Messsignalverarbeitung So kombinieren Sie die Vorteile analoger Signalverarbeitung mit digitaler Kommunikation

In größeren Anlagen werden die Feldsignale oft über eine zusätzliche Interface- und die IO-Ebene an die Steuerung oder das Leitsystem übertragen. Dieser Ansatz erfordert einen hohen Verdrahtungsaufwand und Platzbedarf. Es geht auch einfacher!

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In der industriellen Messtechnik ist das klassische 4…20 mA-Signal bis heute ein weitverbreiteter Standard. Das liegt darin begründet, dass die etablierte Technik einige nicht zu vernachlässigende Vorteile bietet, die von vielen Anwendern geschätzt werden. So fühlen sich zahlreiche Planer, Installateure und Instandhalter sicherer, da sie seit Jahrzehnten mit dem Verfahren arbeiten. Planer mögen die hohe Flexibilität der klassischen Analogtechnik. So gibt es fast jede Art von Sensorik mit integriertem 4…20 mA-Transmitter.

Die notwendigen Messkreise lassen sich also nach dem bewährten Aufbau „Sensor – Interface-Ebene – IO-Karte“ realisieren. Sollte dennoch eine Signalanpassung erforderlich sein, kann dies flexibel durch Auswahl des passenden Interface umgesetzt werden. Instandhalter sprechen sich insbesondere deshalb für die traditionelle Messtechnik aus, weil sich die Fehlersuche in 4…20 mA- Stromschleifen als einfach erweist und dazu kein besonderes Equipment benötigt wird.

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Bei Potenzialunterschieden und zur Signalaufbereitung

Typischerweise setzt sich ein Regelkreis in der Automatisierungs- und Prozessleittechnik aus der im Feld verbauten Sensorik, einer zentralen Steuereinheit zur Signalverarbeitung, die meist in einem zentralen Schaltschrank installiert ist, sowie der ebenfalls im Feld befindlichen Aktorik zusammen. Als Bindeglied zwischen der Feldsensorik und Leitebene werden Trennverstärker und Messumformer verwendet.

Die Geräte kommen speziell dort zum Einsatz, wo mit Potenzialunterschieden zu rechnen ist, die sich beispielsweise aufgrund räumlich weit verteilter Anlagenteile ergeben. Außerdem werden die Trennverstärker und Messumformer dann genutzt, wenn das Steuerungssystem die von der Sensorik bereitgestellten Signale nicht direkt verarbeiten kann. Als Beispiel sei die Erfassung von Temperaturen über Widerstandsthermometer genannt.

Bei der zentralen Steuereinheit handelt es sich häufig um eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) oder ein Prozessleitsystem (PLS). Bei größeren, über eine weite Fläche verteilten Anlagen wird vor der Steuerung oftmals eine so genannte IO-Ebene eingefügt. Sie sammelt die Feldsignale für einen bestimmten Anlagenteil zentral und leitet die Daten gebündelt über ein digitales Kommunikationsprotokoll an die Steuerung weiter.

Als Übertragungsstandard werden beispielsweise Profibus als traditionelles Feldbussystem sowie aktuell verstärkt Ethernet-basierte Protokolle wie Modbus/TCP oder Profinet verwendet. Der eingangs beschriebene Applikationsaufbau zeigt sich in der Realität also meist weitaus komplexer.

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