Der Drucktransmitter liefert stabile 4–20 mA, im Schaltschrank zeigt die Bargraph-Anzeige jedoch ständig wechselnde Alarmzustände. Direkt am Grenzwert schaltet das Relais im Sekundentakt ein und aus und der Bediener kann kaum erkennen, ob tatsächlich eine Prozessstörung vorliegt.
Die Ursache muss nicht im Sensor liegen.
Bei Bargraph-Anzeigen hängt eine zuverlässige Prozessvisualisierung wesentlich davon ab, dass:
- Eingangssignal und Skalierung,
- Null- und Endwert,
- Grenzwerte,
- Hysterese beziehungsweise Rückschaltpunkt,
- Relaislogik,
- Farbbereiche und
- Fehlerverhalten des Eingangssignals
korrekt aufeinander abgestimmt sind.
Eine Bargraph-Anzeige bietet gegenüber einer reinen Zahlenanzeige einen zusätzlichen Vorteil: Der Bediener erkennt nicht nur den aktuellen Wert, sondern auch dessen relative Lage innerhalb des gesamten Messbereichs.
Steigt beispielsweise der Behälterdruck langsam in Richtung einer Warnschwelle, lässt sich diese Entwicklung auf einem Leuchtbalken häufig schneller erfassen als anhand einer sich ändernden einzelnen Zahl.
Geräte für diese Anwendungen finden Sie unter Digitale Einbaumessgeräte / Digitalanzeiger. Weitere Lösungen sind unter Messgeräte für den Schaltschrankbau zusammengefasst.
Inhaltsverzeichnis
- Warum einen Prozesswert als Bargraph anzeigen?
- 4–20 mA und 0–10 V richtig zuordnen
- Skalierung auf die physikalische Messgröße einstellen
- Nullpunkt und Messbereichsanfang richtig unterscheiden
- Welche Bedeutung hat die Segmentauflösung?
- Grenzwerte sinnvoll festlegen
- Warum Grenzwerte eine Hysterese benötigen
- High- und Low-Alarme richtig konfigurieren
- Relaislogik und Ruhestromprinzip berücksichtigen
- Wann eine Alarmverzögerung sinnvoll ist
- Farbumschaltung sinnvoll einsetzen
- Fehlerströme von 4–20-mA-Sensoren erkennen
- Sensorversorgung über das Einbauinstrument
- Dämpfung und Mittelwertbildung richtig einsetzen
- Frontseitige Bedienung und Parametrierschutz
- Bargraph-Anzeige mit Simulator prüfen
- Typische Fehlerbilder
- Empfohlenes Vorgehen bei der Inbetriebnahme
- Praxisbeispiel: Tankdruck 0 bis 10 bar
- Welche Produkte und Lösungen eignen sich?
- Fazit
- Häufige Fragen
Warum einen Prozesswert als Bargraph anzeigen?
Eine digitale Zahlenanzeige beantwortet vor allem die Frage:
Wie groß ist der aktuelle Messwert?
Ein Bargraph beantwortet zusätzlich:
Wo befindet sich dieser Wert innerhalb des gesamten Messbereichs?
Das ist besonders bei Prozessgrößen hilfreich, bei denen der Trend beziehungsweise der Abstand zu einem Grenzwert schnell erkennbar sein soll.
Typische Anwendungen sind:
- Druck,
- Temperatur,
- Füllstand,
- Durchfluss,
- Differenzdruck,
- Kraft,
- Drehmoment,
- Leitfähigkeit oder
- andere Prozessgrößen mit analogem Normsignal.
Ein Bediener kann beispielsweise auf einen Blick erkennen, ob ein Tank ungefähr:
- zu 20 %,
- zur Hälfte oder
- nahezu vollständig
gefüllt ist.
Eine ergänzende Digitalanzeige liefert gleichzeitig den exakten Zahlenwert.
Besonders sinnvoll ist diese Kombination deshalb an Maschinen, Prüfständen und Schalttafeln, an denen sowohl eine schnelle visuelle Beurteilung als auch ein genauer Messwert benötigt werden.
4–20 mA und 0–10 V richtig zuordnen
Viele Prozesssensoren liefern ein analoges Normsignal.
Sehr häufig sind:
- 4–20 mA und
- 0–10 V.
