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Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 1©2013 Fluke Corporation. Tests und Fehlersuche in 4–20-mA-Steuerungsschleifen Webinar-Serie: Fehlersuche in Prozessen.

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Präsentation zum Thema: "Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 1©2013 Fluke Corporation. Tests und Fehlersuche in 4–20-mA-Steuerungsschleifen Webinar-Serie: Fehlersuche in Prozessen."—  Präsentation transkript:

1 Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 1©2013 Fluke Corporation. Tests und Fehlersuche in 4–20-mA-Steuerungsschleifen Webinar-Serie: Fehlersuche in Prozessen

2 Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 2©2013 Fluke Corporation. 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 Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 3©2013 Fluke Corporation. 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 Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 4©2013 Fluke Corporation. + – 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 NULLEND- WERT 2200 ºC 2-Leiter-Transmitter Sensoreingang Temperatur Druckmessgeräte Fluss Frequenz PH Anzeige/Steuerung DCS/SPS/Schreiber Eingangs-Shunt 250 Ohm 4 to 20 mA Signal 24-V-Schleifenstromversorgung: Versorgt Schleife mit Spannung. Transmitter regeln das 4–20-mA-Signal im Stromkreis und werden von dieser Stromversorgung gespeist. Transmitter: Wandeln Messwert der Temperatur bzw. des Drucks in ein 4–20-mA-Signal um. Typischerweise passive Geräte mit externer 24-V-Schleifenstromversorgung. Wie funktioniert eine 4–20-mA-Steuerungsschleife? 24-V- Schleifenstrom- versorgung

5 Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 5©2013 Fluke Corporation. 24-V- Schleifenstrom- versorgung + – NULLEND- WERT 2200 ºC 2-Leiter-Transmitter Sensoreingang Temperatur Druckmessgeräte Fluss Frequenz PH Anzeige/Steuerung DCS/SPS/Schreiber Eingangs-Shunt 250 Ohm 4 to 20 mA signal 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

6 Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 6©2013 Fluke Corporation. 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 Temperaturtransmitter wandeln gemessene Temperatur (PV) in 4–20-mA-Signale um Eingangs- temperatur Ausgangs -strom Prozent des Bereichs 0 ° C 4 mA0 % 75 ° C 8 mA25 % 150 ° C 12 mA50 % 225 ° C 16 mA75 % 300 ° C 20 mA100 %

7 Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 7©2013 Fluke Corporation. 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 Temperaturtransmitter wandeln gemessene Temperatur (PV) in 4–20-mA-Signale um Eingangs- temperatur Ausgangs- strom Prozent des Bereichs 0 ° C 4 mA0 % 75 ° C 8 mA25 % 150 ° C 12 mA50 % 225 ° C 16 mA75 % 300 ° C 20 mA100 %

8 Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 8©2013 Fluke Corporation. 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/Ausgang oder 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 Temperaturtransmitter wandeln gemessene Temperatur (PV) in 4–20-mA-Signale um Eingangs- temperatur Ausgangs -strom Prozent des Bereichs 0 ° C 4 mA0 % 75 ° C 8 mA25 % 150 ° C 12 mA50 % 225 ° C 16 mA75 % 300 ° C 20 mA100 %

9 Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 9©2013 Fluke Corporation. 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 wandeln den gemessenen Druck (PV) in 4–20-mA-Signale um Drucktransmitter Eingangs- druck Ausgangs- strom Prozent des Bereichs 0 psi4 mA0 % 25 psi8 mA25 % 50 psi12 mA50 % 75 psi16 mA75 % 100 psi20 mA100 %

10 Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 10©2013 Fluke Corporation. Probleme mit Kabeln: Schlechte Anschlüsse, beschädigte Isolierung, Korrosion und Verunreinigung können die Funktion einer 4–20-mA-Schleife beeinträchtigen. Stromversorgung für 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. Welche Fehler können in einer 4–20-mA-Schleife auftreten? Drucktransmitter Temperaturtransmitter Eingangs- druck Ausgangs- strom Prozent des Bereichs 0 psi4 mA0 % 25 psi8 mA25 % 50 psi12 mA50 % 75 psi16 mA75 % 100 psi20 mA100 % EingangstemperaturAusgangsstromProzent des Bereichs 0 ° C 4 mA0 % 75 ° C 8 mA25 % 150 ° C 12 mA50 % 225 ° C 16 mA75 % 300 ° C 20 mA100 %

