Feuchtesensoren in Lüftungsanlagen, Technikräumen und Gebäuden erfassen häufig nicht nur die relative Luftfeuchte, sondern zusätzlich die Temperatur. Diese Messwerte müssen anschließend an eine SPS, einen DDC-Regler oder die Gebäudeleittechnik übertragen werden.
Dafür stehen unterschiedliche Ausgangssignale zur Verfügung. Ein 4–20-mA-Ausgang überträgt einen Messwert als robustes analoges Stromsignal. Ein 0–10-V-Ausgang ist in der Gebäudetechnik weit verbreitet und lässt sich einfach an viele Regler anschließen. Modbus RTU überträgt dagegen mehrere Mess- und Statuswerte digital über einen gemeinsamen Bus.
Die Entscheidung sollte nicht allein nach dem modernsten Signal erfolgen. Entscheidend sind die vorhandene Gebäudeautomation, die Anzahl der benötigten Messwerte, Leitungslänge, Störumgebung, Diagnoseanforderungen und das Know-how des späteren Servicepersonals.
Inhaltsverzeichnis
- Welche Werte soll der Feuchtesensor übertragen?
- 4–20 mA, 0–10 V und Modbus im direkten Vergleich
- Wie funktioniert ein 4–20-mA-Ausgang?
- Wann ist 0–10 V sinnvoll?
- Wie funktioniert Modbus RTU bei Feuchtesensoren?
- Feuchte, Temperatur und Taupunkt gemeinsam übertragen
- Analoge Signale richtig skalieren
- Versorgungsspannung und Bürde prüfen
- Kabellänge und Störumgebung berücksichtigen
- RS-485-Bus richtig aufbauen
- Diagnosemöglichkeiten vergleichen
- Ausfallverhalten und Anlagenverfügbarkeit
- Anbindung an SPS, DDC und Gebäudeleittechnik
- Inbetriebnahme analoger Feuchtesensoren
- Modbus-Sensoren in Betrieb nehmen
- 4–20-mA-Stromschleife prüfen
- Sensorwert und Signalübertragung getrennt prüfen
- Typische Auswahl- und Anschlussfehler
- Praxisbeispiel: Feuchteüberwachung einer Lüftungsanlage
- Entscheidungshilfe für die Signalwahl
- Benötigte Angaben für die Geräteauswahl
- Welche Produkte eignen sich?
- Fazit
- Häufige Fragen
Welche Werte soll der Feuchtesensor übertragen?
Vor der Auswahl des Ausgangssignals muss festgelegt werden, welche Messgrößen in der Gebäudeautomation tatsächlich benötigt werden.
Ein kombinierter Temperatur- und Feuchtesensor kann je nach Ausführung unter anderem folgende Werte bereitstellen:
- relative Luftfeuchte in % rF,
- Temperatur in °C,
- Taupunkttemperatur,
- absolute Feuchte,
- Enthalpie oder weitere berechnete Klimagrößen,
- Sensorstatus und Diagnoseinformationen,
- Grenzwert- oder Alarmzustände.
Bei einem analogen Ausgang wird normalerweise für jede kontinuierliche Messgröße ein eigener Ausgang benötigt. Sollen Feuchte und Temperatur über 4–20 mA übertragen werden, sind daher üblicherweise zwei Stromschleifen und zwei Analogeingänge erforderlich.
Über Modbus können mehrere Messwerte aus einem Sensor über dieselbe Datenleitung übertragen werden. Das ist besonders interessant, wenn neben Feuchte und Temperatur auch Taupunkt, Status oder Diagnosewerte benötigt werden.
4–20 mA, 0–10 V und Modbus im direkten Vergleich
| Kriterium | 4–20 mA | 0–10 V | Modbus RTU |
|---|---|---|---|
| Signalart | Analoges Stromsignal | Analoges Spannungssignal | Digitale Kommunikation über RS-485 |
| Messwerte je Anschluss | In der Regel ein Messwert pro Schleife | In der Regel ein Messwert pro Ausgang | Mehrere Mess- und Statuswerte möglich |
| Verdrahtung | Separate Leitung beziehungsweise Eingang je Signal | Separate Leitung beziehungsweise Eingang je Signal | Mehrere Teilnehmer können einen Bus nutzen |
| Störfestigkeit | Gut für industrielle Umgebungen und längere Leitungswege geeignet | Für viele Gebäudeanwendungen geeignet, Bezugspotenzial beachten | Gut bei fachgerecht ausgeführtem Bus, Kabel und Potenzialausgleich |
| Diagnose | Begrenzt auf Stromwert und gegebenenfalls Fehlerstrom | Begrenzt auf Spannungswert | Zusätzliche Status-, Fehler- und Geräteinformationen möglich |
| Inbetriebnahme | Einfach mess- und simulierbar | Einfach mit Spannungsmessgerät prüfbar | Adresse, Baudrate, Parität und Register müssen stimmen |
| Erweiterbarkeit | Zusätzlicher Messwert benötigt zusätzlichen Eingang | Zusätzlicher Messwert benötigt zusätzlichen Eingang | Zusätzliche Teilnehmer können in den Bus eingebunden werden |
| Typischer Einsatz | Industrie, längere Leitungen, bestehende Analogeingänge | HLK, Raumautomation und kompakte DDC-Systeme | Neue Gebäudeautomation, viele Messstellen und mehrere Messwerte |
Wie funktioniert ein 4–20-mA-Ausgang?
