§ 17

4-20 mA-Signal: Skalierung auf Prozesswert und SPS

Welcher Prozesswert entspricht meinem gemessenen mA, und was sollte die SPS anzeigen?

Antwort: Die meisten Sender senden ihre Messung als 4-20 mA: 4 mA ist die Untergrenze des Messbereichs und 20 mA die Obergrenze. Der Rechner rechnet einen gemessenen Strom in den Prozesswert, Prozent des Bereichs und den Rohwert um, den der analoge Eingang der SPS zeigt, damit du einen Sender, ein Kabel oder eine Skalierung im Programm überprüfen kannst.

Formel

Procent = (I − 4 mA) / 16 mA × 100

Procesværdi = bund + procent / 100 × (top − bund)

Rå værdi = procent / 100 × kortets rå værdi ved 20 mA (forudsat at kortet er sat op til 4-20 mA, så 4 mA giver 0)

NAMUR NE 43: 3,8-20,5 mA ist Messung, unter 3,6 mA oder über 21 mA ist ein Fehler im Transmitter oder in der Schleife.

Symbole und Einheiten in der Formel
Symbol	Bedeutung	Einheit
ma	Gemessener Strom	mA
omr_min	Messbereichsboden (bei 4 mA)	—
omr_max	Messbereichtsspitze (bei 20 mA)	—
raa_max	Roher Wert der PLC-Karte bei 20 mA	—
=	Prozesswert (in der Einheit des Messbereichs)	—
=	Prozent des Messbereichs	%
=	Roher Wert in der SPS	—
=	Entfernung zur NAMUR-Bruchgrenze (3,6 mA)	mA

Gültigkeit und Quelle

Quelle: 4-20 mA-Standard (IEC 60381-1) · Fehlergrenzen nach NAMUR NE 43 · Fachanlage: Instrumentierung

Gilt nicht, wenn

Der Messbereich steht auf dem Typenschild des Transmitters oder in seiner Einstellung (LRV/URV). Ist die analoge Karte auf 0-20 mA eingestellt, liegt 4 mA nicht auf 0, und die Skalierung muss im Programm vorgenommen werden. Negativer Prozentsatz bedeutet Strom unter 4 mA.

Rechenbeispiel

Die eigenen Standardwerte des Rechners sind eingesetzt. Die Zahlen sind mit genau der Formel berechnet, die das Werkzeug verwendet.

Sat ind

Gemessener Strom12 mA
Messbereichsboden (bei 4 mA)0
Messbereichtsspitze (bei 20 mA)10
Roher Wert der PLC-Karte bei 20 mA27.648

Geber

Prozesswert (in der Einheit des Messbereichs)5,00
Prozent des Messbereichs50,0 %
Roher Wert in der SPS13.824
Entfernung zur NAMUR-Bruchgrenze (3,6 mA)8,40 mA

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Sådan bruger du den

Når en procesværdi i SCADA ser forkert ud, skal du finde ud af, om fejlen sidder i transmitteren, kablet eller PLC'ens skalering. Du måler strømmen i sløjfen med et multimeter eller en sløjfekalibrator og regner den om til procesværdi og rå værdi. Passer det med PLC'en, sidder fejlen ude i felten.

Schritt für Schritt

Mål strømmen i sløjfen, i serie eller med en mA-tang.
Find transmitterens måleområde: værdien ved 4 mA og ved 20 mA.
Træk 4 fra strømmen og del med 16. Det er andelen af måleområdet.
Gang andelen med måleområdet og læg bunden til. Det er procesværdien.
Sammenlign PLC'ens rå værdi med beregnerens. Under 3,6 mA er det brud på sløjfen efter NAMUR NE 43.

Typische Fehler

At regne med 0-20 mA, når transmitteren sender 4-20 mA. Så bliver alle værdier for høje.
At glemme at et analogt kort kan være sat op til 0-20 mA, så 4 mA giver en rå værdi over 0.
At læse en værdi under 4 mA som «nul i tanken». Under 3,6 mA er det et signalbrud.
At bryde sløjfen for at måle uden at tænke på, at regulatoren og alarmerne ser signalet forsvinde.

Beispiele aus dem Alltag

Tryktransmitter på 0-10 bar

SCADA viser 7 bar på en pumpes trykside, men manometeret viser ca. 5. Du måler 12,0 mA i sløjfen. Transmitteren er 0-10 bar, og PLC'en er en Siemens S7.

Gemessener Strom: 12 mA
Messbereichsboden (bei 4 mA): 0
Messbereichtsspitze (bei 20 mA): 10
Roher Wert der PLC-Karte bei 20 mA: 27.648 (Siemens S7)

Es bedeutet: 12 mA svarer til 5 bar, eller 50 %. PLC'en skal vise 13.824. Gør den det, er fejlen skaleringen i programmet, ikke transmitteren.

Temperaturtransmitter med negativt område

En temperaturtransmitter i en kølecontainer går fra −50 til 150 °C. Du måler 7,2 mA.

Gemessener Strom: 7,2 mA
Messbereichsboden (bei 4 mA): -50
Messbereichtsspitze (bei 20 mA): 150
Roher Wert der PLC-Karte bei 20 mA: 27.648 (Siemens S7)

Es bedeutet: Temperaturen er -10 °C, og signalet ligger på 20 % af området. PLC'en skal vise 5.530.

Niveaumåler under 4 mA

En niveaumåler på 0-4 m i en tank melder alarm. Du måler 3,2 mA i sløjfen.

Gemessener Strom: 3,2 mA
Messbereichsboden (bei 4 mA): 0
Messbereichtsspitze (bei 20 mA): 4
Roher Wert der PLC-Karte bei 20 mA: 27.648 (Siemens S7)

Es bedeutet: Beregneren giver -0,2 m og -5 %, altså under måleområdet. Afstanden til brudgrænsen er -0,4 mA, så det er en fejl i transmitter eller sløjfe efter NAMUR NE 43, ikke en tom tank.

Faustregel

Hver mA over 4 er 6,25 % af måleområdet. 12 mA er midt på.

So überprüfst du die Antwort

4 mA skal give bunden, 20 mA toppen og 12 mA præcis midten. Tjek det med en sløjfekalibrator.