTZE Strom- oder Spannungswandler bieten standardmäßig die wahre Effektivwertmessung an, so dass auch nicht sinusförmige Eingangsgrössen ein- wandfrei gemessen werden können. Zero / Span Bei herkömmlichen Geräten muss ein Zero/ Span abgleich erfolgen. Dieser erfolgt über zwei getrennte Potenziometer. Durch Vibration, Temperatur und andere Einflüsse muss verändern sich die Einstellwerte, so dass priodische eine Neukalibrierung erfol- gen muss. Über den Null (Zero)-Abgleich erfolgt die Nullpunkteinstellung des Ausgangs im Ver- hältnis zum Eingang. Die Verstärkung des Ausgangssignals im Verhältnis zum Ein- gangssignal erfolgt über den Span Abgleich. Dieser Abgleich muss auch immer dann erfolgen, wenn z.B. per DIP-Schalter eine Bereichsumstellung vorgenommen wird. LÜTZE Wandler besitzen einen automati- schen, temperaturunabhängigen Abgleich. Eine Neukalibrierung, auch bei Bereichs- wechseln ist nicht notwendig. Bürde Die Bürde oder auch Lastwiderstand gibt eine Information über die Belastbarkeit des Wandler Versorgung Eingangs- signal Ausgangs- signal Eingangssignal Ausgangssignal Spannung Strom/Frequenz Strom Spannung/Frequenz Frequenz Spannung/Strom