Bei einem 4–20-mA-Ausgang wird der Messwert als elektrischer Strom übertragen. Der untere Messbereichswert entspricht 4 mA und der obere Messbereichswert 20 mA.
Beispiel für relative Feuchte:
- 0 % rF entsprechen 4 mA,
- 50 % rF entsprechen 12 mA,
- 100 % rF entsprechen 20 mA.
Der Messstrom ist innerhalb der zulässigen Schleifenbedingungen weitgehend unabhängig vom Spannungsabfall an der Leitung. Das macht die Stromschleife für längere Kabelwege und elektrisch belastete Umgebungen interessant.
Der sogenannte Live-Zero bei 4 mA bietet einen weiteren praktischen Vorteil. Ein Wert von 0 % rF wird nicht mit 0 mA übertragen. Ein vollständig ausgefallener Strom kann daher von einem regulären unteren Messwert unterschieden werden.
Abhängig vom Gerät können Ströme unterhalb oder oberhalb des normalen Messbereichs als Fehler- oder Übersteuerungssignal verwendet werden. Die genaue Bedeutung muss im Datenblatt und in der SPS-Programmierung festgelegt sein.
Wann ist 0–10 V sinnvoll?
0–10 V ist in HLK-Reglern, DDC-Systemen, Raumautomation und Schaltschrankbau weit verbreitet. Viele Gebäudeautomationssysteme besitzen standardmäßig entsprechende Spannungseingänge.
Vorteile sind:
- einfache Verdrahtung,
- einfache Prüfung mit einem Spannungsmessgerät,
- große Verbreitung in der Gebäudeautomation,
- geringer Geräteaufwand bei kurzen und übersichtlichen Leitungswegen,
- direkte Kompatibilität mit vielen Reglern und Stellgliedern.
Bei Spannungssignalen sind jedoch das gemeinsame Bezugspotenzial und mögliche Spannungsabfälle zu beachten. Potenzialunterschiede zwischen Sensor und Regler können den angezeigten Messwert beeinflussen.
Auch der Eingangswiderstand des Reglers muss zum Sensorausgang passen. Werden mehrere Eingänge unzulässig parallel an einen Ausgang angeschlossen, kann der Ausgang belastet und das Signal verfälscht werden.
0–10 V ist daher besonders sinnvoll, wenn:
- die vorhandene Gebäudeautomation dafür ausgelegt ist,
- die Leitungslänge überschaubar ist,
- Sensor und Regler aus derselben Versorgung beziehungsweise einem definierten Potenzialsystem gespeist werden,
- keine umfangreichen Diagnosewerte benötigt werden.
Wie funktioniert Modbus RTU bei Feuchtesensoren?
Modbus RTU ist ein serielles Kommunikationsprotokoll, das bei Feldgeräten häufig über eine RS-485-Schnittstelle übertragen wird.
Der Sensor stellt seine Messwerte in definierten Registern bereit. Die übergeordnete Steuerung oder ein Gateway fragt diese Register regelmäßig ab.
Für jeden Teilnehmer müssen typischerweise festgelegt werden:
- eindeutige Busadresse,
- Baudrate,
- Parität,
- Anzahl der Stoppbits,
- Registeradressen,
- Datentyp und Byte-Reihenfolge,
- Skalierungsfaktor und Einheit.
Ein Register kann beispielsweise den Feuchtewert, ein weiteres die Temperatur und ein weiteres den Gerätestatus enthalten. Ob ein Wert als Ganzzahl, vorzeichenbehafteter Wert oder Gleitkommazahl übertragen wird, ist geräteabhängig.
Die Aussage „Sensor besitzt Modbus“ reicht daher für eine vollständige Planung nicht aus. Die Gebäudeautomation benötigt immer auch die zugehörige Registertabelle und Kommunikationsparameter.
Feuchte, Temperatur und Taupunkt gemeinsam übertragen
Die gleichzeitige Übertragung mehrerer Werte ist einer der wichtigsten Vorteile einer digitalen Schnittstelle.
Bei einer analogen Lösung kann ein kombinierter Sensor beispielsweise so aufgebaut sein:
- Ausgang 1: 4–20 mA für 0–100 % rF,
- Ausgang 2: 4–20 mA für 0–50 °C,
- zwei Leitungen beziehungsweise Stromschleifen,
- zwei Analogeingänge in der Gebäudeautomation.