Die Anzeige muss auf genau das tatsächlich verwendete Eingangssignal eingestellt beziehungsweise verdrahtet werden.
Bei einem 4–20-mA-Sensor repräsentiert:
4 mA = Messbereichsanfang
und:
20 mA = Messbereichsende.
Bei einem 0–10-V-Sensor gilt entsprechend beispielsweise:
0 V = Messbereichsanfang
und:
10 V = Messbereichsende.
Die elektrische Einheit des Eingangssignals ist jedoch noch nicht die Größe, die der Bediener sehen möchte.
Ein Drucktransmitter kann beispielsweise liefern:
4–20 mA = 0–16 bar
Die Anzeige sollte dann nicht 4,00 bis 20,00 darstellen, sondern direkt:
0,00 bis 16,00 bar.
Skalierung auf die physikalische Messgröße einstellen
Die wichtigste Grundparametrierung ist deshalb die Skalierung des Eingangssignals.
Für ein lineares 4–20-mA-Signal kann die Umrechnung vereinfacht dargestellt werden als:
Messwert = Untergrenze + ((I − 4 mA) / 16 mA) × Messspanne
Beispiel:
Ein Drucksensor besitzt den Messbereich:
0 bis 10 bar = 4 bis 20 mA
Bei:
12 mA
befindet sich das Signal genau in der Mitte des Strombereichs.
Die Anzeige muss deshalb:
5,0 bar
anzeigen.
Typische Prüfpunkte sind:
| Stromsignal | Anteil der Messspanne | Anzeige bei 0–10 bar |
|---|---|---|
| 4 mA | 0 % | 0 bar |
| 8 mA | 25 % | 2,5 bar |
| 12 mA | 50 % | 5,0 bar |
| 16 mA | 75 % | 7,5 bar |
| 20 mA | 100 % | 10 bar |
Wenn bereits diese fünf Punkte nicht stimmen, sollten Grenzwerte und Relais noch nicht parametriert werden.
Zuerst muss die Grundskalierung stimmen.
Nullpunkt und Messbereichsanfang richtig unterscheiden
Der Messbereich eines Sensors muss nicht bei null beginnen.
Ein Temperatursensor kann beispielsweise skaliert sein auf:
4–20 mA = −50 bis +150 °C.
Dann bedeutet:
4 mA = −50 °C
und nicht 0 °C.
12 mA entsprechen in diesem Beispiel:
+50 °C.
Ein häufiger Fehler besteht darin, bei der Anzeige lediglich den Endwert einzutragen und den Anfangswert auf null zu belassen.
Die Anzeige reagiert anschließend linear, zeigt jedoch über den gesamten Bereich falsche Werte.
Bei bipolaren oder verschobenen Messbereichen müssen daher immer:
- Messbereichsanfang und
- Messbereichsende
korrekt eingegeben werden.
Welche Bedeutung hat die Segmentauflösung?
Ein Bargraph besteht aus einer begrenzten Anzahl sichtbarer Segmente beziehungsweise Punkte.
Die Auflösung des Balkens ist deshalb geringer als die Auflösung einer mehrstelligen Digitalanzeige.
Bei einem Bargraph mit beispielsweise 30 Segmenten und einem Bereich von 0 bis 100 % repräsentiert ein Segment ungefähr:
100 % / 30 ≈ 3,3 %
des gesamten Bereichs.
Das ist kein Nachteil, sondern Teil des Anzeigeprinzips.
Der Bargraph soll primär:
- Trend,
- Auslastung,
- Richtung und
- Abstand zu kritischen Bereichen
schnell visualisieren.
Für die exakte Ablesung ist eine zusätzliche numerische Anzeige sinnvoll.
Bei sehr großen Messbereichen sollte außerdem geprüft werden, ob der Bargraph wirklich den gesamten Sensorbereich darstellen soll.
Manchmal ist eine gezielte Darstellung des tatsächlich interessierenden Betriebsbereichs sinnvoller.
Grenzwerte sinnvoll festlegen
Ein Digitalanzeiger kann zusätzlich zur Visualisierung als Grenzwertüberwachung verwendet werden.
Typische Grenzwerte sind beispielsweise:
- Warnung Hoch,
- Alarm Hoch,
- Warnung Niedrig oder
- Alarm Niedrig.
