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Tests und Fehlersuche in 4–20-mA-Steuerungsschleifen

Webinar- Serie : Fehlersuche in Prozessen. Tests und Fehlersuche in 4–20-mA-Steuerungsschleifen. Inhalt dieser Folge. Wie funktioniert eine 4–20-mA-Steuerungsschleife? Welche Fehler können in einer 4–20-mA-Schleife auftreten? Wie sucht man Fehler? Welches Werkzeug ist am zweckmäßigsten?

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Tests und Fehlersuche in 4–20-mA-Steuerungsschleifen

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Presentation Transcript

  1. Webinar-Serie: Fehlersuchein Prozessen Tests und Fehlersuche in 4–20-mA-Steuerungsschleifen

  2. Inhalt dieser Folge • Wie funktioniert eine 4–20-mA-Steuerungsschleife? • Welche Fehler können in einer 4–20-mA-Schleife auftreten? • Wie sucht man Fehler? Welches Werkzeug ist am zweckmäßigsten? • Messen von 4–20-mA-Signalen und Interpretieren der Messungen • Mehrere Messverfahren • Testen von Eingängen an SPS, DCS und Anzeigen mit 4–20-mA-Stromquellen • Mehrere Verfahren und Vorgehensweisen beim Einspeisen • Testen von E/A mit 1–5 V und 0–10 V

  3. Inhalt dieser Folge • Stromversorgungen von Schleifen messen, Fehlersuche an verdächtigen Stromversorgungen • Transmitter mit Ersatzstromversorgung testen und isolieren • Fehlersuche an verdächtigen Transmittern • mA für Austauschtest simulieren • Intelligenten HART-Transmitter als mA-Quelle verwenden • Mit HART-Befehl „Schleifentest“ eine Schleife testen • I/P-Wandler mit 4–20-mA-Stromquelle testen • Regelventil mit 4–20-mA-Stromquelle testen

  4. 2200 ºC – + NULL END- WERT Wie funktioniert eine 4–20-mA-Steuerungsschleife? Transmitter: Wandeln Messwert der Temperatur bzw. des Drucks in ein 4–20-mA-Signal um. Typischerweise passive Geräte mit externer 24-V-Schleifenstromversorgung. Anzeigen/Steuerungen: Interpretieren das 4–20-mA-Signal als Messwert der Temperatur bzw. des Drucks im Prozess. Senden oft Befehle an eigentliches Steuerungs-element (z. B. Ventil) zum Steuern der Prozess-temperatur bzw. des Prozessdrucks in akzeptablen Grenzen Solche Geräte haben oft 1–5 V statt 4–20 mA als Eingangssignal • Sensoreingang • Temperatur • Druckmessgeräte • Fluss • Frequenz • PH 4 to 20 mA Signal  Eingangs-Shunt 250 Ohm   24-V-Schleifenstrom-versorgung Anzeige/Steuerung DCS/SPS/Schreiber 2-Leiter-Transmitter 24-V-Schleifenstromversorgung: Versorgt Schleife mit Spannung. Transmitter regeln das 4–20-mA-Signal im Stromkreis und werden von dieser Stromversorgung gespeist.

  5. 2200 ºC – + NULL END- WERT 24-V-Schleifenstrom-versorgung Beispiel für Stromschleife • 4–20-mA-Signal (DC) ist proportional zu Sensoreingang bzw. PV • Wegen Serienschaltung muss der Strom überall im Stromkreis gleich sein • Klarer Vorteil beim Senden von mA-Signalen über große Entfernungen gegenüber Spannungs- oder Drucksignalen • Sensoreingang • Temperatur • Druckmessgeräte • Fluss • Frequenz • PH 4 to 20 mA signal  Eingangs-Shunt 250 Ohm   Anzeige/Steuerung DCS/SPS/Schreiber 2-Leiter-Transmitter

  6. Temperaturtransmitter wandeln gemessene Temperatur (PV) in 4–20-mA-Signale um Gemessene PV: Die PV (Primär-/Prozessvariable) in diesem Beispiel ist die vom Temperaturtransmitter gemessene Temperatur der Prozessflüssigkeit. Temperaturtransmitter: Messen die Prozesstemperatur meist mit einem Thermoelement oder Messwiderstand und wandeln den Messwert in ein 4–20-mA-Signal um. Der Transmitter in diesem Beispiel hat einen Eingangsbereich von 0 °C bis 300 °C. Die Tabelle zeigt das Verhältnis zwischen der gemessenen Temperatur und dem mA-Signal Temperaturtransmitter

  7. Temperaturtransmitter wandeln gemessene Temperatur (PV) in 4–20-mA-Signale um Gemessene PV: Die PV (Primär-/Prozessvariable) in diesem Beispiel ist die vom Temperaturtransmitter gemessene Temperatur der Prozessflüssigkeit. Temperaturtransmitter: Messen die Prozesstemperatur meist mit einem Thermoelement oder Messwiderstand und wandeln den Messwert in ein 4–20-mA-Signal um. Der Transmitter in diesem Beispiel hat einen Eingangsbereich von 0 °C bis 300 °C. Die Tabelle zeigt das Verhältnis zwischen der gemessenen Temperatur und dem mA-Signal Temperature transmitter

