Vortex-Ausgangssignal skalieren: 4–20 mA, Puls und Zähler richtig auswerten

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Ein Vortex-Durchflussmesser liefert häufig mehrere Informationen gleichzeitig. Neben dem aktuellen Durchfluss stehen je nach Ausführung ein 4–20-mA-Signal, HART-Variablen, ein mengenproportionaler Pulsausgang und interne Summenzähler zur Verfügung. Bei Dampf- und Gasanwendungen können zusätzlich Temperatur, Druck, Dichte, Normvolumen, Massedurchfluss oder Energie berechnet werden.

In der Praxis entstehen viele Abweichungen nicht durch das eigentliche Vortex-Messprinzip, sondern durch eine falsche Zuordnung der Ausgangsgrößen. Das Display zeigt beispielsweise einen Massedurchfluss in kg/h, während der Analogausgang noch auf Betriebsvolumen in m³/h eingestellt ist. Oder der Pulsausgang wird mit einer anderen Einheit und Pulswertigkeit ausgewertet als in der SPS hinterlegt.

Besonders kritisch wird dies bei Energieabrechnungen, Verbrauchsbilanzen und Kostenstellen. Ein Momentandurchfluss kann auf der Anzeige plausibel aussehen, während der SPS-Summenzähler aufgrund einer falschen Pulswertigkeit über Wochen eine deutlich zu hohe oder zu niedrige Menge erfasst.

Dieser Beitrag zeigt, wie 4–20 mA, HART, Pulsausgang und Summenzähler eines Vortex-Durchflussmessers richtig zugeordnet, skaliert und geprüft werden. Als konkretes Beispiel dient der SITRANS FX300 Vortex-Durchflussmesser. Weitere Geräte finden Sie in der Kategorie Coriolis- und Vortex-Durchflussmesser.

Welche Messgrößen kann ein Vortex-Gerät ausgeben?

Das Vortex-Messprinzip erfasst zunächst die Frequenz der Wirbel, die sich hinter einem Störkörper in der Rohrleitung ablösen. Diese Frequenz ist innerhalb des nutzbaren Messbereichs proportional zur Strömungsgeschwindigkeit. Aus Strömungsgeschwindigkeit und Rohrquerschnitt berechnet der Messumformer den Volumendurchfluss unter den aktuellen Betriebsbedingungen.

Abhängig von Geräteausführung und Parametrierung können daraus weitere Größen entstehen:

• Betriebsvolumenstrom in m³/h, l/min oder einer anderen Volumeneinheit,
• Normvolumenstrom in Nm³/h beziehungsweise m³_n/h,
• Massedurchfluss in kg/h oder t/h,
• Temperatur des Mediums,
• Prozessdruck bei integrierter oder externer Druckerfassung,
• berechnete Dichte,
• Wärmeleistung oder Energie bei geeigneten Anwendungen,
• summiertes Volumen, Normvolumen, Masse oder Energie.

Diese Werte dürfen nicht ohne eindeutige Kennzeichnung ausgetauscht werden. Ein Zahlenwert von 500 kann 500 m³/h Betriebsvolumen, 500 Nm³/h Normvolumen oder 500 kg/h Masse bedeuten. Ohne Einheit und Bezugsbedingungen ist der Wert nicht vollständig definiert.

Betriebsvolumen, Normvolumen und Masse unterscheiden

Betriebsvolumenstrom

Der Betriebsvolumenstrom beschreibt das Volumen, das unter den tatsächlichen Druck- und Temperaturbedingungen durch die Rohrleitung strömt. Die Einheit ist beispielsweise m³/h.

Bei Flüssigkeiten mit geringer Dichteänderung ist dieser Wert häufig ausreichend. Bei Gasen und Dampf kann sich das Volumen dagegen stark mit Druck und Temperatur verändern.

Normvolumenstrom

Der Normvolumenstrom rechnet das Gasvolumen auf festgelegte Referenzbedingungen um. Diese Referenzbedingungen müssen im Messgerät und im Leitsystem identisch hinterlegt sein. Bereits unterschiedliche Bezugstemperaturen können zu merklichen Abweichungen führen.

