Transcript in 4–20-mA-Signale um

Webinar-Serie: Fehlersuche
in Prozessen
Tests und Fehlersuche in
4–20-mA-Steuerungsschleifen
©2013 Fluke Corporation.
1
Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen
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
©2013 Fluke Corporation.
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Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen
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
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Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen
Wie funktioniert eine 4–20-mA-Steuerungsschleife?
Transmitter:
Anzeigen/Steuerungen:
Wandeln Messwert der Temperatur bzw. des
Drucks in ein 4–20-mA-Signal um.
Typischerweise passive Geräte mit externer
24-V-Schleifenstromversorgung.
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
4 to 20 mA Signal 
• Fluss
• Frequenz
• PH
2200 ºC
Eingangs-Shunt 250 Ohm 
–
NULL ENDWERT
2-Leiter-Transmitter
+

24-VSchleifenstromversorgung
Anzeige/Steuerung
DCS/SPS/Schreiber
24-V-Schleifenstromversorgung:
Versorgt Schleife mit Spannung. Transmitter
regeln das 4–20-mA-Signal im Stromkreis
und werden von dieser Stromversorgung
gespeist.
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Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen
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
4 to 20 mA signal 
• Fluss
• Frequenz
• PH
2200 ºC
Eingangs-Shunt 250 Ohm 
–
NULL ENDWERT
2-Leiter-Transmitter
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+
24-VSchleifenstromversorgung
5

Anzeige/Steuerung
DCS/SPS/Schreiber
Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen
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
Eingangstemperatur
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 mASignal
©2013 Fluke Corporation.
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Ausgangs Prozent des
-strom
Bereichs
0 °C
4 mA
0%
75 °C
8 mA
25 %
150 °C
12 mA
50 %
225 °C
16 mA
75 %
300 °C
20 mA
100 %
Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen
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.
Eingangstemperatur
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 mASignal
©2013 Fluke Corporation.
0 °C
4 mA
75 °C
8 mA
150 °C
7
Ausgangsstrom
12 mA
Prozent
des Bereichs
Temperature transmitter
0%
Temperature
input
Current
output
Percent
of span
0 °C
4 mA
0%
75 °C
8 mA
25 %
150 °C
12 mA
50 %
225 °C
16 mA
75 %
300 °C
20 mA
100 %
25 %
50 %
225 °C
16 mA
75 %
300 °C
20 mA
100 %
Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen
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-mASignal als 0 °C und ein 20-mASignal als 300 °C interpretiert.
Eingang/Ausgang
oder E/A:
Temperaturtransmitter
Eingangstemperatur
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.
Ausgangs Prozent des
-strom
Bereichs
0 °C
4 mA
0%
75 °C
8 mA
25 %
150 °C
12 mA
50 %
225 °C
16 mA
75 %
300 °C
20 mA
100 %
Flusssteuerungsventil
Eigentliches Steuerungselement.
Öffnet und schließt durch Befehle
der Steuerung und erhält
Temperatursollwert durch Erhöhen
bzw. Verringern der Gaszufuhr zum
Brenner aufrecht.
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Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen
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-mASignal 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.
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Drucktransmitter
Eingangsdruck
Ausgangsstrom
Prozent
des Bereichs
0 psi
4 mA
0%
25 psi
8 mA
25 %
50 psi
12 mA
50 %
75 psi
16 mA
75 %
100 psi
20 mA
100 %
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Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen
Welche Fehler können in einer
4–20-mA-Schleife auftreten?
Temperaturtransmitter
Probleme mit Kabeln:
Eingangstemperatur
Schlechte Anschlüsse,
beschädigte Isolierung,
Korrosion und Verunreinigung
können die Funktion einer
4–20-mA-Schleife
beeinträchtigen.
Ausgangsstrom
Prozent des Bereichs
0 °C
4 mA
0%
75 °C
8 mA
25 %
150 °C
12 mA
50 %
225 °C
16 mA
75 %
300 °C
20 mA
100 %
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.
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Drucktransmitter
Eingangsdruck
Ausgangsstrom
Prozent
des Bereichs
0 psi
4 mA
0%
25 psi
8 mA
25 %
50 psi
12 mA
50 %
75 psi
16 mA
75 %
100 psi
20 mA
100 %
10
Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen
Welche Fehler können in einer
4–20-mA-Schleife auftreten?
Temperaturtransmitter
Transmitter defekt:
Eingangstemperatur
Ändert der Transmitter
das mA-Signal nicht
korrekt in Reaktion auf die
gemessene PV, dann passt
das Regelungssystem die
PV nicht korrekt an.
Ausgangsstrom
Prozent des Bereichs
0 °C
4 mA
0%
75 °C
8 mA
25 %
150 °C
12 mA
50 %
225 °C
16 mA
75 %
300 °C
20 mA
100 %
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 Transmitter den Druck nicht
genau messen.