Ein einfaches Beispiel für einen Behälterdruck von 0 bis 10 bar:
- Normalbereich: 0 bis 7,5 bar,
- Warnung: ab 7,5 bar,
- Alarm: ab 9,0 bar.
Grenzwerte sollten nicht allein danach gewählt werden, wo der Bargraph optisch gut aussieht.
Sie müssen aus den tatsächlichen Prozessgrenzen abgeleitet werden.
Dazu können gehören:
- zulässiger Betriebsbereich,
- Maschinenspezifikation,
- Qualitätsgrenzen,
- Behälter- beziehungsweise Prozessgrenzen und
- vorgesehene Reaktionszeit des Bedienpersonals.
Warum Grenzwerte eine Hysterese benötigen
Ein Grenzwert ohne ausreichend wirksame Hysterese kann unmittelbar am Schaltpunkt ständig ein- und ausschalten.
Beispiel:
Der Hochalarm ist auf:
8,0 bar
eingestellt.
Der reale Prozesswert schwankt jedoch geringfügig:
7,99 → 8,01 → 7,98 → 8,02 bar.
Ohne geeignete Rückschaltdifferenz würde das Relais bei jeder kleinen Schwankung seinen Zustand ändern.
Das führt zu:
- flatternden Relais,
- unnötigen Alarmmeldungen,
- erhöhtem Kontaktverschleiß und
- unruhiger Visualisierung.
Eine Hysterese trennt Einschalt- und Rückschaltpunkt voneinander.
Beispielsweise:
Alarm EIN bei ≥ 8,0 bar
Alarm AUS erst bei ≤ 7,8 bar
Die Hysterese beträgt damit:
0,2 bar.
Kleine Schwankungen unmittelbar um 8,0 bar lösen dadurch kein permanentes Umschalten mehr aus.
High- und Low-Alarme richtig konfigurieren
Bei einer Hochüberwachung liegt der Rückschaltpunkt normalerweise unterhalb des Einschaltpunktes.
Beispiel:
HIGH EIN: 80 °C
HIGH AUS: 77 °C
Bei einer Niedrigüberwachung ist die Logik entsprechend umgekehrt.
Beispiel:
LOW EIN: 20 %
LOW AUS: 23 %
Der Prozess muss also wieder ausreichend weit in den Normalbereich zurückkehren, bevor der Alarm aufgehoben wird.
Die richtige Hysterese hängt von der Prozessdynamik ab.
Eine sehr stabile Druckmessung kann möglicherweise mit einer kleinen Hysterese auskommen.
Ein pulsierender Prozess benötigt dagegen gegebenenfalls eine größere Rückschaltdifferenz oder zusätzlich eine zeitliche Verzögerung.
Relaislogik und Ruhestromprinzip berücksichtigen
Bei einem Relaisausgang muss nicht nur der Grenzwert, sondern auch die gewünschte Schaltlogik definiert werden.
Eine Möglichkeit ist:
Relais zieht beim Alarm an.
Eine andere Möglichkeit ist das Ruhestromprinzip:
Relais ist im normalen Zustand angezogen und fällt bei Alarm ab.
Das Ruhestromprinzip kann einen zusätzlichen Vorteil bieten.
Bei geeigneter Verdrahtung kann auch ein Ausfall der Versorgungsspannung zu einem Zustand führen, der von der übergeordneten Steuerung als Störung erkannt wird.
Welches Prinzip sinnvoll ist, hängt jedoch von der Funktion der Anlage und dem vorgesehenen Fehlerverhalten ab.
Vor der Verdrahtung muss außerdem geklärt werden:
- Schließer oder Öffner,
- Relais angezogen oder abgefallen im Normalzustand,
- Verhalten bei Sensorfehler und
- Verhalten bei Ausfall der Anzeige.
Wann eine Alarmverzögerung sinnvoll ist
Hysterese und Alarmverzögerung lösen unterschiedliche Probleme.
Die Hysterese verhindert schnelles Rückschalten unmittelbar am Grenzwert.
Eine Verzögerung verhindert dagegen, dass sehr kurze Grenzwertverletzungen überhaupt als Alarm gewertet werden.
Beispiel:
Beim Start einer Pumpe steigt der Druck für 300 ms kurzzeitig über den Warnwert.
Dieser Zustand ist konstruktiv bekannt und unkritisch.
Eine Alarmverzögerung von beispielsweise einer Sekunde könnte verhindern, dass daraus jedes Mal eine Meldung entsteht.