Die Angabe „Nm³/h“ ist deshalb allein noch nicht vollständig. Zusätzlich muss dokumentiert sein, auf welche Normtemperatur, welchen Normdruck und gegebenenfalls welche Feuchtebedingung sich der Wert bezieht.

Massedurchfluss

Der Massedurchfluss gibt die tatsächlich transportierte Masse pro Zeit an. Bei Dampf wird er häufig in kg/h oder t/h verwendet. Er wird beim Vortex-Gerät nicht direkt gemessen, sondern aus dem Volumenstrom und der ermittelten beziehungsweise hinterlegten Dichte berechnet.

Damit die Berechnung korrekt ist, müssen Medium, Druck, Temperatur und Dichteberechnung zur Anwendung passen. Eine falsche Mediumsauswahl kann deshalb zu einem elektrisch korrekten, aber prozesstechnisch falschen Ausgangssignal führen.

Messgröße	Typische Einheit	Besonders wichtig bei
Betriebsvolumenstrom	m³/h, l/min	Flüssigkeiten und Prozesse mit weitgehend konstanter Dichte
Normvolumenstrom	Nm³/h, m³n/h	Gasverbrauch, Druckluft und technische Gase
Massedurchfluss	kg/h, t/h	Dampf, Stoffbilanzen und massenbezogene Abrechnung
Energie beziehungsweise Wärmeleistung	kW, MJ/h, kJ/h	Dampf- und Wärmenetzüberwachung
Summenmenge	m³, Nm³, kg, t, MJ	Verbrauch, Abrechnung und Kostenstellen

4–20 mA, Puls und HART im Vergleich

Signal	Typischer Inhalt	Stärke	Typische Fehlerquelle
4–20 mA	Momentandurchfluss oder Wärmeleistung	Robuste kontinuierliche Übertragung	Falscher Anfangs- oder Endwert in der SPS
Mengenpuls	Definierte Menge je Impuls	Direkte Summierung ohne zeitliche Integration	Falsche Pulswertigkeit oder verlorene Impulse
Interner Summenzähler	Gesamtvolumen, Normvolumen, Masse oder Energie	Wird direkt im Messgerät gebildet	Falsche Einheit oder unkontrollierter Reset
HART	Primärwert, weitere Messwerte, Parameter und Status	Mehrere Informationen über dieselbe Stromschleife	Variablenzuordnung oder fehlende Kommunikation

Für viele Anwendungen ist eine Kombination sinnvoll. Der Momentandurchfluss wird über 4–20 mA für Regelung und Anzeige übertragen. Der Pulsausgang liefert die Verbrauchsmenge an einen Zählereingang. Über HART können zusätzliche Werte und Geräteeinstellungen geprüft werden.

4–20-mA-Ausgang richtig skalieren

Der analoge Ausgang ordnet einem unteren Prozesswert 4 mA und einem oberen Prozesswert 20 mA zu. Dazwischen erfolgt die Übertragung linear.

Die allgemeine Berechnung lautet:

Messwert = unterer Messwert + (Strom − 4 mA) / 16 mA × Messspanne

Die Messspanne ergibt sich aus:

Messspanne = oberer Messwert − unterer Messwert

Beispiel: 0 bis 10 t/h

Stromsignal	Anteil der Spanne	Durchfluss
4 mA	0 %	0 t/h
8 mA	25 %	2,5 t/h
12 mA	50 %	5 t/h
16 mA	75 %	7,5 t/h
20 mA	100 %	10 t/h

Bei 14,4 mA ergibt sich:

(14,4 mA − 4 mA) / 16 mA = 0,65

0,65 × 10 t/h = 6,5 t/h

In der SPS müssen deshalb mindestens folgende Angaben mit dem Vortex-Gerät übereinstimmen:

• Ausgangsvariable,
• unterer Messbereichswert,
• oberer Messbereichswert,
• Einheit,
• Bezugsbedingungen,
• Dämpfung,
• Fehlerstromkonfiguration.