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Drucktransmitter
Eingangsdruck
Ausgangsstrom
Prozent
des Bereichs
0 psi
4 mA
0%
25 psi
8 mA
25 %
50 psi
12 mA
50 %
75 psi
16 mA
75 %
100 psi
20 mA
100 %
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Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen
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
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 MultifunktionsProzesskalibratoren
Unterbrechungen, schlechte Anschlüsse,
hohe Anschlusswiderstände und falsche
Verkabelungen finden
Simulierte 4–20-mA-Signale
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Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen
Das 4–20-mA-Signal messen
Temperaturtransmitter
Eingangstemperatur
In Reihe, Schleife
unterbrechen
Gemessenes
mA-Signal mit
erwartetem
Wert auf Display
vergleichen
Ausgangsstrom
Prozent des Bereichs
0 °C
4 mA
0%
75 °C
8 mA
25 %
150 °C
12 mA
50 %
225 °C
16 mA
75 %
300 °C
20 mA
100 %
Drucktransmitter
©2013 Fluke Corporation.
Eingangsdruck
Ausgangsstrom
Prozent
des Bereichs
0 psi
4 mA
0%
25 psi
8 mA
25 %
50 psi
12 mA
50 %
75 psi
16 mA
75 %
100 psi
20 mA
100 %
13
Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen
Das 4–20-mA-Signal messen;
die Schleife nicht unterbrechen
Temperaturtransmitter
Eingangstemperatur
Die Schleife
nicht unterbrechen
Gemessenes
mA-Signal mit
erwartetem
Wert auf Display
vergleichen
Ausgangsstrom
Prozent des Bereichs
0 °C
4 mA
0%
75 °C
8 mA
25 %
150 °C
12 mA
50 %
225 °C
16 mA
75 %
300 °C
20 mA
100 %
Drucktransmitter
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Eingangsdruck
Ausgangsstrom
Prozent
des Bereichs
0 psi
4 mA
0%
25 psi
8 mA
25 %
50 psi
12 mA
50 %
75 psi
16 mA
75 %
100 psi
20 mA
100 %
14
Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen
Ein 4–20-mA-Signal einspeisen
Temperaturtransmitter
Eingangstemperatur
Testet E/A von
Anzeige, Regler
oder SPS/Steuerungssystem
direkt. Den Wert
auf dem Display
prüfen
Ausgangsstrom
Prozent des Bereichs
0 °C
4 mA
0%
75 °C
8 mA
25 %
150 °C
12 mA
50 %
225 °C
16 mA
75 %
300 °C
20 mA
100 %
Drucktransmitter
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Eingangsdruck
Ausgangsstrom
Prozent
des Bereichs
0 psi
4 mA
0%
25 psi
8 mA
25 %
50 psi
12 mA
50 %
75 psi
16 mA
75 %
100 psi
20 mA
100 %
15
Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen
Ein 4–20-mA-Signal simulieren
Temperaturtransmitter
Eingangstemperatur
0 °C
Einen
Transmitter in
einer Schleife
simulieren,
Strom regeln
Testet Verkabelung,
Stromversorgung,
Anzeige, Regler
oder E/A von
SPS/Steuerungssystem. Den Wert
auf dem Display
prüfen.
Austauschtest des
Transmitters
ausführen.
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Ausgangsstrom
Prozent des Bereichs
4 mA
0%
75 °C
8 mA
25 %
150 °C
12 mA
50 %
225 °C
16 mA
75 %
300 °C
20 mA
100 %
Drucktransmitter
Eingangsdruck
AusgangsProzent
strom
des Bereichs
0 psi
4 mA
0%
25 psi
8 mA
25 %
50 psi
12 mA
50 %
75 psi
16 mA
75 %
100 psi
20 mA
100 %
16
Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen
24 V Schleifenspannung messen
Temperaturtransmitter
Eingangstemperatur
0 °C
Stehen volle
24 V zur
Verfügung oder
ist die Stromversorgung
überlastet?
Ausgangsstrom
Prozent des Bereichs
4 mA
0%
75 °C
8 mA
25 %
150 °C
12 mA
50 %
225 °C
16 mA
75 %
300 °C
20 mA
100 %
Drucktransmitter
Eingangsdruck
©2013 Fluke Corporation.
AusgangsProzent
strom
des Bereichs
0 psi
4 mA
0%
25 psi
8 mA
25 %
50 psi
12 mA
50 %
75 psi
16 mA
75 %
100 psi
20 mA
100 %
17
Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen
Mit externer 24-V-Schleifenstromversorgung testen
Temperaturtransmitter
Eingangstemperatur
0 °C
24 V
Schleifenspannung anlegen,
gleichzeitig
mA-Signal
messen.
Austauschtest
für Stromversorgung.