Über Modbus können Feuchte, Temperatur, Taupunkt und Gerätestatus über dieselbe Busverbindung ausgelesen werden. Dadurch sinkt der Bedarf an Analogeingängen und einzelnen Signalleitungen.
Die digitale Lösung ist besonders vorteilhaft, wenn:
- viele kombinierte Sensoren installiert werden,
- mehrere Klimagrößen benötigt werden,
- Diagnose- und Statuswerte ausgewertet werden sollen,
- Parameter zentral geändert oder ausgelesen werden sollen,
- die Daten zusätzlich archiviert oder visualisiert werden.
Wird nur ein einzelner Feuchtewert benötigt und besitzt die vorhandene Steuerung bereits freie Analogeingänge, kann eine analoge Lösung dennoch einfacher und wirtschaftlicher sein.
Analoge Signale richtig skalieren
Die SPS oder Gebäudeleittechnik muss wissen, welcher physikalische Messbereich dem elektrischen Signal entspricht.
Für ein 4–20-mA-Signal gilt:
Messwert = Messbereichsanfang + ((Strom − 4 mA) / 16 mA) × Messspanne
Beispiel für 0–100 % rF:
| Strom | Skalenwert | Feuchte |
|---|---|---|
| 4 mA | 0 % | 0 % rF |
| 8 mA | 25 % | 25 % rF |
| 12 mA | 50 % | 50 % rF |
| 16 mA | 75 % | 75 % rF |
| 20 mA | 100 % | 100 % rF |
Für ein 0–10-V-Signal mit 0–100 % rF entsprechen 5 V einem Feuchtewert von 50 % rF.
Typische Skalierungsfehler entstehen, wenn:
- die SPS mit einem anderen Messbereich parametriert ist als der Sensor,
- Feuchte- und Temperaturkanal vertauscht wurden,
- 0–10 V und 2–10 V verwechselt werden,
- 0–20 mA statt 4–20 mA eingestellt ist,
- Prozentwert und physikalischer Wert doppelt skaliert werden,
- die Einheit °C und °F verwechselt wird.
Versorgungsspannung und Bürde prüfen
Bei einem 4–20-mA-Messkreis muss die Spannungsversorgung für den Sensor, den Eingangswiderstand der Steuerung und den Spannungsabfall an den Leitungen ausreichen.
Die grundsätzlich verfügbare Spannung verteilt sich auf:
- Mindestbetriebsspannung des Feuchtemessumformers,
- Spannungsabfall am Analogeingang,
- Leitungswiderstand,
- Trennverstärker oder Überspannungsschutz,
- weitere Komponenten der Stromschleife.
Ist die verfügbare Spannung zu niedrig oder die Gesamtbürde zu hoch, erreicht der Messumformer den oberen Signalwert möglicherweise nicht mehr stabil. Ein typisches Symptom ist ein Strom, der trotz hoher Feuchte deutlich unter 20 mA bleibt.
Bei der Planung muss außerdem geklärt werden, ob der Sensorausgang aktiv oder passiv ist:
- Aktiver Ausgang: Der Sensor stellt den Messstrom selbst bereit.
- Passiver Ausgang: Eine externe Schleifenversorgung ist erforderlich.
Werden zwei aktive Quellen gegeneinander geschaltet oder fehlt bei einer passiven Schleife die Versorgung, funktioniert der Messkreis nicht korrekt.
Kabellänge und Störumgebung berücksichtigen
Die zulässige Leitungslänge lässt sich nicht allein aus der Signalart ableiten. Sie hängt unter anderem ab von:
- Kabelquerschnitt,
- Schleifenversorgung und Bürde,
- Baudrate bei Modbus,
- Kabelqualität und Schirmung,
- Potenzialunterschieden,
- elektromagnetischer Umgebung,
- Verlegeweg und Nähe zu Leistungskabeln,
- Herstellervorgaben.
Ein 4–20-mA-Signal ist bei längeren Leitungen häufig unkomplizierter als ein Spannungssignal. Der zusätzliche Leitungswiderstand erhöht jedoch die erforderliche Schleifenspannung.
Bei 0–10 V können Spannungsabfall und Potenzialverschiebungen unmittelbar in den Messwert eingehen. Signalleitungen sollten deshalb nicht gemeinsam mit Motor- oder Frequenzumrichterleitungen verlegt werden.
Modbus über RS-485 ist für größere Gebäude und mehrere Teilnehmer geeignet, erfordert aber einen fachgerechten Busaufbau. Eine beliebige Verdrahtung ohne Berücksichtigung von Topologie, Abschluss und Bezugspotenzial führt häufig zu sporadischen Kommunikationsfehlern.
RS-485-Bus richtig aufbauen
Ein Modbus-RTU-Netz wird üblicherweise als durchgehende Buslinie aufgebaut. Unkontrollierte Sternverdrahtungen und lange Stichleitungen sollten vermieden werden, sofern der Gerätehersteller sie nicht ausdrücklich zulässt.