Eine häufige Fehlerquelle entsteht nach einer Umparametrierung des Messgerätes. Wird der Endwert im FX300 beispielsweise von 10 auf 15 t/h geändert, muss auch die SPS-Skalierung angepasst werden. Andernfalls stimmen Anzeige und Leitsystem nur noch am Nullpunkt überein.

Warum in der SPS keine Wurzelziehung erforderlich ist

Der 4–20-mA-Ausgang eines Vortex-Durchflussmessers ist normalerweise bereits linear zum parametrierten Durchflusswert. Eine zusätzliche Wurzelziehung in der SPS ist daher nicht erforderlich.

Die Wurzelziehung wird typischerweise bei einer Wirkdruckmessung benötigt, weil der Differenzdruck proportional zum Quadrat des Durchflusses ist. Wird eine solche Funktion versehentlich auf ein bereits linearisiertes Vortex-Signal angewendet, zeigt die SPS einen stark verfälschten Durchfluss an.

Bei 25 % des tatsächlichen Messbereichs liefert ein linear skalierter Vortex-Ausgang 8 mA. Wendet die SPS darauf noch eine Wurzelfunktion an, wird daraus rechnerisch 50 % des Messbereichs. Der angezeigte Durchfluss wäre damit doppelt so hoch wie der tatsächliche Wert.

Fehlerstrom und ungültige Messwerte auswerten

Ein 4–20-mA-Signal darf nicht nur als Zahlenwert verarbeitet werden. Auch Werte außerhalb des normalen Messbereichs müssen bewertet werden. Der SITRANS FX300 kann abhängig von der Parametrierung einen oberen oder unteren Fehlerstrom ausgeben.

Typische Zustände sind:

• 4 mA: gültiger unterer Messbereichswert,
• 20 mA: gültiger oberer Messbereichswert,
• leicht über 20 mA: mögliche Übersteuerung innerhalb des zulässigen Ausgangsbereichs,
• etwa 22 mA: konfiguriertes oberes Fehlersignal,
• etwa 3,55 mA: konfiguriertes unteres Fehlersignal.

Die SPS sollte solche Werte nicht in einen scheinbar gültigen Durchfluss umrechnen. Stattdessen sind getrennte Statusinformationen sinnvoll:

• Messwert gültig,
• unterhalb des Messbereichs,
• oberhalb des Messbereichs,
• Gerätestörung,
• Leitungsbruch oder fehlende Versorgung.

Die verwendeten Schwellen müssen zur tatsächlichen Parametrierung des Messumformers passen. Wird im FX300 ein oberer Fehlerstrom eingestellt, darf die SPS nicht ausschließlich nach einem unteren Fehlerstrom suchen.

Mengenproportionalen Pulsausgang richtig nutzen

Ein mengenproportionaler Pulsausgang überträgt keine kontinuierliche analoge Größe. Jeder Impuls steht für eine festgelegte Menge. Diese Menge kann sich beispielsweise auf Volumen, Normvolumen, Masse oder Energie beziehen.

Die Gesamtmenge ergibt sich aus:

Gesamtmenge = Anzahl der Impulse × Menge je Impuls

Beispiel:

• Pulswertigkeit: 10 kg je Impuls
• gezählte Impulse: 12.500

Gesamtmenge = 12.500 × 10 kg = 125.000 kg = 125 t

Beim SITRANS FX300 ist der Pulsausgang als passiver, galvanisch getrennter Ausgang ausgeführt. Für ihn ist eine geeignete externe Versorgung beziehungsweise Eingangsschaltung erforderlich. Werden Strom- und Pulsausgang gleichzeitig verwendet, sind die beiden Signalkreise entsprechend der Anschlussvorgaben getrennt zu versorgen.

Besonders wichtig ist die maximale Pulsrate. Beim FX300 beträgt sie 0,5 Pulse pro Sekunde beziehungsweise 1.800 Pulse pro Stunde. Die Pulswertigkeit muss deshalb so gewählt werden, dass diese Grenze beim maximalen Durchfluss nicht überschritten wird.