  8. Temperaturtransmitter wandeln gemessene Temperatur (PV) in 4–20-mA-Signale um Anzeige/Steuerung: In diesem Beispiel ist die Temperaturanzeige/Steuerung so programmiert, dass sie ein 4-mA-Signal als 0 °C und ein 20-mA-Signal als 300 °C interpretiert. Eingang/Ausgangoder E/A: Bezieht sich auf den Eingang/Ausgang des Steuerungssystems bzw. Reglers. In diesem Beispiel liegt das 4–20-mA-Signal am Eingang der Steuerung an. Das Signal am Ausgang der Steuerung steuert das Steuerungsventil. Flusssteuerungsventil Eigentliches Steuerungselement. Öffnet und schließt durch Befehle der Steuerung und erhält Temperatursollwert durch Erhöhen bzw. Verringern der Gaszufuhr zum Brenner aufrecht. Temperaturtransmitter

  9. Drucktransmitter wandeln den gemessenen Druck (PV) in 4–20-mA-Signale um Gemessene PV: Die PV (Primär-/Prozessvariable) in diesem Beispiel ist der vom Drucktransmitter gemessene Druck. Drucktransmitter: Misst den Prozessdruck direkt und wandelt den Messwert in ein 4–20-mA-Signal um. Der Transmitter in diesem Beispiel hat einen Eingangsbereich von 0 bis 100 psi (0 bis 7 bar). Die Tabelle zeigt das Verhältnis zwischen dem gemessenen Druck und dem mA-Signal. Anzeigen/Steuerung: In diesem Beispiel ist die Druckanzeige bzw. Steuerung so programmiert, dass sie ein 4-mA-Signal als 0 psi und ein 20-mA-Signal als 100 psi interpretiert. Überdruckventil: Eigentliches Steuerungselement. In diesem Beispiel öffnet die Steuerung das Ventil, wenn der gemessene Druck zu hoch ist, um den Druck im Behälter zu verringern. Drucktransmitter

  10. Welche Fehler können in einer 4–20-mA-Schleife auftreten? Temperaturtransmitter Probleme mit Kabeln: Schlechte Anschlüsse, beschädigte Isolierung, Korrosion und Verunreinigung können die Funktion einer 4–20-mA-Schleife beeinträchtigen.Stromversorgungfür 24-V-Schleife: Gestörte, defekte oder überlastete Stromversorgung kann Fehlfunktion oder Ausfall der mA-Schleife verursachen.Falsches E/A-Signal in Steuerung: Interpretiert der Regler ein korrektes mA-Signal nicht korrekt, kann der Prozess außer Kontrolle geraten. Drucktransmitter

  11. Welche Fehler können in einer 4–20-mA-Schleife auftreten? Transmitter defekt: Ändert der Transmitter das mA-Signal nicht korrekt in Reaktion auf die gemessene PV, dann passt das Regelungssystem die PV nicht korrekt an. Sensor defekt oder Kapillarrohr verstopft: Ist der Temperatursensor defekt, kann der Transmitter die Temperatur nicht messen. Ist bei einem Drucktransmitter die Verbindung zum Prozess blockiert, kann der Trans-mitter den Druck nicht genau messen. Temperaturtransmitter Drucktransmitter

  12. Wie sucht man Fehler? Welches Werkzeug ist am zweckmäßigsten?

  13. Das 4–20-mA-Signal messen Temperaturtransmitter In Reihe, Schleifeunterbrechen Gemessenes mA-Signal mit erwartetem Wert auf Display vergleichen Drucktransmitter

  14. Das 4–20-mA-Signal messen;die Schleife nicht unterbrechen Temperaturtransmitter Die Schleifenichtunterbrechen Gemessenes mA-Signal mit erwartetem Wert auf Display vergleichen Drucktransmitter

  15. Ein 4–20-mA-Signal einspeisen Temperaturtransmitter Testet E/A von Anzeige, Regler oder SPS/Steu-erungssystem direkt. Den Wert auf dem Display prüfen Drucktransmitter

  16. Ein 4–20-mA-Signal simulieren Temperaturtransmitter Einen Transmitter in einer Schleife simulieren, Strom regeln Testet Verkabelung, Stromversorgung, Anzeige, Regler oder E/A von SPS/Steuerungs-system. Den Wert auf dem Display prüfen. Austauschtest des Transmitters ausführen. Drucktransmitter

  17. 24 V Schleifenspannung messen Temperaturtransmitter Stehen volle 24 V zur Verfügung oder ist die Strom-versorgung überlastet? Drucktransmitter