Eine solche Verzögerung darf jedoch nicht verwendet werden, wenn eine sofortige Reaktion technisch oder sicherheitsbedingt erforderlich ist.
Hysterese und Verzögerung sollten deshalb anhand der realen Prozessdynamik eingestellt werden und nicht lediglich deshalb, weil eine Anzeige ansonsten unruhig wirkt.
Farbumschaltung sinnvoll einsetzen
Bei Bargraph-Anzeigen mit mehreren Farben kann der Prozesszustand zusätzlich optisch hervorgehoben werden.
Eine typische Darstellung könnte beispielsweise lauten:
- Grün: Normalbereich,
- Orange beziehungsweise Gelb: Warnbereich,
- Rot: Alarmbereich.
Ob und wie die Farbbereiche beziehungsweise eine automatische Farbumschaltung an Grenzwerte gekoppelt werden können, hängt von der jeweiligen Geräteausführung ab.
Bei der Parametrierung sollte die Farbe dieselbe logische Aussage wie die Grenzwertüberwachung besitzen.
Problematisch wäre beispielsweise:
- Bargraph bereits rot, aber Relais noch Normalzustand,
- Relais im Alarm, Anzeige weiterhin grün oder
- unterschiedliche Grenzwerte für HMI und Schaltschrankanzeige.
Solche Inkonsistenzen führen im Betrieb zu unnötiger Unsicherheit.
Deshalb sollten Farbumschaltung, Relaisalarm und gegebenenfalls SPS-Grenzwert nach einem gemeinsamen Grenzwertkonzept dokumentiert werden.
Fehlerströme von 4–20-mA-Sensoren erkennen
Der Vorteil eines 4–20-mA-Signals besteht unter anderem darin, dass 0 mA nicht dem normalen Messbereichsanfang entsprechen.
Dadurch können bestimmte Fehlerzustände grundsätzlich vom gültigen Messbereich unterschieden werden.
Viele intelligente Messumformer können im Fehlerfall einen Strom außerhalb des normalen Bereichs von 4 bis 20 mA ausgeben.
Die konkreten Fehlerstromwerte hängen vom Sensor und seiner Parametrierung ab.
Deshalb muss geprüft werden:
- welchen Strom der Sensor bei Fehler ausgibt,
- welchen erweiterten Eingangsmessbereich die Anzeige besitzt und
- wie die Anzeige auf Unter- beziehungsweise Überschreitung reagiert.
Ein Sensorfehler sollte nicht einfach als physikalisch extrem niedriger oder hoher Prozesswert interpretiert werden.
Beispiel:
Ein Drucksensor 0–10 bar gibt im Diagnosefall einen Strom unterhalb des regulären 4-mA-Bereichs aus.
Die Prozessanzeige sollte diesen Zustand möglichst als:
Signalfehler beziehungsweise Unterbereich
erkennen und nicht lediglich einen negativen Druckwert darstellen.
Sensorversorgung über das Einbauinstrument
Bei einigen Einbauanzeigen kann zusätzlich eine Geber- beziehungsweise Sensorversorgung zur Verfügung stehen.
Damit kann beispielsweise ein 2-Leiter-Messumformer direkt aus dem Schaltschrank versorgt werden.
Eine typische Stromschleife besteht dann aus:
Sensorversorgung → 2-Leiter-Messumformer → Messeingang → Rückleitung
Vor dem Anschluss müssen allerdings elektrische Daten miteinander verglichen werden.
Zu berücksichtigen sind insbesondere:
- Versorgungsspannung des Sensors,
- maximal benötigter Strom,
- Spannungsabfall über Anzeige beziehungsweise Eingang,
- zusätzliche Leitungswiderstände und
- eventuell weitere Geräte in der Stromschleife.
Nur weil eine Anzeige eine 24-V-Sensorversorgung bietet, bedeutet das nicht automatisch, dass jeder beliebige 2-Leiter-Transmitter unter allen Lastbedingungen daran betrieben werden kann.
Dämpfung und Mittelwertbildung richtig einsetzen
Ein unruhiger Bargraph muss nicht zwangsläufig auf einen elektrischen Fehler hinweisen.
Der reale Prozess kann selbst schwanken.