Pulswertigkeit passend festlegen

Eine zu feine Pulswertigkeit erzeugt bei hohem Durchfluss mehr Impulse, als der Ausgang liefern kann. Eine zu grobe Pulswertigkeit führt bei kleinem Durchfluss dagegen zu langen Pausen zwischen den Impulsen.

Für die Mindestmenge je Impuls kann folgende Beziehung verwendet werden:

Menge je Impuls ≥ maximaler Durchfluss / maximale Impulszahl pro Stunde

Beispiel: maximal 9.000 kg/h

Bei maximal 1.800 Pulsen pro Stunde ergibt sich:

9.000 kg/h / 1.800 Impulse/h = 5 kg je Impuls

Eine Einstellung von 1 kg je Impuls wäre für diesen maximalen Durchfluss zu fein. Es wären 9.000 Impulse pro Stunde beziehungsweise 2,5 Impulse pro Sekunde erforderlich. Der Ausgang kann jedoch nur 0,5 Pulse pro Sekunde liefern.

Geeignet wäre beispielsweise:

• 5 kg je Impuls: bei maximalem Durchfluss genau 0,5 Hz,
• 10 kg je Impuls: bei maximalem Durchfluss 0,25 Hz,
• 100 kg je Impuls: nur 0,025 Hz, jedoch geringe zeitliche Auflösung.

Die Wahl ist ein Kompromiss aus maximaler Ausgangsfrequenz und gewünschter Mengenauflösung. Für Energie- oder Verbrauchsbilanzen ist eine gröbere Pulswertigkeit häufig unkritisch. Für kleine Chargen kann sie dagegen ungeeignet sein.

Internen und externen Summenzähler vergleichen

Der interne Summenzähler des Vortex-Gerätes wird aus dem intern berechneten Durchfluss gebildet. Die SPS kann zusätzlich über den Pulsausgang einen eigenen Zähler führen. Beide Werte sollten bei identischer Einheit und Pulswertigkeit langfristig weitgehend übereinstimmen.

Kleine Unterschiede können entstehen durch:

• Ablesezeitpunkt,
• noch nicht vollständig übertragene Impulse,
• Rundung der Anzeige,
• Anlauf- oder Abschaltzeitpunkte,
• Zählerreset,
• Ausfall der SPS oder Zählerkarte,
• Änderung der Pulswertigkeit,
• nicht gespeicherte SPS-Zählerstände.

Große oder stetig zunehmende Abweichungen weisen dagegen häufig auf eine falsche Skalierung oder verlorene Impulse hin.

Anzeige im FX300	SPS-Zähler	Mögliche Ursache
Steigt, SPS bleibt stehen	Keine Impulse	Verdrahtung, Versorgung, Eingang oder Pulsausgang deaktiviert
SPS zählt doppelt so viel	Faktor 2 zu hoch	Falsche Pulswertigkeit oder Zählen beider Signalflanken
SPS zählt nur zeitweise	Impulse fehlen	Eingangsfilter, zu kurze Erfassung oder SPS-Zyklus ungeeignet
Werte stimmen zunächst und laufen später auseinander	Zunehmende Differenz	Verlorene Impulse, Zählerüberlauf oder nicht gespeicherter Zählerstand
Gleiche Zahl, unterschiedliche Bedeutung	Scheinbare Übereinstimmung	Eine Seite zählt kg, die andere m³ oder Nm³

Pulssignal an der SPS richtig zählen

Der digitale Eingang muss zur elektrischen Ausgangsart des Vortex-Gerätes passen. Beim passiven Open-Collector-Ausgang müssen externe Versorgung, Eingangsbeschaltung und zulässiger Strom korrekt ausgelegt werden.

Bei der SPS-Parametrierung sind insbesondere zu prüfen:

• Spannungspegel und Eingangstyp,
• gemeinsames Bezugspotenzial beziehungsweise galvanische Trennung,
• Zählung der steigenden oder fallenden Flanke,
• keine doppelte Zählung beider Flanken,
• Impulsbreite und Eingangsfilter,
• maximale Eingangsfrequenz,
• Überlaufgrenze des Zählregisters,
• Speicherung bei Spannungsausfall,
• Verhalten bei SPS-Neustart,
• Reset- und Freigabebedingungen.