Wichtige Punkte sind:
- verdrilltes, geeignetes Datenkabel verwenden,
- Leitung von Teilnehmer zu Teilnehmer führen,
- Busenden entsprechend den Herstellervorgaben terminieren,
- Schirmung und Potenzialausgleich einheitlich planen,
- Abzweige möglichst kurz halten,
- jede Adresse nur einmal vergeben,
- alle Teilnehmer mit denselben Kommunikationsparametern betreiben.
Die Bezeichnungen der Datenadern sind nicht bei allen Herstellern einheitlich. A/B, D+/D− oder +/− dürfen daher nicht ausschließlich nach der Klemmenbezeichnung verbunden werden. Maßgeblich sind Anschlussplan und Funktionsprüfung.
Bei großen Gebäuden oder getrennten Potenzialbereichen können galvanisch getrennte Schnittstellen, Repeater oder geeignete Gateways erforderlich sein.
Diagnosemöglichkeiten vergleichen
Ein analoges Signal lässt sich mit einfachen Messmitteln schnell prüfen. Der Techniker kann Strom oder Spannung direkt messen und mit dem erwarteten Feuchtewert vergleichen.
Die Diagnose bleibt jedoch auf wenige Informationen beschränkt:
- Signal vorhanden oder nicht vorhanden,
- Signalwert plausibel oder unplausibel,
- Versorgung vorhanden,
- gegebenenfalls Fehlerstrom außerhalb des normalen Bereichs.
Ein digitaler Sensor kann je nach Ausführung zusätzliche Informationen bereitstellen:
- Sensorstatus,
- interne Fehlermeldungen,
- Feuchte außerhalb des Messbereichs,
- Temperatur außerhalb der Spezifikation,
- Betauungs- oder Diagnosehinweise,
- Seriennummer und Geräteversion,
- Betriebsstunden oder Wartungsinformationen.
Diese Informationen sind nur nutzbar, wenn die Gebäudeautomation die entsprechenden Register tatsächlich abfragt und verständlich darstellt.
Ausfallverhalten und Anlagenverfügbarkeit
Bei einer analogen Punkt-zu-Punkt-Verbindung betrifft ein Leitungs- oder Eingangsausfall normalerweise nur die jeweilige Messstelle.
Bei einem gemeinsam genutzten Bus können dagegen mehrere Sensoren gleichzeitig ausfallen, wenn:
- die Busleitung unterbrochen wird,
- ein Teilnehmer die Kommunikation blockiert,
- das Gateway ausfällt,
- die Spannungsversorgung mehrerer Sensoren gemeinsam ausfällt,
- die Buskonfiguration verändert wurde.
Modbus reduziert Leitungs- und Eingangsaufwand, kann aber die Bedeutung der gemeinsamen Infrastruktur erhöhen.
Bei kritischen Anwendungen sollte daher bewertet werden:
- welche Messstellen bei Busausfall betroffen sind,
- wie Kommunikationsfehler erkannt werden,
- welcher Ersatzwert in der Regelung verwendet wird,
- ob ein unabhängiger Grenzwert oder zusätzlicher Sensor benötigt wird,
- wie schnell ein Fehler behoben werden kann.
Anbindung an SPS, DDC und Gebäudeleittechnik
Die vorhandenen Eingänge der Steuerung sind häufig das wichtigste Auswahlkriterium.
Vor der Bestellung sollte geklärt werden:
- freie 4–20-mA-Eingänge vorhanden?
- freie 0–10-V-Eingänge vorhanden?
- Modbus RTU direkt unterstützt?
- RS-485-Schnittstelle oder zusätzliches Gateway erforderlich?
- wie viele Messwerte je Sensor werden benötigt?
- welche Auflösung und Aktualisierungszeit werden erwartet?
- müssen Werte langfristig archiviert werden?
- wer übernimmt die Busprogrammierung und Registerzuordnung?
Ein Sensor mit Modbus kann technisch geeignet sein, aber unnötigen Aufwand verursachen, wenn die vorhandene DDC nur analoge Eingänge besitzt.
Umgekehrt können bei einer neuen Anlage mit vielen kombinierten Temperatur-/Feuchtesensoren erhebliche Mengen an Analogeingängen und Kabeln eingespart werden, wenn die Sensoren sinnvoll über Modbus eingebunden werden.
Inbetriebnahme analoger Feuchtesensoren
- Geräteausführung kontrollieren: Ausgangssignal, Messbereich und Versorgung mit den Bestelldaten vergleichen.
- Klemmenbelegung prüfen: Versorgung, Feuchteausgang, Temperaturausgang und Bezugspotenzial eindeutig zuordnen.
- Versorgung messen: Spannung direkt an den Sensorklemmen kontrollieren.