Beispiele sind:
- Pulsationen hinter Pumpen,
- Druckschwingungen an Kompressoren,
- bewegte Flüssigkeitsoberflächen,
- Vibrationen oder
- schnell wechselnde Lastzustände.
Je nach Anzeige können Filter-, Dämpfungs- oder Mittelwertfunktionen verwendet werden.
Dadurch wird die optische Anzeige ruhiger.
Eine starke Filterung hat allerdings einen Nachteil:
Schnelle reale Änderungen werden verzögert dargestellt.
Das kann besonders dann problematisch sein, wenn die gleiche gefilterte Größe auch für Grenzwertentscheidungen verwendet wird.
Deshalb sollte klar dokumentiert sein, ob:
- nur die Anzeige gedämpft wird oder
- auch die Grenzwertlogik mit dem gefilterten Wert arbeitet.
Frontseitige Bedienung und Parametrierschutz
Bei einem Einbauinstrument im Schaltschrank ist eine frontseitige Parametrierung praktisch.
Grenzwerte können dadurch geändert werden, ohne das Gerät auszubauen.
Gleichzeitig entsteht aber auch ein Risiko:
Ein Bediener könnte versehentlich einen sicherheits- oder qualitätsrelevanten Parameter verändern.
Bei Geräten mit Programmiersperre beziehungsweise Code sollte deshalb festgelegt werden, welche Parameter im normalen Betriebsmodus zugänglich bleiben.
Ein sinnvolles Konzept kann beispielsweise sein:
- Messwert jederzeit sichtbar,
- Grenzwerte nur für autorisiertes Personal änderbar,
- Grundskalierung gesperrt und
- Änderungen dokumentiert.
Besonders die Skalierung sollte nicht versehentlich verändert werden können.
Ein falsch eingestellter Grenzwert fällt häufig schnell auf.
Eine um wenige Prozent veränderte Skalierung kann dagegen lange unentdeckt bleiben.
Bargraph-Anzeige mit Simulator prüfen
Vor der Inbetriebnahme sollte die komplette Anzeige- und Grenzwertfunktion geprüft werden.
Dafür kann ein Prozesskalibrator beziehungsweise Strom-/Spannungssimulator verwendet werden.
Bei einem Eingang:
4–20 mA = 0–10 bar
kann beispielsweise folgender Test durchgeführt werden:
- 4,00 mA einspeisen → Anzeige muss 0 bar zeigen.
- 8,00 mA einspeisen → ungefähr 2,5 bar.
- 12,00 mA einspeisen → ungefähr 5,0 bar.
- 16,00 mA einspeisen → ungefähr 7,5 bar.
- 20,00 mA einspeisen → 10 bar.
- Signal langsam bis zum ersten Grenzwert erhöhen.
- Schaltpunkt des Relais kontrollieren.
- Signal anschließend langsam reduzieren.
- Rückschaltpunkt kontrollieren.
- Hysterese aus Einschalt- und Rückschaltwert bestimmen.
- gegebenenfalls zweite Warn- beziehungsweise Alarmschwelle testen.
- Farbumschaltung beziehungsweise Anzeigeverhalten kontrollieren.
- Fehlerzustände außerhalb des regulären Messbereichs prüfen, sofern vorgesehen.
Damit wird nicht nur die Anzeige geprüft.
Auch Skalierung, Grenzwertlogik, Relais und eventuell die Weiterleitung zur SPS können gemeinsam kontrolliert werden.