Ein gewöhnlicher SPS-Eingang kann bei der niedrigen maximalen Pulsfrequenz des FX300 häufig ausreichend sein. Trotzdem sollte eine definierte Flankenauswertung verwendet werden. Eine einfache Abfrage innerhalb des normalen SPS-Zyklus ist weniger robust als ein dafür vorgesehener Zählereingang oder eine Flankenfunktion.

Der Mengenwert sollte in einem ausreichend großen Zahlenformat gespeichert werden. Bei Langzeitverbrauchszählern kann ein kleiner Ganzzahlbereich schnell überlaufen.

Zusätzliche Messwerte über HART nutzen

HART überlagert dem analogen Stromsignal eine digitale Kommunikation. Der 4–20-mA-Wert bleibt für den SPS-Analogeingang verfügbar, während zusätzlich weitere Variablen und Geräteparameter übertragen werden können.

Beim FX300 können abhängig von Ausführung und Parametrierung unter anderem folgende Informationen HART-Variablen zugeordnet werden:

• aktueller Durchfluss,
• summierter Durchfluss,
• Temperatur,
• Druck,
• Dichte,
• Energie,
• weitere berechnete Prozesswerte.

HART ist besonders nützlich, wenn neben dem Momentandurchfluss auch Summenzähler und Diagnosewerte benötigt werden, ohne zusätzliche analoge Leitungen zu verlegen.

Für eine zuverlässige Kommunikation ist eine ausreichende Schleifenimpedanz erforderlich. Beim FX300 wird hierfür ein Schleifenwiderstand von mindestens 250 Ω genannt. Dabei sind auch Speisetrenner, SPS-Eingang, Kabelwiderstand und verfügbare Versorgungsspannung zu berücksichtigen.

Im HART-Multidrop-Betrieb wird der analoge Strom nicht mehr als normaler Prozesswert zwischen 4 und 20 mA verwendet. Deshalb darf dieser Betriebsmodus nicht unbeabsichtigt aktiviert werden, wenn die SPS den Durchfluss weiterhin analog auswerten soll.

Anzeige und Leitsystem systematisch vergleichen

Stimmen die Anzeige am Vortex-Gerät und der SPS-Wert nicht überein, sollten die Werte nicht nur optisch verglichen werden. Zunächst muss sichergestellt werden, dass tatsächlich dieselbe Messgröße betrachtet wird.

Ein systematischer Vergleich umfasst:

1. Aktuelle Ausgangsvariable im Vortex-Gerät prüfen.
2. Einheit und Bezugsbedingungen kontrollieren.
3. Unteren und oberen Ausgangswert dokumentieren.
4. Tatsächlichen Schleifenstrom messen.
5. Aus dem Strom den erwarteten Prozesswert berechnen.
6. Rohwert des SPS-Analogeingangs kontrollieren.
7. Skalierungsbaustein und Grenzwerte prüfen.
8. Dämpfung und Aktualisierungszeit vergleichen.
9. Fehler- und Statusmeldungen auswerten.

Beispiel: Das Display zeigt 6 t/h und der Messbereich beträgt 0 bis 10 t/h. Erwartet werden:

4 mA + 6/10 × 16 mA = 13,6 mA

Werden tatsächlich 13,6 mA gemessen, liegt der Fehler wahrscheinlich in der SPS-Skalierung. Werden dagegen nur 10 mA gemessen, muss die Ausgangsparametrierung oder das Messgerät geprüft werden.

Bei stark schwankendem Durchfluss können Display und SPS aufgrund unterschiedlicher Dämpfungszeiten kurzfristig voneinander abweichen. Deshalb sollten stabile Betriebspunkte oder die gleichen Mittelungszeiten verwendet werden.

4–20-mA-Loop-Check durchführen

Ein Loop-Check trennt die elektrische Signalübertragung von der eigentlichen Durchflussmessung. Dabei wird geprüft, ob ein definierter Stromwert im Leitsystem dem richtigen Prozesswert entspricht.