11 Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 11©2013 Fluke Corporation. 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. Drucktransmitter Temperaturtransmitter Eingangs- druck Ausgangs- strom Prozent des Bereichs 0 psi4 mA0 % 25 psi8 mA25 % 50 psi12 mA50 % 75 psi16 mA75 % 100 psi20 mA100 % EingangstemperaturAusgangsstromProzent des Bereichs 0 ° C 4 mA0 % 75 ° C 8 mA25 % 150 ° C 12 mA50 % 225 ° C 16 mA75 % 300 ° C 20 mA100 %

12 Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 12©2013 Fluke Corporation. Wie sucht man Fehler? Welches Werkzeug ist am zweckmäßigsten? Was kann gemessen oder eingespeist werden? Instrument für Messung und Signaleinspeisung Was verrät es dem Techniker? 4–20-mA-Signale messen Digitalmultimeter. Schleifenkalibrator, Stromzange, ProcessMeter Ob der gemessene mA-Wert erwartungsgemäß ist 4–20-mA-Signale einspeisen Schleifenkalibrator, Stromzange, ProcessMeter Wenn E/A oder anderes Gerät mit mA-Eingang korrekt funktionieren Simulierte 4–20-mA-Signale Schleifenkalibrator, Stromzange Fluke 772 oder 773, ProcessMeter Ob Stromversorgung, Verkabelung und E/A korrekt funktionieren, testweise Transmitter austauschen 24 V Schleifenspannung messen Digitalmultimeter, Stromschleifenkalibrator, Stromzange Fluke 773, ProcessMeter Ob volle 24 V zur Verfügung stehen, ob die Spannungsversorgung defekt oder überlastet ist 24 V Schleifenspannung anlegen Schleifenkalibrator, Stromzange, Fluke 789 ProcessMeter Ob ein Austauschtest für installierte Stromversorgung das Problem behebt 0–10 V, 1–5 V anschließen Schleifenkalibrator mit Spannungsquelle (715) oder spezielle Stromzange (773) Ob E/A oder anderes Gerät mit Spannungseingang korrekt funktionieren Durchgangsmessungen Digitalmultimeter, ProcessMeter, bestimmte Multifunktions- Prozesskalibratoren Unterbrechungen, schlechte Anschlüsse, hohe Anschlusswiderstände und falsche Verkabelungen finden

13 Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 13©2013 Fluke Corporation. In Reihe, Schleife unterbrechen Gemessenes mA-Signal mit erwartetem Wert auf Display vergleichen Das 4–20-mA-Signal messen Temperaturtransmitter Drucktransmitter Eingangs- druck Ausgangs- strom Prozent des Bereichs 0 psi4 mA0 % 25 psi8 mA25 % 50 psi12 mA50 % 75 psi16 mA75 % 100 psi20 mA100 % EingangstemperaturAusgangsstromProzent des Bereichs 0 ° C 4 mA0 % 75 ° C 8 mA25 % 150 ° C 12 mA50 % 225 ° C 16 mA75 % 300 ° C 20 mA100 %

14 Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 14©2013 Fluke Corporation. Die Schleife nicht unterbrechen Gemessenes mA-Signal mit erwartetem Wert auf Display vergleichen Das 4–20-mA-Signal messen; die Schleife nicht unterbrechen Temperaturtransmitter Drucktransmitter Eingangs- druck Ausgangs- strom Prozent des Bereichs 0 psi4 mA0 % 25 psi8 mA25 % 50 psi12 mA50 % 75 psi16 mA75 % 100 psi20 mA100 % EingangstemperaturAusgangsstromProzent des Bereichs 0 ° C 4 mA0 % 75 ° C 8 mA25 % 150 ° C 12 mA50 % 225 ° C 16 mA75 % 300 ° C 20 mA100 %

15 Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 15©2013 Fluke Corporation. Testet E/A von Anzeige, Regler oder SPS/Steu- erungssystem direkt. Den Wert auf dem Display prüfen Ein 4–20-mA-Signal einspeisen Drucktransmitter Eingangs- druck Ausgangs- strom Prozent des Bereichs 0 psi4 mA0 % 25 psi8 mA25 % 50 psi12 mA50 % 75 psi16 mA75 % 100 psi20 mA100 % Temperaturtransmitter EingangstemperaturAusgangsstromProzent des Bereichs 0 ° C 4 mA0 % 75 ° C 8 mA25 % 150 ° C 12 mA50 % 225 ° C 16 mA75 % 300 ° C 20 mA100 %

