Wie kann man einen Potentiometer mit einem Widerstandsbereich von 0-10 kOhm mit einem SIMATIC ET200SP Analogeingangsmodul verwenden?
Erstellt von: Fachberatung Deutschland am: 29.04.2025 13:58 (0 Antworten)
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Beigetreten: 01.02.2021 Letzter Bes: 01.09.2025 Beiträge: 1691 Bewertung:
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Einsatz von Potentiometern als Sollwertquellen Im Anlagenbau werden häufig zur Eingabe von Sollwerten, neben der Möglichkeit von Digitaleingaben z.B. an Bedienpanels oder PCs, auch elektromechanische Elemente wie verstellbare Potentiometer (Schiebe- oder Drehausführung) eingesetzt. Diese elektromechanischen Bauelemente können insbesondere dem Bediener in bestimmten Einsatzgebieten eine bessere Haptik und feinere Einstellmöglichkeit bieten. Verschiedene Möglichkeiten bei der Auswertung mit SIMATIC ET200SP Analogeingangsmodulen Im Spektrum der SIMATIC Analogeingangsmodule können ohmsche Widerstandswerte entweder direkt oder indirekt bestimmt werden. Möglichkeit 1: Direkte Ermittlung des Widerstandswertes mit der Widerstandsmessung Die direkte Messung von ohmschen Widerständen ist mit SIMATIC ET200SP Analogeingangsmodulen (nachfolgend AE-Modul genannt) z.B. vom Typ: Der Anschluss des Widerstands kann entweder in einer 2-Leitetrschaltung oder auch auch in einer 3-bzw. 4-Leiterschaltung erfolgen. Die 3- bzw. 4-Leiterschaltung sollte bei Widerstandsmessungen im unteren Messbereich, z.B. bei langen Leitungen mit einem hohen Verhältnis zwischen Leitungswiderstand und Messwiderstand, zur Fehlerkompensation verwendet werden. Im vorliegenden Fall reicht die Verwendung der 2-Leiterschaltung aufgrund des hohen Messbereichsendwertes im kOhm-Bereich aus. Bild 1: Anschlussmöglichkeiten bei der Widerstandsmessung Problemstellung: Es können nur Widerstandswerte bis 6 kOhm ausgewertet werden. Das o.g. AE-Modul ist bzgl. der Widerstandsmessung auf Widerstandswerte von max. 6 kOhm begrenzt. Bild 2: Einstellung zur Widerstandsmessung Lösung: Parallelschaltung des Potentiometers mit einem 15 kOhm Festwiderstand Zur Adaption des 10 kOhm Potentiometer an das o.g. AE-Modul mit max. 6 kOhm Eingangsbereich kann ein 15 kOhm Festwiderstand parallel zu dem Messbereich des Potentiometers (Schleifabgang + 1 Außenleiter als Bezugspunkt) geschaltet werden. Hieraus ergibt sich am Eingang des AE-Moduls ein Gesamtwiderstand von 0-6 kOhm innerhalb des elektromechanischen Bewegungsraumes des Potentiometers Bild 3: Parallelbeschaltung der Widerstandsmessung Weitere Problemstellung: Nichtlinearer Widerstandsverlauf Bei der Parallelschaltung aus dem o.g. Festwiderstand und dem Potentiometer ergibt sich ein Ersatzwiderstand, welcher im Verlauf der Änderung des Potentiometers einen im Verhältnis zur Wertänderung des Potentiometers nichtlinearen Verlauf anzeigt. Lösungsansätze zur Linearisierung Um den Gesamtwiderstand einer Parallelschaltung aus einem Festwiderstand und einem Potentiometer zu linearisieren, gibt es keine einfache Formel, da die Widerstandsänderung des Potentiometers nicht linear ist, wenn ein Festwiderstand parallelgeschaltet wird. Der gemessene Wert müsste somit z.B. in einem FC/FB mathematisch linearisiert werden! Methoden zur Kompensation der nichtlinearen Beziehung bei Wertänderung des Potentiometers:
Tipp: Möglichkeit 2: Indirekte Ermittlung des Widerstandswertes mit der Spannungsmessung Statt den Widerstand direkt im AE-Modul per Widerstandsmessung auszuwerten, lässt sich auch der Spannungsfall des Schleifleiters zu einem Außenleiter des Potentiometers mit einem AE-Modul mit Spannungsmessung indirekt ermitteln. Hierbei wird der Ohm’sche Widerstand durch lineare Umrechnung nach dem Ohm’schen Gesetz R = U/I durch eine math. Berechnung in einen Codebaustein der PLC bestimmt. Da der Strom I als konstant angenommen wird, ist dieser einmalig zu bestimmen und in die o.g. Formel einzusetzen. Beispiel: An den Außenleitern des Potentiometers liegen 10 V bei 10 kOhm max. Widerstand (gemessen an Außenleiter des Potentiometers). Dies ergibt einen konstanten Strom von 1mA bzw. 0,001A. Lösung 2.1: Anschluss des Potentiometers an 24 V DC Versorgungspannung Diese Lösung besteht aus einem Spannungsteiler (Reihenschaltung) bestehend aus einem Festwiderstand (14 kOhm) und dem Potentiometer (0-10 kOhm) sowie der Versorgung dieser Reihenschaltung mit 24 V DC (z.B. vorhandene Versorgung der ET200SP Station). Mögliches Analogeingangsmodul: Vorteile: Nachteil: Bild 4: Anschlussschaltung an 24 V DC Versorgung Lösung 2.2: Anschluss des Potentiometers an 10 V DC Versorgungspannung Diese Lösung erfordert eine Spannungsquelle mit 10 V DC. Diese kann z.B. über ein zusätzliches ET200SP Analogausgangsmodul AQ 2xU ST bereitgestellt werden. Die Auswertung erfolgt dann über eine Analogeingangsmodul per Spannungsmessung (0-10V) über den Schleifabgang des Potentiometers gegen Masse (0-10V). Erforderliches Analogeingangsmodul: Erforderliches Analogausgangsmodul: Vorteile: Nachteil: Bild 5: Anschlussschaltung an 10 V DC Versorgung (Ausgang AA-Modul) Hinweis! Die o.g. Tipps stellen lediglich einen Auszug von Lösungsansätzen vor, weitere Lösungen sind möglich. Irrtümer und Fehler vorbehalten. Insbesondere sind bei Elektroinstallationen die jeweils vorliegenden Normen und Richtlinien einzuhalten. Die o.g. Anschlussschaltungen sind in diesem Kontext als reines Funktionsprinzip zu verstehen. Ferner bezieht sich die in diesem Artikel beschriebene Vorgehensweise auf den Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels (Stand: April 2025). Viele Grüße Eure Fachberatung Deutschland (PK) |
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