Ein geeigneter Ablauf ist:

1. Messbereich und Ausgangsvariable dokumentieren.
2. Regelung beziehungsweise Verriegelungen in einen sicheren Prüfzustand versetzen.
3. 4 mA einspeisen und unteren Anzeigewert prüfen.
4. 8 mA einspeisen und 25-%-Wert prüfen.
5. 12 mA einspeisen und 50-%-Wert prüfen.
6. 16 mA einspeisen und 75-%-Wert prüfen.
7. 20 mA einspeisen und oberen Anzeigewert prüfen.
8. Fehlerstrom beziehungsweise Alarmgrenzen separat prüfen.
9. Ergebnisse dokumentieren und normale Verschaltung wiederherstellen.

Mit dem UPS4E Stromschleifen-Kalibrator können 4–20-mA-Signale gemessen und simuliert werden. Die Step- und Rampenfunktionen unterstützen die Prüfung mehrerer Punkte. Die integrierte Schleifenversorgung kann bei passiven Stromkreisen verwendet werden.

Der Loop-Check bestätigt jedoch nur Analogkarte, Verdrahtung und Skalierung. Er beweist nicht, dass der Vortex-Sensor den realen Durchfluss richtig erfasst.

Pulsausgang und Zählereingang prüfen

Der Pulskreis wird getrennt vom 4–20-mA-Kreis geprüft. Dabei sollten sowohl die elektrische Übertragung als auch die Umrechnung in eine Menge kontrolliert werden.

Ein möglicher Ablauf:

1. Pulsausgang im Messgerät aktivieren.
2. Einheit und Umrechnungsfaktor dokumentieren.
3. Elektrische Ausgangsart und Versorgung prüfen.
4. Testfunktion des Messgerätes aktivieren, sofern verfügbar.
5. Definierte Impulsanzahl am SPS-Eingang zählen.
6. Prüfen, ob nur eine Flanke je Impuls gezählt wird.
7. Erwartete Menge aus Impulszahl und Pulswertigkeit berechnen.
8. Internen und externen Summenzähler vergleichen.
9. Speicherverhalten bei SPS-Neustart kontrollieren.

Der FX300 verfügt über eine Testfunktion für den Pulsausgang. Dadurch kann der elektrische Zählpfad geprüft werden, ohne einen realen Durchfluss erzeugen zu müssen. Die mechanische und prozesstechnische Durchflussmessung wird dadurch jedoch ebenfalls nicht kalibriert.

Praxisbeispiel: Dampfmessung mit falscher SPS-Skalierung

In einem Dampfnetz misst ein Vortex-Durchflussmesser einen Massedurchfluss von 0 bis 12 t/h. Der Analogausgang ist entsprechend auf 4 bis 20 mA skaliert. Zusätzlich liefert der Pulsausgang 10 kg je Impuls an einen SPS-Zähler.

Bei mittlerer Anlagenlast zeigt das Display des Vortex-Gerätes 6 t/h an. Die SPS zeigt dagegen nur 4,8 t/h. Der interne Summenzähler und der SPS-Pulszähler stimmen über einen längeren Zeitraum weitgehend überein.

Da die Mengenzähler übereinstimmen, ist die eigentliche Durchflussmessung zunächst plausibel. Eine Messung des Analogsignals ergibt bei 6 t/h genau 12 mA. Dieser Strom entspricht 50 % des eingestellten Messbereichs.

In der SPS ist jedoch noch der frühere Messbereich von 0 bis 9,6 t/h hinterlegt:

50 % von 9,6 t/h = 4,8 t/h

Nach Anpassung der SPS-Skalierung auf 0 bis 12 t/h stimmen Display und Leitsystem wieder überein.

Bei der weiteren Prüfung wird festgestellt, dass die SPS den Pulsausgang korrekt mit 10 kg je Impuls verarbeitet. Aus 100.000 Impulsen werden somit 1.000.000 kg beziehungsweise 1.000 t berechnet.

Das Beispiel zeigt den Vorteil mehrerer unabhängiger Signalwege. Der Pulssummenzähler bestätigte die Gesamtmenge, während der analoge Momentanwert eine falsche Skalierung in der SPS aufdeckte.

