Interface-Technik Signalkonverter überzeugen durch funktionale Bauform und ausgeklügelte Elektronik

Industrielle Anwendungen verlangen eine sichere und wirtschaftliche Signalanpassung. Genau hier liegt die Stärke der Analogtechnik. Mithilfe der analogen Messwerterfassung wird die Verfügbarkeit der Maschinen und Anlagen erhöht. Trennverstärker und Messumformer mit galvanisch getrennten Kreisen helfen, Störeinflüsse wie Potenzialdifferenzen innerhalb einer Anlage zu vermeiden.

Anbieter zum Thema

WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG

ROTRONIC MESSGERÄTE GMBH

Emerson Process Management GmbH & Co.OHG

WAGO GmbH & Co. KG

Um bei den Signalkonvertern neben den eigentlichen Funktionen ein optimales Zusammenspiel von Elektronik und Mechanik zu erreichen, benötigen Trennverstärker und Messumformer eine funktionale Bauform mit produktübergreifenden Brückungsmöglichkeiten auf allen Anschlussebenen. Die Basis für das Jumpflex-Konzept von Wago bildet die Gehäuselösung mit acht Cage Camp S-Anschlüssen auf vier Anschlussebenen, die sich mit nebeneinander angereihten Gehäusen brücken lassen. Neben diesen Eigenschaften müssen diese Produkte aber auch den hohen Anforderungen in der Industrie gerecht werden.

In den gerade mal sechs Millimeter flachen Gehäusen steckt eine Elektronik, die in einem sehr breiten Temperaturbereich von –25 °C bis +70 °C zuverlässig arbeitet. Alle Geräte der Serie 857 besitzen eine hohe Genauigkeit und garantieren Abweichungen unterhalb von 0,1 Prozent. Um mehr Sicherheit für die Anlage, die Maschine und das Personal zu bieten, ist eine sichere Drei-Wege-Trennung von Eingangs-, Ausgangs- und Versorgungskreis berücksichtigt, die mit einer Prüfspannung von 2,5 kV zwischen allen drei Kreisen geprüft sind.

Die sichere Trennung der Signale ist eine der wichtigsten Funktionen solcher Komponenten, da in der analogen Signalübertragung Erdschleifen ein häufiges Problem darstellen. Sie entstehen beispielsweise durch unterschiedliche Bezugspotenziale verschiedener Anlagenteile. Die Folge sind Ausgleichsströme, die zu Verfälschungen des Signalpegels führen können. Trennverstärker und Messumformer unterbinden dieses zuverlässig.

Flexibel konfigurieren

Die Konfiguration der Trennverstärker und Temperaturmessumformer erfolgt über DIP-Schalter, mit denen die Parameter des Eingangs- und Ausgangskreises schnell und einfach eingestellt werden können. Darüber hinaus sind die kalibrierten Signale problemlos umschaltbar, da kein erneutes Kalibrieren des Messumformers, z.B. nach dem Umschalten von 0...20 mA auf 4...20 mA, notwendig ist. Bei Jumpflex wird die Kalibrierung der einzelnen Messsignale bereits in der Produktion durchgeführt. Die Werte (z.B. Drahtbruch, Kurzschluss, Messbereichsüberschreitung) richten sich in der Default-Einstellung nach den Namur-Empfehlungen der NE 43. Sie lassen sich aber auch individuell an die jeweilige Aufgabe anpassen. So kann jedes Ein- und Ausgangssignal eingestellt werden, ohne dass eine erneute Kalibrierung notwendig wird. Der Übertragungsfehler liegt weiterhin bei unter 0,1 Prozent.

Weiterhin lassen sich die Start- und Endwerte des Temperaturbereiches unabhängig voneinander einstellen. Vorbei sind die Zeiten, in denen man aus vier oder fünf vorgegeben Bereichen auswählen musste und letztlich keiner so richtig zur Applikation passte. Auch die Ausgangssignale lassen sich hinsichtlich wichtiger Überwachungsfunktionen, wie Drahtbruch oder Kurzschluss des Sensors sowie Über- und Unterschreitung des eingestellten Messbereiches, individuell einstellen und so optimal an die Applikation anpassen.

Komfortabel und genauso einfach werden die Temperaturmessumformer mit der auf dem FDT/DTM-Konzept aufsetzenden Konfigurations-Software eingestellt. Die FDT/DTM-Technologie bietet die Möglichkeit, Daten aufzunehmen sowie auszuwerten und trägt dazu bei, Prozesse transparenter zu gestalten. Dabei wird die Rahmenapplikation durch das Field Device Tool (FDT) gebildet, das herstellerübergreifend eine einheitliche Umgebung darstellt. Wago bietet hier mit dem WAGOframe eine optimierte Lösung, in der über einen „Punkt-zu-Punkt-Modus“ die „Gerätetreiber“, die DTMs (Device Type Manager), eingebunden und alle notwendigen Einstellungen automatisch im Hintergrund vorgenommen werden können. Über die Konfigurationssoftware lassen sich weitere Einstellungen vornehmen. So ist es beispielsweise möglich, die Ausgangskennlinie zu invertieren, Filterstufen auszuwählen oder den Ausgangssignalbereich frei zu definieren.