- Signal prüfen: Strom oder Spannung mit einem geeigneten Messgerät erfassen.
- Skalierung kontrollieren: Elektrisches Signal in den erwarteten Feuchte- oder Temperaturwert umrechnen.
- GLT-Wert vergleichen: Sensorwert und Anzeige in der Gebäudeautomation gegenüberstellen.
- Grenzwerte testen: Alarme, Regelung und Trendaufzeichnung kontrollieren.
- Einstellungen dokumentieren: Messbereich, Kanalnummer und Signalart festhalten.
Eine korrekte Anzeige in der GLT beweist noch nicht, dass der Feuchtesensor selbst richtig misst. Sie bestätigt zunächst nur, dass Sensorwert, Ausgangssignal und Skalierung plausibel zusammenpassen.
Modbus-Sensoren in Betrieb nehmen
- Teilnehmeradresse vergeben: Jede Adresse darf innerhalb des Bussegments nur einmal vorkommen.
- Kommunikationsparameter einstellen: Baudrate, Parität und Stoppbits an den Bus anpassen.
- Busverdrahtung prüfen: Datenadern, Schirm und Bezugspotenzial kontrollieren.
- Abschlusswiderstände kontrollieren: Nur entsprechend dem vorgesehenen Busaufbau einsetzen.
- Registerliste importieren: Messwerte, Datentypen und Skalierungen eindeutig zuordnen.
- Rohwerte lesen: Kommunikation zunächst ohne Regelungsfunktion testen.
- Einheiten prüfen: % rF, °C, Taupunkt und Skalierungsfaktoren kontrollieren.
- Kommunikationsausfall simulieren: Verhalten von GLT und Regelung bei fehlenden Daten prüfen.
- Konfiguration dokumentieren: Adresse, Register, Firmware und Geräteposition festhalten.
Ein häufiges Problem ist eine scheinbar funktionierende Kommunikation mit unplausiblen Messwerten. Ursache können ein falscher Datentyp, eine vertauschte Byte-Reihenfolge oder ein nicht berücksichtigter Skalierungsfaktor sein.
4–20-mA-Stromschleife prüfen
Bei der Fehlersuche sollte die Stromschleife in einzelne Funktionsbereiche aufgeteilt werden:
- Feuchtesensor beziehungsweise Messumformer,
- Versorgung,
- Verkabelung,
- Trennverstärker oder Überspannungsschutz,
- Analogeingang,
- Skalierung in SPS oder Gebäudeleittechnik.
Mit einem Stromschleifen-Kalibrator lassen sich definierte Werte wie 4 mA, 12 mA und 20 mA in den Analogeingang einspeisen.
Bei einem Messbereich von 0–100 % rF muss die GLT dabei anzeigen:
- 4 mA: 0 % rF,
- 12 mA: 50 % rF,
- 20 mA: 100 % rF.
Stimmen diese Werte, sind Analogeingang und Skalierung grundsätzlich plausibel. Anschließend kann der tatsächliche Sensorstrom gemessen werden.
Der UPS4E Stromschleifen-Kalibrator kann 4–20-mA-Signale messen und simulieren sowie bei Bedarf eine passive Schleife versorgen.
Die Stromsimulation prüft jedoch nicht die Feuchtemessung selbst. Ein Sensor kann ein elektrisch korrektes Signal liefern und aufgrund von Verschmutzung, Betauung oder einer ungeeigneten Messstelle trotzdem einen falschen Feuchtewert erfassen.
Sensorwert und Signalübertragung getrennt prüfen
Bei unplausiblen Werten müssen zwei unterschiedliche Fragen beantwortet werden:
- Misst der Feuchtesensor am Einbauort richtig?
- Wird der gemessene Wert korrekt zur Gebäudeautomation übertragen?
Zur Prüfung des Sensors ist eine Vergleichsmessung mit einem geeigneten Referenz- oder Handmessgerät sinnvoll. Beide Sensoren müssen möglichst:
- am gleichen Ort messen,
- derselben Luftströmung ausgesetzt sein,
- ausreichend lange stabilisieren,
- vergleichbare Temperaturbedingungen haben,
- vor Kondensation geschützt sein.
Zur Prüfung der Signalübertragung werden dagegen Strom, Spannung oder Modbus-Rohwerte mit der GLT-Anzeige verglichen.
Nur diese getrennte Betrachtung zeigt, ob die Abweichung aus der Sensorik, Verdrahtung, Skalierung oder Software stammt.
Typische Auswahl- und Anschlussfehler
4–20 mA und 0–10 V werden verwechselt
Der Analogeingang ist auf die falsche Signalart eingestellt und zeigt einen unplausiblen oder konstanten Wert.
Feuchte- und Temperaturausgang sind vertauscht
Die Gebäudeautomation interpretiert den Temperaturkanal als Feuchtewert oder umgekehrt.