16 Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 16©2013 Fluke Corporation. Einen Transmitter in einer Schleife simulieren, Strom regeln Temperaturtransmitter Drucktransmitter Testet Verkabelung, Stromversorgung, Anzeige, Regler oder E/A von SPS/Steuerungs- system. Den Wert auf dem Display prüfen. Austauschtest des Transmitters ausführen. Ein 4–20-mA-Signal simulieren Eingangs- druck Ausgangs- strom Prozent des Bereichs 0 psi4 mA0 % 25 psi8 mA25 % 50 psi12 mA50 % 75 psi16 mA75 % 100 psi20 mA100 % EingangstemperaturAusgangsstromProzent des Bereichs 0 ° C 4 mA0 % 75 ° C 8 mA25 % 150 ° C 12 mA50 % 225 ° C 16 mA75 % 300 ° C 20 mA100 %

17 Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 17©2013 Fluke Corporation. Temperaturtransmitter Drucktransmitter Stehen volle 24 V zur Verfügung oder ist die Strom- versorgung überlastet? 24 V Schleifenspannung messen Eingangs- druck Ausgangs- strom Prozent des Bereichs 0 psi4 mA0 % 25 psi8 mA25 % 50 psi12 mA50 % 75 psi16 mA75 % 100 psi20 mA100 % EingangstemperaturAusgangsstromProzent des Bereichs 0 ° C 4 mA0 % 75 ° C 8 mA25 % 150 ° C 12 mA50 % 225 ° C 16 mA75 % 300 ° C 20 mA100 %

18 Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 18©2013 Fluke Corporation. Temperaturtransmitter 24 V Schleifenspan- nung anlegen, gleichzeitig mA-Signal messen. Austauschtest für Strom- versorgung. Mit externer 24-V-Schleifenstromversorgung testen Eingangs- druck Ausgangs- strom Prozent des Bereichs 0 psi4 mA0 % 25 psi8 mA25 % 50 psi12 mA50 % 75 psi16 mA75 % 100 psi20 mA100 % EingangstemperaturAusgangsstromProzent des Bereichs 0 ° C 4 mA0 % 75 ° C 8 mA25 % 150 ° C 12 mA50 % 225 ° C 16 mA75 % 300 ° C 20 mA100 % Drucktransmitter

19 Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 19©2013 Fluke Corporation. Intelligenten HART-Transmitter als mA-Quelle verwenden 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 Temperaturtransmitter Ausgangs- strom Instrument 4–20 mA Ausgang an SPS oder DCS PVAO-Befehl (von Communicator oder Fluke 744) Schleifentest mit Verringern des Ausgangs- pegels Intelligenter Transmitterausgang EingangstemperaturAusgangsstromProzent des Bereichs 0 ° C 4 mA0 % 75 ° C 8 mA25 % 150 ° C 12 mA50 % 225 ° C 16 mA75 % 300 ° C 20 mA100 %

20 Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 20©2013 Fluke Corporation. Intelligenten HART-Transmitter als mA-Quelle verwenden HART cable 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 Temperaturtransmitter Ausgangs- strom Instrument 4–20 mA Ausgang an SPS oder DCS PVAO-Befehl (von Communicator oder Fluke 744) Schleifentest mit Verringern des Ausgangs- pegels Intelligenter Transmitterausgang EingangstemperaturAusgangsstromProzent des Bereichs 0 ° C 4 mA0 % 75 ° C 8 mA25 % 150 ° C 12 mA50 % 225 ° C 16 mA75 % 300 ° C 20 mA100 %

21 Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 21©2013 Fluke Corporation. 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 2200 ºC Anzeige/Steuerung DCS/SPS/Rekorder x 250 = 1.0 V x 250 = 5.0 V Fehlersuche, 1–5 V und 0–10 V einspeisen Ohmsches Gesetz

22 Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 22©2013 Fluke Corporation. Testen von I/P-Wandlern I/P-Wandler wandelt ein 4–20-mA-Signal in ein Pneumatiksignal (3–15 psi) um Oft mit Steuerungsventilen verwendet 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 4–20-mA- Strom Ausgangsdruck Versorgungs- druck ~20 PSI EingangsstromAusgangsdruckProzent des Bereichs 4 mA3 psi0 % 8 mA6 psi25 % 12 mA9 psi50 % 16 mA12 psi75 % 20 mA15 psi100 %

23 Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 23©2013 Fluke Corporation. 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 Funktion anhand 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 Geschlossen ventil

24 Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 24©2013 Fluke Corporation. 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 Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen 25©2013 Fluke Corporation. Nächste Schritte Ich möchte eine 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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