Ausgangsstrom
Prozent des Bereichs
4 mA
0%
75 °C
8 mA
25 %
150 °C
12 mA
50 %
225 °C
16 mA
75 %
300 °C
20 mA
100 %
Drucktransmitter
Eingangsdruck
©2013 Fluke Corporation.
AusgangsProzent
strom
des Bereichs
0 psi
4 mA
0%
25 psi
8 mA
25 %
50 psi
12 mA
50 %
75 psi
16 mA
75 %
100 psi
20 mA
100 %
18
Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen
Intelligenten HART-Transmitter als
mA-Quelle verwenden
• Beim Schleifentest sendet
Fluke 709H den mAAusgangsbefehl über das
Messkabel direkt an den
Transmitter
• Transmitter speist ein mASignal in E/A ein
• Korrekte Anzeige auf dem
Display prüfen
• Vorgegebenen
Ausgangswert mit von
Fluke 709H gemessenem
mA-Signal vergleichen
• Testet Transmitterausgang, Stromversorgung, Verkabelung
und E/A
©2013 Fluke Corporation.
Intelligenter Transmitterausgang
Schleifentest mit Verringern des Ausgangspegels
Ausgangsstrom
Instrument
4–20 mA
Ausgang an
SPS oder DCS
Temperaturtransmitter
Eingangstemperatur
Ausgangsstrom
Prozent des Bereichs
0 °C
4 mA
0%
75 °C
8 mA
25 %
150 °C
12 mA
50 %
225 °C
16 mA
75 %
300 °C
20 mA
100 %
PVAO-Befehl
(von Communicator oder Fluke 744)
19
Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen
Intelligenten HART-Transmitter als
mA-Quelle verwenden
• Beim Schleifentest sendet
Fluke 754 den mAAusgangsbefehl über das
Mess-Kabel oder HARTKabel an den Transmitter
• Transmitter speist ein mASignal in E/A ein
• Korrekte Anzeige auf dem
Display prüfen
• Vorgegebenen
Ausgangswert mit von
Fluke 754 gemessenem
mA-Signal vergleichen
• Testet Transmitterausgang, Stromversorgung, Verkabelung
und E/A
• Fluke 754 bietet FULL
HART Kalibration
©2013 Fluke Corporation.
Intelligenter Transmitterausgang
Temperaturtransmitter
Eingangstemperatur
Schleifentest mit Verringern des Ausgangspegels
Ausgangsstrom
Instrument
4–20 mA
Ausgang an
SPS oder DCS
Ausgangsstrom
Prozent des Bereichs
0 °C
4 mA
0%
75 °C
8 mA
25 %
150 °C
12 mA
50 %
225 °C
16 mA
75 %
300 °C
20 mA
100 %
PVAO-Befehl
(von Communicator oder Fluke 744)
HART
cable
20
Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen
Fehlersuche,
1–5 V und 0–10 V einspeisen
Ohmsches
Gesetz
• An den Eingängen vieler
Steuerungssysteme und
SPS liegt ein Spannungssignal an
• 1–5 V ist am
gebräuchlichsten, da
4–20 mA multipliziert mit
250 Ohm 1–5 V ergeben
• Bestimmte
Niederspannungstransmitter haben
1–5-V-Ausgänge
• Viele ältere Schreiber und
Heizungs-/Klimaanlagen
haben E/A mit 1–5 V und
0–10 V
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0.004 x 250 = 1.0 V
0.020 x 250 = 5.0 V
2200 ºC
Anzeige/Steuerung
DCS/SPS/Rekorder
21
Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen
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
Ausgangsdruck
4–20-mAStrom
Versorgungsdruck
~20 PSI
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22
Eingangsstrom
Ausgangsdruck
Prozent des Bereichs
4 mA
3 psi
0%
8 mA
6 psi
25 %
12 mA
9 psi
50 %
16 mA
12 psi
75 %
20 mA
15 psi
100 %
Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen
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.
Eingangsdruck
mA
Eingang
Ausgangs
-strom
Prozent
von
Ventilweg
Normal
Offen
Offen
3 psi
4 mA
4 mA
0%
6 psi
8 mA
8 mA
25 %
9 psi
12 mA
12 mA
50 %
12 psi
16 mA
16 mA
75 %
15 psi
20 mA
20 mA
100 %
©2013 Fluke Corporation.
Normal
Geschlos
sen
Geschlossen
Regelventil
test
Normal
Geschlossen
ventil
Geschlossen
Offen
23
mA Eingang
Prozent von
Ventilweg
3.2 mA
Fully seated
4 mA
0%
4.2 mA
leicht geöffnet
8 mA
25 %
12 mA
50 %
16 mA
75 %
19.8 mA
Fast Offen
20 mA
100 %
20.2 mA
Fully seated
Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen
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
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24
Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen
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 Prozesssteuerungsschleifen »
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25
Fehlersuche in 4–20-mA-Stromschleifen