Aktiver und passiver Stromausgang werden falsch angeschlossen
In der Schleife fehlt die Versorgung oder zwei aktive Quellen arbeiten gegeneinander.
Die Bürde der Stromschleife ist zu hoch
Der Sensor erreicht den oberen Ausgangsstrom nicht zuverlässig.
Bei 0–10 V fehlt ein gemeinsames Bezugspotenzial
Der Eingang zeigt schwankende oder deutlich verschobene Werte.
Eine Modbus-Adresse wird doppelt vergeben
Mehrere Teilnehmer antworten gleichzeitig und verursachen Kommunikationsfehler.
Der RS-485-Bus wird sternförmig verdrahtet
Reflexionen und ungeeignete Stichleitungen führen zu sporadischen Ausfällen.
Ein falsches Register wird gelesen
Die GLT zeigt Temperatur, Rohwert oder Status statt der relativen Feuchte.
Der Skalierungsfaktor wird nicht berücksichtigt
Ein übertragener Wert von 523 wird beispielsweise als 523 % statt 52,3 % rF interpretiert.
Der Messort wird bei der Fehlersuche nicht geprüft
Elektronik und Kommunikation funktionieren korrekt, aber der Sensor sitzt in einer Totzone oder unmittelbar hinter einem Befeuchter.
Kommunikationsausfall wird nicht überwacht
Die Gebäudeautomation verwendet einen alten Messwert weiter, ohne eine Störung anzuzeigen.
Praxisbeispiel: Feuchteüberwachung einer Lüftungsanlage
Eine Lüftungsanlage versorgt Büro- und Produktionsbereiche. Überwacht werden sollen relative Feuchte und Temperatur in Außenluft, Zuluft, Abluft und mehreren Raumzonen.
Insgesamt sind zwölf kombinierte Temperatur-/Feuchtesensoren vorgesehen.
Variante 1: Analoge Übertragung
Jeder Sensor besitzt zwei 4–20-mA-Ausgänge:
- ein Ausgang für 0–100 % rF,
- ein Ausgang für −20 bis +80 °C.
Für zwölf Sensoren werden damit 24 Analogeingänge und 24 Messsignale benötigt. Die Inbetriebnahme ist übersichtlich, weil jeder Kanal einzeln gemessen und simuliert werden kann.
Die Lösung passt gut, wenn:
- genügend Analogeingänge vorhanden sind,
- die bestehende DDC bereits analog aufgebaut ist,
- Servicepersonal einfache Punkt-zu-Punkt-Signale bevorzugt,
- ein Fehler nur eine einzelne Messstelle betreffen soll.
Variante 2: Modbus RTU
Alle Sensoren werden über einen RS-485-Bus verbunden. Die Gebäudeautomation liest Feuchte, Temperatur und Gerätestatus digital aus.
Die Modbus-Lösung reduziert die Zahl der einzelnen Signalleitungen und Analogeingänge. Gleichzeitig müssen Busaufbau, Adressen, Register und Fehlerüberwachung sorgfältig geplant werden.
Die Lösung passt gut, wenn:
- eine neue Anlage aufgebaut wird,
- mehrere Messwerte je Sensor benötigt werden,
- Diagnosewerte zentral genutzt werden sollen,
- die Gebäudeautomation Modbus direkt unterstützt,
- das Servicepersonal mit Busdiagnose vertraut ist.
Für das Projekt wird schließlich eine Mischlösung gewählt. Die zentralen Raum- und Kanalwerte werden über Modbus übertragen. Ein besonders kritischer Feuchtewert für den Kondensationsschutz wird zusätzlich über einen separaten Analogausgang an einen unabhängigen Regler geführt.
Damit werden der geringere Verkabelungsaufwand der digitalen Kommunikation und die direkte Verfügbarkeit eines separaten Grenzwerts miteinander kombiniert.
