Wie verwendet man Sollwerte und Relais?

Bei der Entwicklung von Systemen für die Automatisierung oder Wartungsüberwachung ist die Erfassung hochgenauer Kraftdaten mit einer Kraftmessdose nur der erste Schritt. Um auf diese Daten reagieren zu können, muss der Sensor mit einer Instrumentierung kombiniert werden, die in der Lage ist, das Signal zu verarbeiten und mechanische Reaktionen auszulösen.

Interface Tech Talk erläutert die Grundlagen der Verwendung von Sollwerten und Relais in Kraftmessprogrammen und allgemeinen Prüfanwendungen. Das Verständnis der spezifischen Funktionen von Sollwerten und Relais sowie ihrer Wechselwirkung mit der Sensorhardware ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Systemsicherheit, die Vermeidung von Überlastungen und die Erreichung von Automatisierungs- und Prüfzielen.

Die Sensorbasis: Von der Kraft zum Signal

Bevor ein Instrument einen Sollwert auswerten kann, muss eine Dehnungsmessstreifen-Kraftmessdose die physikalische Kraft in eine elektrische Prozessgröße umwandeln. Wenn eine Last auf den Sensor einwirkt, verformen sich die internen Dehnungsmessstreifen minimal, wodurch sich ihr elektrischer Widerstand ändert. Diese Änderung wird als analoges Millivolt-pro-Volt-Signal (mV/V) gemessen.

Da dieses rohe Sensorsignal sehr klein ist, wird es über abgeschirmte Kabel oder Funktechnologien an ein gekoppeltes Instrument übertragen. Das Instrument liefert eine saubere Erregungsspannung zur Versorgung des Sensors, verstärkt das eingehende mV/V-Analogsignal und wandelt es in Messeinheiten wie Pfund, Kilogramm oder Newton um. Sobald die Daten digitalisiert sind, kann das Instrument auf Basis programmierter Parameter eine Logik ausführen.

TIPP: Lesen Sie unseren Beitrag Raw Signals to Intelligent Force Sensing.

Funktionsweise von Sollwerten

Ein Sollwert ist ein digitaler oder softwarebasierter Schwellenwert, der in die Instrumentierung programmiert wird und einem bestimmten Messpunkt entspricht. Das Instrument vergleicht kontinuierlich die aktuelle, verarbeitete Kraftmessgrößen mit diesem Schwellenwert, um anhand vorgegebener Kriterien zu bestimmen, ob eine Aktion erforderlich ist.

Konfigurationsmöglichkeiten

• Hoher Sollwert wird aktiviert, wenn die Kraft den Schwellenwert überschreitet. Dies ist Standard für den Schutz von Strukturen vor Überlastung, Sicherheitsgrenzen bei Kränen oder das Stoppen einer Montagepresse, bevor sie ein Bauteil beschädigt.
• Niedriger Sollwert wird aktiviert, wenn die Kraft unter den Schwellenwert fällt. Er wird häufig zur Schlaffseil-Erkennung bei der Kabelspannung oder zur Identifizierung eines leeren Materialbehälters eingesetzt.
• Band- oder Fenster-Sollwert definiert einen zulässigen Betriebsbereich, der durch eine obere und eine untere Grenze begrenzt ist. Das System überwacht, ob die aktuelle Kraft innerhalb oder außerhalb dieses vordefinierten Fensters liegt.

Hysteresegrenzen

Um ein schnelles, schädliches Schalten externer Hardware zu verhindern, wenn eine Last minimal um den Schwellenwert schwankt, verwenden Instrumente einen mathematischen Puffer namens Hysterese. Die Hysterese legt einen sekundären Rücksetzschwellenwert fest. Wenn beispielsweise ein hoher Sollwert bei 5.000 Pfund mit einer Hysterese von 50 Pfund eingestellt ist, wird der Auslöser exakt bei 5.000 Pfund aktiviert, schaltet aber erst wieder ab, wenn die Kraft unter 4.950 Pfund fällt. Dies schützt nachgelagerte Elektronik und mechanische Schalter vor dem Flattern durch Signalrauschen oder physikalische Vibrationen.