  18. Mit externer 24-V-Schleifenstromversorgung testen Temperaturtransmitter 24 V Schleifenspan-nung anlegen, gleichzeitig mA-Signal messen. Austauschtest für Strom-versorgung. Drucktransmitter

  19. Intelligenten HART-Transmitter als mA-Quelle verwenden Temperaturtransmitter Intelligenter Transmitterausgang • Beim Schleifentest sendet Fluke 709H den mA-Ausgangsbefehl über das Messkabel direkt an den Transmitter • Transmitter speist ein mA-Signal in E/A ein • Korrekte Anzeige auf dem Display prüfen • Vorgegebenen Ausgangswert mit von Fluke 709H gemessenem mA-Signal vergleichen • Testet Transmitter-ausgang, Strom-versorgung, Verkabelung und E/A Schleifentest mit Verringern des Ausgangs-pegels 4–20 mA Ausgang an SPS oder DCS Ausgangs-strom Instrument PVAO-Befehl (von Communicator oder Fluke 744)

  20. Intelligenten HART-Transmitter als mA-Quelle verwenden Temperaturtransmitter Intelligenter Transmitterausgang • Beim Schleifentest sendet Fluke 754 den mA-Ausgangsbefehl über das Mess-Kabel oder HART-Kabel an den Transmitter • Transmitter speist ein mA-Signal in E/A ein • Korrekte Anzeige auf dem Display prüfen • Vorgegebenen Ausgangswert mit von Fluke 754 gemessenem mA-Signal vergleichen • Testet Transmitter-ausgang, Strom-versorgung, Verkabelung und E/A • Fluke 754 bietet FULL HART Kalibration Schleifentest mit Verringern des Ausgangs-pegels 4–20 mA Ausgang an SPS oder DCS Ausgangs-strom Instrument PVAO-Befehl (von Communicator oder Fluke 744) HART cable

  21. 2200 ºC Fehlersuche, 1–5 V und 0–10 V einspeisen OhmschesGesetz • An den Eingängen vieler Steuerungssysteme und SPS liegt ein Spannungs-signal an • 1–5 V ist am gebräuchlichsten, da 4–20 mA multipliziert mit 250 Ohm 1–5 V ergeben • Bestimmte Niederspannungstrans-mitter haben 1–5-V-Ausgänge • Viele ältere Schreiber und Heizungs-/Klimaanlagen haben E/A mit 1–5 V und 0–10 V • 0.004 x 250 = 1.0 V • 0.020 x 250 = 5.0 V Anzeige/Steuerung DCS/SPS/Rekorder

  22. Testen von I/P-Wandlern I/P-Wandler wandelt ein 4–20-mA-Signal in ein Pneumatiksignal (3–15 psi) um • Oft mitSteuerungsventilenverwendet • Als Brücke zwischen 4–20-mA-Schleife und 3–15-psi-Pneumatiktechnologie verwendet • Arbeitet üblicherweise mit einer Druckluftversorgung mit 20 psi (oder höher) • 4–20 mA einspeisen, korrekten Ausgangsdruck prüfen/messen Ausgangsdruck 4–20-mA-Strom Versorgungs- druck ~20 PSI

  23. Testen von Regelventilen • Strömungssteuerung, eigentliches Steuerungselement • Eingang 4–20 mA bzw. 3–15 psi • Öffner oder Schließer • Öffner bei Spannungsausfall geschlossen • Schließer bei Spannungsausfall offen • Ein 4–20-mA-Signal anlegen und Funktionanhand betreffender Tabelle unten prüfen • Gängige Praxis, für volle nahe 3,8 mA anzuwenden und vollständig geöffnet gelten 20,2 mA. Automatisiert in 709 Ventil-Test. Regelventil test Normal Geschlossenventil

  24. Rekapitulation: Stromschleifengeräte und Prüfverfahren • Transmitter • Eingangssignal anlegen (Temperatur, Druck usw.) • Korrekten Ausgangsstrom 4–20 mA messen • Simuliertes mA-Signal für Austauschprüfung verwenden • 24-V-Schleifenstromversorgungen • Korrekte Spannung messen, mit Austauschtest prüfen • I/P-Wandler, Eingang 4–20 mA, Ausgang 3–15 psi • 4–20 mA einspeisen, korrekten Ausgangsdruck prüfen/messen • Steuerungsventile • 4–20 mA einspeisen, Positionsanzeige prüfen • Mit steigendem mA-Signal gleichmäßige Funktion testen • Analoge Eingänge von SPS, DCS, Anzeigen, Steuerungen, Strömungscomputern und Schreibern • 4–20 mA an Eingang einspeisen und korrekte Anzeige prüfen

  25. Nächste Schritte • Ichmöchteeine Demonstration • Bitte informieren Sie mich über künftige Präsentationen über Fehlersuche in Prozessen • Laden Sie diesen Anwendungsbericht über 4–20-mA-Regelschleifen herunter: • Fehlersuche in Prozessschleifen » • Effektivere Fehlersuche in Automations- und Prozesssteuerungs-schleifen »

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