Entscheidungshilfe für die Signalwahl
| Anforderung | Empfohlene Signalart |
|---|---|
| Bestehende SPS besitzt freie 4–20-mA-Eingänge | 4–20 mA |
| Klassische HLK-Regelung mit 0–10-V-Eingängen | 0–10 V |
| Lange Leitung in industrieller Umgebung | Häufig 4–20 mA |
| Feuchte und Temperatur als zwei Einzelwerte | Zwei Analogausgänge oder Modbus |
| Feuchte, Temperatur, Taupunkt und Status benötigt | Modbus |
| Viele Sensoren in einem neuen Gebäude | Modbus bei geeignetem Automatisierungskonzept |
| Sehr einfache Fehlersuche mit Standardmessgerät | 4–20 mA oder 0–10 V |
| Zentrale Parametrierung und Diagnose gewünscht | Modbus |
| Ein Busausfall darf nicht mehrere Messstellen betreffen | Separate Analogsignale oder redundantes Konzept |
| Unabhängiger betrieblicher Grenzwert erforderlich | Separater Analogausgang oder Relais zusätzlich zum Bus |
Benötigte Angaben für die Geräteauswahl
Für die Auswahl eines Feuchte- und Temperatursensors werden mindestens folgende Angaben benötigt:
- Messstelle: Raum, Lüftungskanal, Außenbereich oder Schaltschrank,
- relative Feuchte, Temperatur, Taupunkt oder weitere Messgrößen,
- Feuchte- und Temperaturmessbereich,
- erforderliche Genauigkeit,
- Raum-, Wand- oder Kanalbauform,
- Fühlerlänge und Einbausituation,
- Schutzart und Filterausführung,
- mögliche Betauung und Verschmutzung,
- 4–20 mA, 0–10 V oder Modbus RTU,
- Anzahl der benötigten Ausgangssignale,
- aktive oder passive Stromschleife,
- Versorgungsspannung,
- verfügbare SPS- oder DDC-Eingänge,
- Leitungslänge und Kabelweg,
- EMV- und Potenzialbedingungen,
- Anzahl der Modbus-Teilnehmer,
- Baudrate und Kommunikationsparameter,
- gewünschte Diagnose- und Parametrierfunktionen,
- Anforderungen an Kalibrierung und Dokumentation.
Eine aussagekräftige Anfrage könnte beispielsweise lauten:
Kanalfühler für eine Lüftungsanlage, Messung von 0–100 % rF und −20 bis +80 °C, kombinierter Temperatur-/Feuchtesensor, IP65, Fühlerlänge 200 mm, Modbus RTU über RS-485, Versorgung 24 V DC, zwölf Teilnehmer an einem Bus sowie Dokumentation der Register für relative Feuchte, Temperatur, Taupunkt und Gerätestatus.
Welche Produkte eignen sich?
Feuchte- und Temperatursensoren für HLK-Anwendungen
Die Feuchte- und Temperatursensoren für HLK-Anwendungen sind für die Erfassung von Luftfeuchte und Temperatur in Klima-, Lüftungs- und Gebäudeanwendungen vorgesehen.
Abhängig von der gewählten Variante stehen unterschiedliche analoge oder digitale Ausgangssignale zur Verfügung. Bei der Bestellung müssen Ausgang, Messbereich, Bauform und Versorgung eindeutig festgelegt werden.
Die auf der Produktseite genannten Merkmale umfassen unter anderem:
- Ausführungen für HLK-Anwendungen,
- IP65 in Verbindung mit geeignetem PTFE-Filter,
- Sensorrohr mit 12 mm Durchmesser,
- analoge Ausgangsvarianten wie 0–10 V und 4–20 mA,
- Versorgung mit 12–30 V DC,
- Sonderausführungen abhängig von der Messaufgabe.
Bei einer digitalen Ausführung müssen das konkrete Protokoll, die Anschlussbelegung und die Registerliste anhand des Datenblatts beziehungsweise der bestellten Variante geprüft werden.
Feuchtesensoren und Taupunktsensoren
Die Kategorie Feuchtesensoren / Taupunktsensoren umfasst unterschiedliche Lösungen für Raum-, Kanal-, Klima- und Prozessanwendungen.
Je nach Anwendung stehen unter anderem zur Verfügung:
- Raumfühler,
- Kanalfühler,
- Feuchte-/Temperatur-Messumformer,
- Sensoren mit analogen Ausgangssignalen,
- Sensoren mit digitalen Schnittstellen,
- Taupunktsensoren für trockene Gase und Druckluft,
- Ausführungen mit Schutzfilter und erhöhter Schutzart.
Die Auswahl sollte nicht allein nach dem Ausgangssignal erfolgen. Messstelle, Feuchtebereich, Temperatur, Betauungsrisiko, Verschmutzung und Wartungszugänglichkeit sind ebenso wichtig.
UPS4E Stromschleifen-Kalibrator
Der UPS4E Stromschleifen-Kalibrator eignet sich für die Inbetriebnahme und Fehlersuche an Feuchtesensoren mit 4–20-mA-Ausgang.
Er ermöglicht unter anderem:
- Messung von 4–20-mA-Signalen,
- Simulation definierter Stromwerte,
- Prüfung von SPS- und DDC-Analogeingängen,
- Bereitstellung einer 24-V-Schleifenversorgung,
- Step- und Rampenprüfungen,
- Messung der Versorgungsspannung,
- Dokumentation von Messwerten.
Mit 4, 12 und 20 mA lassen sich Nullpunkt, Mittelwert und Endwert der GLT-Skalierung schnell prüfen. Die eigentliche Feuchtegenauigkeit des Sensors muss jedoch separat durch eine geeignete Referenz- oder Vergleichsmessung bewertet werden.
Fazit: Das passende Signal hängt von Anlage und Servicekonzept ab
4–20 mA ist eine robuste und gut prüfbare Lösung für klassische SPS- und Industrieanwendungen. Das Signal eignet sich besonders für längere Leitungswege, klare Punkt-zu-Punkt-Verbindungen und Anlagen, in denen jeder Messwert einzeln verdrahtet werden soll.