Empfohlener Ablauf bei der Inbetriebnahme

1. Medium, Messgröße und Bezugsbedingungen eindeutig festlegen.
2. Entscheiden, ob Betriebsvolumen, Normvolumen, Masse oder Energie benötigt wird.
3. Unteren und oberen Wert des 4–20-mA-Ausgangs dokumentieren.
4. Fehlerstrom und Alarmverhalten festlegen.
5. HART-Variablen eindeutig zuordnen.
6. Summenzählereinheit und Pulswertigkeit bestimmen.
7. Maximale Pulsrate für den höchsten Durchfluss berechnen.
8. Elektrische Ausgangsart und SPS-Eingang aufeinander abstimmen.
9. 4–20-mA-Loop-Check mit mehreren Prüfpunkten durchführen.
10. Pulsausgang und Zählerfunktion separat testen.
11. Display, HART-Wert, Stromsignal und SPS-Wert an einem stabilen Betriebspunkt vergleichen.
12. Internen und externen Summenzähler über einen definierten Zeitraum vergleichen.
13. Alle Einstellungen in der Messstellendokumentation sichern.

Bei einer späteren Änderung von Messbereich, Einheit, Medium oder Pulswertigkeit muss die Dokumentation aktualisiert und die SPS-Konfiguration erneut geprüft werden.

Welche Produkte eignen sich?

SITRANS FX300 Vortex-Durchflussmessgerät

Der SITRANS FX300 eignet sich für die Durchflussmessung von Dampf, Gasen und Flüssigkeiten. Je nach Ausführung stehen integrierte Temperatur- beziehungsweise Druck- und Temperaturkompensation zur Verfügung.

Das Gerät kann unter anderem Betriebsvolumen, Normvolumen, Masse und Energie berechnen. Für die Systemintegration stehen ein 4–20-mA-Ausgang mit HART sowie ein separater mengenproportionaler Pulsausgang zur Verfügung. Interne Summenzähler können passend zur ausgewählten Durchflussgröße konfiguriert werden.

Bei der Auslegung des Pulsausgangs ist dessen maximale Pulsrate zu berücksichtigen. Für schnelle frequenzproportionale Regelaufgaben ist der analoge Ausgang beziehungsweise ein geeignetes digitales Prozesssignal in der Regel besser geeignet.

Coriolis- und Vortex-Durchflussmesser

Die Kategorie Coriolis- und Vortex-Durchflussmesser enthält Geräte für Volumen-, Normvolumen-, Masse- und Energiemessungen in Flüssigkeiten, Gasen und Dampf.

Welche Ausgangsvarianten verfügbar sind, hängt vom jeweiligen Messumformer und der bestellten Konfiguration ab. Strom-, Puls- und Kommunikationsausgänge sollten deshalb bereits bei der Geräteauswahl entsprechend der SPS-Struktur festgelegt werden.

UPS4E Stromschleifen-Kalibrator

Der UPS4E Stromschleifen-Kalibrator eignet sich zum Messen, Geben und Simulieren von 4–20-mA-Signalen. Damit können Analogausgänge, Stromschleifen und SPS-Eingänge bei Inbetriebnahme und Fehlersuche geprüft werden.

Das Gerät unterstützt definierte Prüfschritte, Rampen, eine interne 24-V-Schleifenversorgung und die Bereitstellung eines 250-Ω-Widerstands für HART-Anwendungen. Für die vollständige Prüfung eines Pulsausgangs wird zusätzlich ein geeignetes Impuls- beziehungsweise Frequenzmessgerät oder ein korrekt parametrierter SPS-Zählereingang benötigt.

Fazit: Momentandurchfluss und Gesamtmenge getrennt behandeln

Der 4–20-mA-Ausgang eignet sich besonders für den aktuellen Durchflusswert. Er muss in Messgerät und SPS mit derselben Variable, Einheit sowie demselben Anfangs- und Endwert skaliert sein. Eine zusätzliche Wurzelziehung ist bei einem bereits linearisierten Vortex-Signal nicht erforderlich.

