Allgemeines zur Temperaturmessung mit SIMATIC Automatisierungssystemen

Für die Messung von Temperaturen mit einem SIMATIC S7-1500 Automatisierungssystem steht ein breites Angebot an Peripheriebaugruppen zur Auswertung von Thermoelementen (TC) und Temperaturwiderständen (RTD) zur Verfügung.

Typische Merkmale der Temperatursensoren:

Thermoelemente (TC)Messprinzip: Thermoelemente bestehen aus zwei verschiedenen Metallen, die an einer Messstelle miteinander verbunden sind. Aufgrund einer Temperaturdifferenz entsteht eine kleine Thermospannung (im Mikrovolt-Bereich).

• Signal: Das Modul misst die am Eingang anliegende Spannung.
• Auswertung: Die gemessene Spannung wird durch eine Kompensation der Referenzstelle (z. B. intern oder extern) korrigiert und anschließend linearisiert.
  Die Temperatur wird als Wert in Grad × 10 ausgegeben (z. B. 25,3 °C → 253).
• Besonderheiten: Für genaue Messergebnisse ist eine präzise Referenzstellenkompensation erforderlich.

Temperaturwiderstände (RTD)

• Messprinzip: RTDs (z. B. Pt100, Pt1000) verändern ihren elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur.
• Signal: Das Modul misst den Widerstandswert direkt.
• Auswertung: Die Temperatur wird berechnet und ebenfalls als Wert in Grad × 10 ausgegeben. Messungen sind mit 2-, 3- oder 4-Leiter-Technik möglich. Die 4-Leiter-Technik bietet die größte Genauigkeit, da Leitungswiderstände kompensiert werden können.
• Besonderheiten: Bei der 2-Leiter-Messung kann der Leitungswiderstand das Ergebnis verfälschen. Die Module können auch nur den Widerstandswert ausgeben (siehe SIMATIC S7-1200 Easy Book).

Anschluss von Temperaturwiderständen

Für den Anschluss von Temperaturwiderständen (z. B. Pt100/Pt1000) an ein S7-1500 Analogeingabemodul (z. B. AI 8xU/I/R/RTD, 6ES7531-7QF00-0AB0) kann eine 2- oder 3-Leiterschaltung verwendet werden.

Abb. 1: Beispielhafte Anschlussbelegung für 2- und 3-Leiter-Technik bei Widerstandsgebern (Baugruppe: 6ES7531-7QF00-0AB0)

Quelle: Siemens Support

Spannungspotentiale und Ex-Schutz bei Messungen mit Temperaturwiderständen

Beim Einsatz von Temperaturwiderständen (RTD) in Ex-Bereichen sind vom Errichter bzw. Betreiber spezielle Schutzmaßnahmen für elektrische Betriebsmittel zu beachten, insbesondere die Begrenzung der Spannungen in Messleitungen und an Sensorklemmen.

Wichtiger Hinweis:
Die für das jeweilige Analogeingangsmodul verfügbaren Zertifikate zum Ex-Schutz haben immer Vorrang gegenüber den theoretischen Berechnungen zu maximal auftretenden Spannungspegeln, gemäß der technischen Daten. Zulassungen und Zertifikate für den Einsatz von SIMATIC Baugruppen in Ex-Bereichen stehen als Download im SiePortal bereit.

Die nachfolgenden Aussagen und Berechnungen dienen ausschließlich zur Orientierung von möglichen max. Spannungspotentialen bei der Messung von Temperaturwiderständen.
Da Abweichungen möglich sind, kann auch keine Gewähr für z.B. Überschreitungen von Spannungspegeln übernommen werden.

Beispielrechnung des max. Spannungspotentiales beim Anschluss eines PT100 an dem o.g. Analogeingangsmodul

Allgemein gilt:
Die Höhe der Spannung am Temperaturwiderstand richtet sich nach dessen Widerstandswert bei der aktuellen Temperatur.

• Das Analogeingangsmodul misst den Widerstand des PT100-Sensors, indem es einen definierten Messstrom (typ. 230..370µA, vgl. techn. Daten) durch den Sensor treibt.
• Die Spannung, die am Analogeingang anliegt, ergibt sich nach dem Ohm’schen Gesetz (U = I × R). Bei einem PT100 (100 Ω bei 0 °C) und einem Messstrom von 0,37mA entsteht eine Messspannung von 0,037 V (37 mV).
  Bei höheren Temperaturen und entsprechend höherem Widerstand steigt die Spannung proportional an. Beispiel:U=I×R= 0,00037 A × 200 Ω = 0,074 V
• Durch den maximal messbaren Widerstandswert von 6 kΩ, ergäbe das eine Spannung von ca. 2,2 V. Mit Überlauf bei ca. 2,5 V.
• Diese ist aber zusätzlich, durch die Quelle, auf maximal 5V (z.B. bei Unterbrechung am RTD selbst) begrenzt.

Zusammenfassung:

• Versorgung des RTD erfolgt nicht als Spannung, sondern als Strom. Die Spannung ergibt sich aus dem Widerstandswert.
• Typische Messspannungen bei PT100 liegen im Bereich von wenigen mV bis maximal etwa 0,22 V (bei 600 Ω und 0,037 mA Messstrom).
• Das Modul ist gegen höhere Spannungen geschützt, aber im normalen Betrieb treten nur sehr geringe Messspannungen auf.

Die o.g. Berechnungsgrundlagen ergeben für die Messung von Temperaturwiderständen aufgrund des geringen Messtroms nur geringe Spannungspegel an den Anschlusspunkten der Messwiderstände bzw. zwischen deren Messleitungen. Der zulässige Einsatz der SIMATIC Analogeingangsmodule im Ex-Bereich richtet sich immer und ausschließlich nach den verfügbaren Zulassungen. Diese Zertifikate und Zulassungen stehen in der Regel als Download im SiePortal bereit bzw. können über die zuständigen Siemens Ansprechpartner angefragt werden.

Hinweis!

Die o.g. Tipps stellen lediglich einen Auszug von Lösungsansätzen vor, weitere Lösungen sind möglich. Irrtümer und Fehler vorbehalten.
Die in diesem Artikel beschriebene Vorgehensweise bezieht sich auf den Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels (Stand: November 2025).

Viele Grüße

Eure Fachberatung Deutschland (PK)