0–10 V ist in der HLK- und Gebäudeautomation weit verbreitet. Es ist einfach einzubinden, setzt aber ein sauberes Bezugspotenzial, geeignete Eingänge und überschaubare Leitungsbedingungen voraus.
Modbus RTU ist besonders interessant, wenn viele Sensoren und mehrere Messwerte je Gerät benötigt werden. Feuchte, Temperatur, Taupunkt und Status lassen sich über denselben Bus übertragen. Dafür steigen die Anforderungen an Busplanung, Dokumentation und Diagnose.
Ein digitales Signal ist nicht grundsätzlich besser als ein analoges. Eine vorhandene DDC mit freien Analogeingängen kann mit 4–20 mA oder 0–10 V einfacher und servicefreundlicher betrieben werden. Bei einer neuen Anlage mit vielen kombinierten Sensoren kann Modbus dagegen Verkabelung und Eingangsbedarf deutlich reduzieren.
Unabhängig vom Signal müssen Sensorbauform, Messstelle und Skalierung stimmen. Eine perfekte Buskommunikation kann einen falsch platzierten oder betauten Feuchtesensor ebenso wenig korrigieren wie ein präzise gemessener Stromwert.
Häufige Fragen zu Feuchtesensoren mit 4–20 mA und Modbus
Was ist besser: 4–20 mA oder Modbus?
4–20 mA ist einfach, robust und leicht zu prüfen. Modbus ist vorteilhaft, wenn mehrere Mess- und Diagnosewerte über eine gemeinsame Leitung übertragen werden sollen. Die bessere Lösung hängt von der Gebäudeautomation und dem Servicekonzept ab.
Kann ein Feuchtesensor Feuchte und Temperatur über einen 4–20-mA-Ausgang übertragen?
Ein einzelner analoger Ausgang überträgt normalerweise nur einen Messwert. Für Feuchte und Temperatur werden meist zwei Ausgänge beziehungsweise zwei Analogeingänge benötigt.
Welche Werte können über Modbus übertragen werden?
Je nach Sensor können relative Feuchte, Temperatur, Taupunkt, weitere berechnete Feuchtegrößen sowie Status- und Diagnosewerte verfügbar sein.
Warum zeigt die GLT einen anderen Feuchtewert als der Messumformer?
Mögliche Ursachen sind eine falsche Skalierung, vertauschte Kanäle, ein ungeeigneter Eingangstyp, Spannungsabfall, ein falsches Modbus-Register oder ein nicht berücksichtigter Skalierungsfaktor.
Wann ist 0–10 V sinnvoll?
0–10 V ist sinnvoll, wenn die vorhandene HLK- oder DDC-Steuerung entsprechende Eingänge besitzt und Leitungslänge, Potenzialverhältnisse und Störumgebung dafür geeignet sind.
Warum beginnt ein 4–20-mA-Signal bei 4 mA?
Der untere Messwert wird als aktiver Strom übertragen. Dadurch kann 0 mA als Hinweis auf eine fehlende Versorgung, einen Leitungsbruch oder einen anderen Fehler erkannt werden.
Wie prüft man die Skalierung eines 4–20-mA-Eingangs?
Mit einem Stromschleifen-Kalibrator werden beispielsweise 4, 12 und 20 mA eingespeist. Bei einer Skalierung von 0–100 % rF muss die Steuerung 0, 50 und 100 % rF anzeigen.
Kann der UPS4E auch den Feuchtesensor kalibrieren?
Nein. Er prüft das elektrische 4–20-mA-Signal, die Versorgung, Verdrahtung und Skalierung. Für die eigentliche Feuchteprüfung wird eine geeignete Feuchtereferenz oder Vergleichsmessung benötigt.
Warum fällt ein Modbus-Sensor gelegentlich aus?
Häufige Ursachen sind doppelte Adressen, falsche Kommunikationsparameter, vertauschte Datenleitungen, ungeeignete Bustopologie, fehlende Terminierung, Potenzialunterschiede oder eine instabile Spannungsversorgung.
Kann man analoge und digitale Signale kombinieren?
Ja. Einige Sensoren beziehungsweise Anlagenkonzepte nutzen Modbus für Messwerte und Diagnose sowie einen zusätzlichen Analog- oder Relaisausgang für eine unabhängige betriebliche Funktion.
Welche Angaben benötigt ICS Schneider für die Auswahl?
Benötigt werden Messstelle, Feuchte- und Temperaturbereich, Bauform, Schutzart, Ausgangssignal, Versorgung, Leitungslänge, vorhandene SPS- oder DDC-Eingänge, Anzahl der Messwerte, Modbus-Parameter sowie Anforderungen an Diagnose, Wartung und Kalibrierung.