Jeder Aufgabe gewachsen

Die Produktfamilie der Serie 857 von Wago bietet ein komplettes Programm von Signalkonvertern für alle gängigen Analoggrößen. Sie umfasst fest eingestellte und konfigurierbare Trennverstärker, ein- und zweikanalige Passivtrenner, Speisetrenner (zusätzlich auch für Hart-Anwendungen), Signalverdoppler mit zwei galvanisch getrennten Stromausgängen, sowie Temperaturmessumformer für PT 100-Sensoren und Thermoelemente. Als Ergänzung zu den Messumformern enthält das Programm Koppelrelaisbausteine, deren Gehäuseprofil an die Produktfamilie angepasst ist; lediglich das oberste Stockwerk fehlt, was diese Variante noch kompakter macht. Es stehen Relais mit verschiedenen Nennspannungen, Kontakten, Kontaktmaterialien und Schaltleistungen zur Auswahl. Die Relais können bei Bedarf einfach und schnell von oben gewechselt werden. Ein Eingriff in die Verdrahtung oder gar der Ausbau der Klemme ist nicht nötig.

Die bestehende Produktfamilie wird gezielt und kontinuierlich erweitert. So wurde zuletzt ein Millivolt-Messumformer vorgestellt, der z.B. Signale von Lambda-Sonden oder auch Shunts erfasst und in analoge Normsignale umwandelt. Auch die Relaisbaugruppen, die einen Dauerstrom von 6 A bei 250 V AC schalten können, wurden durch Relais mit Goldkontakten erweitert. Damit können nun je nach Anwendung ausgangsseitig Lasten oder eingangsseitig mit minimierten Übergangswiderständen geschaltet werden. Der Produktbereich der steckbaren Relaisbausteine wird in Kürze durch steckbare Optokoppler-Bausteine komplettiert.

Die Jumpflex-Messumformer verfügen über die neue UL-Zulassung nach ANSI/ISA 12.12.01, die die bisherige UL 1604 ablösen wird und den Einsatz der Geräte im Ex-Bereich Zone 2 nach amerikanischen Standard ermöglicht (Class I, Div. 2).

Fazit

Während des gesamten Entwicklungsprozesses stand der Gedanke an oberster Stelle, ein Interface weites und übergreifendes Konzept zu schaffen. Das Ergebnis ist eine funktionale Bauform mit Anschlussbelegungen, die allen Interface-Komponenten einen Zusatznutzen bieten. Sowohl Relais als auch Messumformer sind konturengleich, sodass deren Anschlüsse gebrückt werden können. In Kombination mit durchdachter Elektronik, die die sichere Trennung, einen breiten Umgebungstemperaturbereich sowie ein kalibriertes Umschalten der Signale erlaubt, bieten die Jumpflex-Messumformer Einsparpotenziale in Anlagen der Prozess- und Verfahrenstechnik. Neben den Standard-Komponenten bietet Wago auch kundenspezifische Lösungen mit diesem Gehäusekonzept an.

Interview: Anschluss an gängige Bussysteme

Im Fokus aller Interface-Produkte steht die einfache Bedienung und der schnelle Anschluss an andere Komponenten im Feld. Gegenüber PROCESS benennt Christoph Heidenreich, Leiter Produktmanagement Interface-Elektronik bei der Wago Kontakttechnik in Minden, weitere Entwicklungsschwerpunkte für die Prozessindustrie.

PROCESS: Herr Heidenreich, welche speziellen Anforderungen stellt die Prozessindustrie an die Interface-Technik?

Heidenreich: Sichere Komponenten mit geringen Abmessungen, die einfach und schnell parametriert werden können, das sind Anforderungen, die unsere Kunden generell an unsere Geräte stellen. Darüber hinaus sollte die Interface-Technik Komponenten für Standardanwendungen, aber auch für Anwendungen im ex-gefährdeten Bereich bieten.

PROCESS: Wo liegen hier die Herausforderungen in den nächsten Jahren?

Heidenreich: Unser Ziel ist die Verknüpfung von speziellen Funktionen und Systemen wie RFID, Safety und Ex in einem Interfacesystem, aber auch Interfacelösungen mit Anbindung an gängige Busprotokolle. Die einfache Konfiguration der Geräte über herstellerübergreifende und einheitliche FDT/DTM-Konzepte wird zunehmend möglich sein, was bei einigen unserer Produkten bereits heute schon berücksichtigt ist. Des Weiteren werden die Weiterentwicklung von Prozesslösungen auf einem genormten Feldbussystem oder neue Übertragungstechnologien, wie Wireless-Hart, zukünftige Herausforderungen sein.

PROCESS: Planen Sie in nächster Zeit spezielle Module für die Prozessindustrie?

Heidenreich: Wir bauen unser Produktfortfolio kontinuierlich aus und werden dabei verstärkt auch die Prozessindustrie berücksichtigen. Schon jetzt haben wir etliche Produkte speziell für die Prozesstechnik im Programm, z.B. die EXi-Busklemmen für das Wago-I/O-System, das Fernwirkkonzept TO-PASS mit Modulen für Indoor- und Outdoor-Anwendungen und unsere Jumpflex-Messumformer. Diese Produkte werden wir weiter ergänzen und zusätzlich Innovationen in den unterschiedlichen Geräteklassifizierungen EX i, EX e oder EX n für Anwendungen in explosionsgefährdeten Bereichen der Zonen 0, 1 und 2 schaffen.

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