Für die Erfassung der Gesamtmenge ist ein mengenproportionaler Pulsausgang häufig zuverlässiger als die zeitliche Integration des Analogwertes in der SPS. Pulswertigkeit und maximale Pulsrate müssen jedoch zum höchsten Durchfluss und zur gewünschten Auflösung passen.

Beim SITRANS FX300 ist die maximale Pulsfrequenz vergleichsweise niedrig. Der Ausgang ist daher als Summenimpuls zu behandeln. Eine zu feine Pulswertigkeit kann nicht verarbeitet werden und muss bereits bei der Inbetriebnahme rechnerisch ausgeschlossen werden.

HART ergänzt die analoge Stromschleife um weitere Prozesswerte, Summenzähler und Geräteinformationen. Es ersetzt aber nicht automatisch eine korrekte Variablenzuordnung und SPS-Skalierung.

Eine zuverlässige Inbetriebnahme prüft jeden Signalweg getrennt: reale Durchflussmessung, Analogausgang, Pulsausgang, Verdrahtung, SPS-Eingang, Skalierung und Summenzähler. Erst wenn alle Werte dieselbe Messgröße und Einheit verwenden, sind Anzeige, Leitsystem und Verbrauchsbilanz miteinander vergleichbar.

Häufige Fragen zu Vortex-Ausgangssignalen

Welches Signal eignet sich für den Momentandurchfluss?

Für eine klassische SPS-Anbindung ist der 4–20-mA-Ausgang besonders geeignet. Er überträgt den aktuellen Durchfluss kontinuierlich und kann für Anzeige, Überwachung und Regelung verwendet werden.

Kann die Gesamtmenge über 4–20 mA übertragen werden?

Das Stromsignal bildet normalerweise den aktuellen Durchfluss ab. Die SPS kann daraus durch zeitliche Integration eine Menge berechnen. Für eine robuste Verbrauchserfassung sind jedoch häufig der Pulsausgang oder der interne Summenzähler besser geeignet.

Was bedeutet eine Pulswertigkeit von 10 kg je Impuls?

Jeder gezählte Impuls entspricht einer Masse von 10 kg. Bei 1.000 Impulsen ergibt sich eine Gesamtmenge von 10.000 kg.

Warum stimmen der interne Zähler und der SPS-Zähler nicht überein?

Mögliche Ursachen sind eine falsche Pulswertigkeit, unterschiedliche Einheiten, verlorene oder doppelt gezählte Impulse, ein Zählerreset, ein SPS-Ausfall oder ein nicht gespeicherter Zählerstand.

Muss ein Vortex-Signal in der SPS wurzelgezogen werden?

Nein. Der Ausgang eines Vortex-Durchflussmessers ist normalerweise bereits linear zum parametrierten Durchfluss. Eine zusätzliche Wurzelziehung würde den Wert verfälschen.

Welche Fehlerströme kann der SITRANS FX300 ausgeben?

Abhängig von der Parametrierung kann ein oberer Fehlerstrom von ungefähr 22 mA oder ein unterer Fehlerstrom von ungefähr 3,55 mA verwendet werden. Die SPS-Auswertung muss zur gewählten Einstellung passen.

Kann der FX300-Pulsausgang als schneller Frequenzausgang verwendet werden?

Der veröffentlichte Pulsausgang des FX300 ist auf maximal 0,5 Pulse pro Sekunde begrenzt. Er eignet sich deshalb vor allem als mengenproportionaler Summenimpuls und nicht als schneller Frequenzausgang für dynamische Durchflussregelungen.

Wie kann die SPS-Skalierung ohne realen Durchfluss geprüft werden?

Mit einem Stromschleifen-Kalibrator können definierte Werte wie 4, 8, 12, 16 und 20 mA simuliert werden. Dadurch lassen sich Analogkarte, Verdrahtung, Skalierung und Anzeige unabhängig vom realen Durchfluss prüfen.

Welche Werte können über HART übertragen werden?

Abhängig von Geräteausführung und Parametrierung können neben dem primären Durchflusswert beispielsweise Summendurchfluss, Temperatur, Druck, Dichte oder Energie als weitere HART-Variablen zur Verfügung stehen.