Typische Fehlerbilder
| Beobachtung | Mögliche Ursache | Sinnvolle Prüfung |
|---|---|---|
| Anzeige zeigt 4 bis 20 statt Prozesswert | Eingang nicht auf Engineering-Einheit skaliert | Anfangs- und Endwert programmieren |
| Anzeige ist über gesamten Bereich um einen Faktor falsch | Falsche Skalierung | 4-, 12- und 20-mA-Punkt kontrollieren |
| Relais flattert direkt am Grenzwert | Hysterese zu klein beziehungsweise nicht passend | Ein- und Rückschaltpunkt prüfen |
| Kurze Prozessspitze löst ständig Alarm aus | Keine beziehungsweise zu kurze Alarmverzögerung | Prozessdynamik und Verzögerung bewerten |
| Bargraph steht bei 50 %, Zahlenwert stimmt aber nicht | Unterschiedliche Bargraph- und Digital-Skalierung beziehungsweise Parametrierfehler | Anzeigeparameter vollständig vergleichen |
| Alarmfarbe und Relaiszustand widersprechen sich | Grenzen unterschiedlich parametriert | Farb- und Relaislogik gemeinsam prüfen |
| 0 mA wird als normaler Nullwert dargestellt | 4–20-mA-Fehlerzustand nicht berücksichtigt | Signalunterbrechung und Unterbereich prüfen |
| Anzeige schwankt stark | Realer Prozess schwankt oder Signal ist gestört | Signal mit Kalibrator beziehungsweise Multimeter vergleichen |
| Sensor funktioniert an externer Versorgung, aber nicht an der Anzeige | Spannungsbudget der Stromschleife nicht ausreichend | Versorgung und Bürde prüfen |
| Relais schaltet logisch umgekehrt | Öffner/Schließer beziehungsweise Alarmrichtung falsch | Relaislogik und Verdrahtung kontrollieren |
Empfohlenes Vorgehen bei der Inbetriebnahme
- Messgröße festlegen: Druck, Temperatur, Füllstand oder andere Prozessgröße.
- Sensorbereich dokumentieren: Beispielsweise 0–16 bar.
- Ausgangssignal prüfen: Beispielsweise 4–20 mA oder 0–10 V.
- Eingangsart der Anzeige einstellen: Strom- und Spannungseingang nicht verwechseln.
- Messbereich skalieren: Unteren und oberen Anzeigewert korrekt eingeben.
- Dezimalpunkt und Einheit festlegen: Auf sinnvolle Ablesbarkeit achten.
- Bargraphbereich definieren: Gesamten Sensorbereich oder relevanten Prozessbereich darstellen.
- Warn- und Alarmgrenzen festlegen: Prozessvorgaben verwenden.
- Hysterese einstellen: Passend zur realen Schwankung des Prozesswertes.
- Alarmverzögerung bewerten: Kurzzeitige unkritische Spitzen gegebenenfalls berücksichtigen.
- Relaislogik definieren: Öffner, Schließer und Ruhestromprinzip festlegen.
- Farblogik abstimmen: Falls unterstützt, Normal-, Warn- und Alarmbereich eindeutig darstellen.
- Fehlerverhalten definieren: Leitungsbruch und Sensorfehler berücksichtigen.
- Sensorversorgung prüfen: Bei Versorgung über die Anzeige elektrisches Spannungsbudget kontrollieren.
- Mit Simulator testen: Anfang, Mitte, Ende sowie Alarm- und Rückschaltpunkte kontrollieren.
- Parameter sichern: Parametrierschutz aktivieren und Einstellungen dokumentieren.
Praxisbeispiel: Tankdruck 0 bis 10 bar
In einer Anlage wird der Druck eines Puffertanks überwacht.
Der Drucktransmitter besitzt:
Messbereich: 0–10 bar
Ausgang: 4–20 mA
Im Schaltschrank wird der Wert über einen Digitalanzeiger mit Bargraph und zwei Relais dargestellt.
Die gewünschte Logik lautet:
- Normalbetrieb bis 7,5 bar,
- Warnung ab 7,5 bar und
- Hochalarm ab 9,0 bar.
Bei der ersten Inbetriebnahme wird der Hochalarm auf exakt 9,0 bar eingestellt.
Der Prozessdruck schwankt allerdings zwischen ungefähr 8,95 und 9,05 bar.
Das Alarmrelais beginnt deshalb ständig ein- und auszuschalten.
Die Anzeige ist elektrisch korrekt und auch der Drucksensor arbeitet einwandfrei.
Die Ursache ist die fehlende beziehungsweise ungeeignete Rückschaltdifferenz.
Die Parametrierung wird deshalb beispielsweise auf folgende Logik angepasst:
Hochalarm EIN: 9,0 bar
Hochalarm AUS: 8,7 bar
Der Alarm bleibt jetzt aktiv, bis der Prozess eindeutig wieder unterhalb des kritischen Bereichs liegt.
Zusätzlich wird der Warnbereich optisch klar vom normalen Bereich unterschieden.
Zur Prüfung wird ein Stromsimulator angeschlossen.
Bei:
- 4 mA werden 0 bar,
- 12 mA werden 5 bar und
- 20 mA werden 10 bar
angezeigt.