Funktionsweise von Relais

Während der Sollwert die vom Instrument ausgewertete logische Bedingung darstellt, ist das Relais der physische oder elektronische Schalter, der die mechanische Arbeit ausführt. Wenn eine Sollwertbedingung erfüllt ist, sendet die Instrumentierung ein Signal, um den Betriebszustand des Relais zu ändern und dadurch einen externen Stromkreis zu öffnen oder zu schließen. Es gibt zwei grundlegende Relais-Technologien:

• Elektromechanische Relais (EMR): Diese verwenden eine interne elektromagnetische Spule, um mechanische Kontakte physisch zu betätigen. EMRs bieten eine hervorragende elektrische Isolation und können hohe Ströme schalten, was sie ideal für das Schalten schwerer Motoren oder großer Pneumatikventile macht. Sie haben eine begrenzte physische Lebensdauer und schalten im Millisekundenbereich.
• Halbleiterrelais (SSR): Diese verwenden Halbleiterbauelemente, um Stromkreise elektronisch ohne bewegliche Teile zu schalten. SSRs bieten Hochgeschwindigkeitsbetrieb, lange Lebensdauer und eignen sich hervorragend für schnelle Materialprüfungen oder Hochfrequenz-Dosieranwendungen.

Relais haben zwei grundlegende Zustände im stromlosen Betrieb:

• Normally Open (NO) – Normalerweise offen: Der Stromkreis bleibt unterbrochen, bis eine Sollwertbedingung das Relais zum Schließen zwingt und damit den Pfad zur Versorgung eines externen Geräts vervollständigt.
• Normally Closed (NC) – Normalerweise geschlossen: Der Stromkreis führt kontinuierlich Strom, bis eine Sollwertbedingung das Relais zum Öffnen zwingt und damit den Pfad unterbricht, um aktive Maschinen abzuschalten.

Instrumentierungsintegration und -auswahl

Die Auswahl der richtigen Instrumentierung für Ihre Kraftmessdose stellt sicher, dass Sollwerte mit der erforderlichen Geschwindigkeit ausgewertet werden und Relais unter der Anwendungslast zuverlässig schalten. Interface bietet eine breite Palette an Instrumentierungsoptionen für die Verwaltung dieser Anforderungen und Regelkreise.

Interface 920i Programmierbarer Gewichtsindikator und Controller

Der Interface 920i Programmierbarer Gewichtsindikator und Controller ist für komplexe Industrieautomation und Dosierung mit mehreren Sensoren ausgelegt. Er unterstützt mehrere unabhängige Sollwerte, sodass Bediener sequenzielle Zutatenabgaben programmieren, Gewichtsänderungsraten überwachen und physische Relaisausgänge direkt mit industriellen Aktoren verbinden können. Für ein Komplettsystem empfehlen wir unser ILMP 920i System.

Interface 480 Gewichtsindikator

Für einfache Sicherheitsüberwachung und Grenzwertverfolgung bietet der Interface 480 Bidirektionale Gewichtsindikator robuste Sollwertkonfigurationen mit standardmäßigen digitalen Ausgängen. Kombiniert mit einer LowProfile-Dehnungsmessstreifen-Kraftmessdose überwacht der 480 Kräfte in Echtzeit und löst seine internen Relais aus, um hydraulische oder mechanische Systeme sofort zu stoppen, sobald ein Überlastschwellenwert überschritten wird.

Interface BSC4A Mehrkanaliger Signalaufbereiter

In Anwendungen mit mehrachsigen Kraftmessdosen oder mehreren separaten Sensoren konditioniert der BSC4A Mehrkanaliger Analogausgang-Brückenverstärker bis zu vier Kanäle gleichzeitig. Er ermöglicht es Ingenieuren, individuelle Sollwertlogik über verschiedene Achsen hinweg zu definieren und sicherzustellen, dass eine Kraftanomalie auf einer Nebenachse sofort eine systemweite Abschaltung über seine integrierten Digitalausgänge auslöst.

TIPP: Für weitere Informationen empfehlen wir unser Instrumentation Webinar, das Produkte und ideale Kombinationen basierend auf den Systemanforderungen vorstellt.