Anschließend wird das Signal langsam erhöht, bis das Hochalarmrelais schaltet.
Danach wird der Strom langsam reduziert und kontrolliert, ob das Relais erst am definierten Rückschaltpunkt wieder freigibt.
Damit sind:
- Skalierung,
- Bargraph,
- Grenzwert,
- Hysterese und
- Relaisfunktion
mit einem einzigen Test nachvollziehbar geprüft.
Welche Produkte und Lösungen eignen sich?
IMB3 – Bargraphanzeige 96 × 24 mm für 0/4–20 mA und 0–10 V
Die IMB3 Bargraphanzeige eignet sich besonders für kompakte Schalttafeln, bei denen Prozesswert und Grenzzustand schnell erfassbar sein sollen.
Die Ausführung für Normsignale verarbeitet:
- 0/4–20 mA und
- 0–10 VDC.
Sie kombiniert eine digitale Anzeige mit einem 30-Punkte-Bargraph.
Je nach Ausführung stehen außerdem Funktionen beziehungsweise Optionen für:
- ein oder zwei Relais-Schaltpunkte,
- Grenzwertüberwachung,
- Alarmverzögerungen,
- Balken- oder Dotdarstellung,
- Min-/Max-Erfassung,
- Sensorversorgung,
- Analogausgang oder
- RS232/RS485
zur Verfügung.
Der Tricolour-Bargraph ist insbesondere interessant, wenn unterschiedliche Prozessbereiche visuell voneinander unterschieden werden sollen.
IMB2 – 96 × 96 mm mit 55-Punkte-Bargraph und Digitalanzeige
Die IMB2 Bargraphanzeige bietet in einem 96 × 96-mm-Gehäuse eine 5-stellige Digitalanzeige und einen 55-Punkte-Bargraph.
Sie ist besonders interessant, wenn neben der grafischen Darstellung auch eine gut ablesbare numerische Anzeige und umfangreichere Ein-/Ausgangsfunktionen benötigt werden.
Für Normsignale stehen unter anderem Eingänge für:
- 0/4–20 mA und
- 0–10 VDC
zur Verfügung.
Zwei Relaisausgänge ermöglichen zusätzliche Grenzwertfunktionen.
Je nach Ausführung beziehungsweise Konfiguration können außerdem Sensorversorgung, Analogausgang sowie digitale Schnittstellen eingesetzt werden.
IMB1 – kompakte reine Bargraph-Visualisierung
Für Anwendungen, bei denen eine besonders kompakte grafische Anzeige im Vordergrund steht, ist die IMB1 Bargraphanzeige 48 × 24 mm eine Alternative.
Sie verarbeitet ebenfalls Normsignale wie 0/4–20 mA und 0–10 V.
Je nach Ausführung können verschiedene Bargraphfarben und Darstellungsarten verwendet werden.
Die kompakte Ausführung eignet sich insbesondere dort, wo wenig Platz in der Schalttafel vorhanden ist und die schnelle visuelle Erfassung des Prozesswertes im Vordergrund steht.
Weitere Einbauanzeigen finden Sie unter Digitale Einbaumessgeräte / Digitalanzeiger.
ICS Schneider Messtechnik unterstützt bei der Auswahl und Parametrierung von Bargraph-Anzeigen und Digitalanzeigern für 4–20 mA, 0–10 V und andere Prozesssignale sowie bei der Auslegung von Grenzwerten, Schaltausgängen, Sensorversorgung und Anzeigeformaten.
Fazit
Eine Bargraph-Anzeige ist mehr als eine optische Ergänzung zur Digitalanzeige.
Richtig parametriert zeigt sie auf einen Blick:
- wo sich der aktuelle Prozesswert befindet,
- in welche Richtung sich der Prozess entwickelt und
- wie groß der Abstand zu Warn- oder Alarmgrenzen ist.
Die Voraussetzung dafür ist eine korrekte Skalierung.
Ein 4–20-mA- oder 0–10-V-Signal muss auf die tatsächliche physikalische Messgröße umgesetzt werden.
Erst danach sollten Grenzwerte konfiguriert werden.
Besonders wichtig ist die Hysterese.
Sie sorgt dafür, dass ein Relais bei kleinen Schwankungen unmittelbar am Grenzwert nicht ständig ein- und ausschaltet.
Eine Alarmverzögerung kann zusätzlich kurzzeitige, prozessbedingt zulässige Überschreitungen ausblenden.
Bei mehrfarbigen Anzeigen sollten Farbe, Relaiszustand und SPS-Alarm dieselbe logische Aussage besitzen.
Auch Fehlerströme und Leitungsunterbrechungen gehören in das Parametrierkonzept. Ein defektes Sensorsignal darf nicht unbemerkt als plausibler Prozesswert interpretiert werden.
Die Inbetriebnahme sollte deshalb immer mit einem Strom- beziehungsweise Spannungssimulator erfolgen.
Wer mindestens Anfang, Mitte und Ende des Messbereichs sowie Ein- und Rückschaltpunkte der Alarme prüft, erkennt die meisten Parametrierfehler bereits vor dem Anlagenbetrieb.
Die wichtigste Regel lautet:
Zuerst das Eingangssignal richtig skalieren, anschließend Grenzwerte und Hysterese festlegen und erst danach Farben, Relais und Alarmmeldungen darauf aufbauen.
Häufige Fragen zu Bargraph-Anzeigen
Was ist eine Bargraph-Anzeige?
Eine Bargraph-Anzeige stellt einen Messwert als Leuchtbalken beziehungsweise Segmentreihe dar. Dadurch lässt sich die relative Position des aktuellen Messwertes innerhalb des Messbereichs schneller erkennen als bei einer reinen Zahlenanzeige.
Kann eine Bargraph-Anzeige direkt ein 4–20-mA-Signal anzeigen?
Ja, wenn die Anzeige über einen entsprechenden Stromeingang verfügt. Das Signal sollte dabei auf die tatsächliche Prozessgröße skaliert werden, beispielsweise 4–20 mA auf 0–10 bar.
Was zeigt eine 4–20-mA-Anzeige bei 12 mA?
12 mA entsprechen genau 50 % der elektrischen Messspanne. Bei einem Sensor von 0–10 bar sollte die Anzeige deshalb 5 bar darstellen.
Warum flattert das Grenzwertrelais?
Eine häufige Ursache ist eine zu kleine oder fehlende Hysterese. Schwankt der Messwert unmittelbar um den Schaltpunkt, kann das Relais sonst ständig ein- und ausschalten.
Was ist die Hysterese bei einer Digitalanzeige?
Die Hysterese ist die Differenz zwischen dem Einschaltpunkt und dem Rückschaltpunkt eines Grenzwertes. Ein Alarm kann beispielsweise bei 8,0 bar einschalten und erst bei 7,8 bar wieder zurücksetzen.
Was ist der Unterschied zwischen Hysterese und Alarmverzögerung?
Die Hysterese verhindert wiederholtes Schalten unmittelbar am Grenzwert. Eine Alarmverzögerung verlangt dagegen, dass der Grenzwert für eine bestimmte Zeit überschritten beziehungsweise unterschritten bleibt, bevor der Alarm ausgelöst wird.
Welche Farben sollte ein Bargraph verwenden?
Eine häufig sinnvolle Logik ist Grün für Normalbetrieb, Orange beziehungsweise Gelb für Warnung und Rot für Alarm. Die tatsächliche Farblogik hängt jedoch von der verwendeten Anzeige und dem Anlagenkonzept ab.
Kann die Anzeige auch einen Sensorfehler erkennen?
Das hängt vom Sensor und vom Einbauinstrument ab. Bei 4–20-mA-Messumformern können Fehlerzustände über Stromwerte außerhalb des regulären Messbereichs signalisiert werden. Die Anzeige muss so parametriert sein, dass solche Werte entsprechend erkannt beziehungsweise dargestellt werden.
Kann ein Digitalanzeiger einen 2-Leiter-Sensor versorgen?
Einige Geräte bieten eine integrierte Sensor- beziehungsweise Geberversorgung. Vor dem Anschluss müssen jedoch Versorgungsspannung, Strombedarf und das gesamte Spannungsbudget der 4–20-mA-Schleife überprüft werden.
Wie prüfe ich eine Bargraph-Anzeige?
Am einfachsten mit einem Prozesskalibrator beziehungsweise Strom-/Spannungssimulator. Bei 4–20 mA sollten mindestens Messbereichsanfang, Mittelpunkt und Messbereichsende sowie alle Ein- und Rückschaltpunkte der Grenzwerte geprüft werden.