24 VDC Quelle bis 0-5 VDC oder 4-20 mA manueller Eingang

4 - 20 mA ist in industriellen Systemen üblich und hat einige Vorteile gegenüber 0 - 10 V oder 0 - 5 V Steuerung.

• Es ist weniger empfindlich gegenüber induziertem Rauschen.
• Der Spannungsabfall entlang der Drähte wird aufgenommen. Der Sender passt die Spannung an, um den Signalstrom aufrechtzuerhalten. Lange Kabelwege sind möglich.
• Da das Signal "Null" 4 mA beträgt, können wir den Unterschied zwischen "Null" (4 mA) und einem Kabelbruch (0 mA) erkennen.
• Ein Fehlerzustand kann durch Senden von beispielsweise 2,5 mA signalisiert werden.
• Der Fernsensor kann über die Schleife mit Strom versorgt werden, sofern er mit mindestens 4 mA betrieben werden kann. Es werden nur zwei Drähte benötigt.

Da Sie experimentieren möchten, ist die Spannungssteuerung eine viel einfachere Option.

Die Quelle wird 24 VDC sein und ich möchte, dass der Eingang manuell einstellbar ist (vorausgesetzt, mit einem Potentiometer). Die Eingangsimpedanz für den 0-5 VDC-Eingang beträgt 150 kOhm.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Abbildung 1. Ableiten von 0 - 5 V aus einer 24-V-Versorgung.

Wir wollen nicht, dass die Eingangsimpedanz das Poti signifikant belastet oder die Reaktion nicht linear ist. Wenn der SPS-Eingang 150 kΩ beträgt, sollten wir 1/10 davon für das Poti nehmen. 15.000 Pots sind nicht üblich, also entscheiden wir uns für 10.000 – sogar noch besser. Die Rechnung ist auch einfach: 2 kΩ pro Volt Ausgang.

Jetzt müssen wir nur noch den Wert von R1 berechnen, um 19 V darüber fallen zu lassen. Wenn wir wieder 2k/Volt verwenden, erhalten wir 38 kΩ. 39 kΩ ist der nächste Standardwert.

Noch eine Prüfung: Die im Widerstand verbrauchte Leistung wird durch gegeben

$$P = \frac {V^2}{R} = \frac {29^2}{39k} = 21~mW$$

Ein 1/4 W Widerstand hält ewig.

... oder die Eingangsimpedanz für den 4-20 mA Eingang beträgt 200 Ohm.

Mit ziemlicher Sicherheit 250 Ω (nicht 200), da Sie den Widerstand über den 0 - 5-V-Eingang brücken würden, sodass 20 mA 5 V ergeben.$R = \frac {V}{I} = \frac {5}{20m} = 250~\Omega$. Die 4 - 20 mA werden vom analogen Eingang als 1 - 5 V gelesen.

Diese beiden Eingangstypen haben gemeinsam, dass sie von einer internen (zur SPS-Referenz) abhängen – sie sind nicht „ratiometrisch“ oder proportional zur Eingangsspannung. Um ein hohes Maß an Genauigkeit und Stabilität zu erreichen, benötigen Sie eine externe Referenz, damit Ihre Potentiometerdrehung zu einer bekannten und stabilen (in absoluten Zahlen) Spannung oder Strom führt.

Sobald Sie das Signal haben, ist Strom besser geeignet als Spannung für die Übertragung über große Entfernungen in einer elektrisch verrauschten Umgebung. Wenn sich der Topf im selben Schrank wie die SPS befindet, spielt es für die meisten Zwecke keine Rolle.

Die einfachste und vielleicht beste Lösung besteht darin, einen Topf-Strom- (oder Spannungs-) Sender zu kaufen, der die Topfdrehung in Spannung oder Strom umwandelt.

Anstatt Widerstände zu verwenden, wäre eine DIY-Lösung, die ich vorschlagen könnte, die Verwendung eines TO-220-Spannungsreglers wie eines LM7805, um eine Spannung von 5 V zu erzeugen (am besten fügen Sie ein paar Kondensatoren hinzu - ein paar 10uF/50V-Elektrolyte funktionieren gut). Sie können dann ein Poti mit angemessenem Wert (z. B. 1K-10K) verwenden und den Schleifer direkt an den SPS-Eingang anschließen - wenn Ihre SPS einen solchen Ausgang (5 V) bereitstellt, wäre das sogar noch besser. Sie können auch einen Pot-to-Current-Konverter bauen, aber es ist ein bisschen komplizierter - es gibt sogenannte 2-Draht-Sender-Chips, die einen Großteil der Arbeit für Sie erledigen, sehen Sie sich die Angebote von Texas Instruments (nee Burr-Brown) an in ihrer XMTR (Sender)-Serie. In beiden Fällen erreichen Sie eine Genauigkeit von wenigen Prozent und vermeiden den Einfluss der großen Variabilität des Pot-Element-Widerstands (oft +/- 20 %).

Benötigen Sie beim 7805 einen Kühlkörper? Nun, wenn die Leistung weniger als etwa 600 mW beträgt, werden Sie dies im Allgemeinen nicht tun, sodass das Pot-Element nur 200 Ohm betragen kann (der Regler zieht selbst etwa 5 mA), bevor Sie für angemessene Umgebungen einen Kühlkörper in Betracht ziehen müssen. Wenn der Benutzer den Ausgang kurzschließt, begrenzt der 7805 Strom und Temperatur, was für den Regler eine Art lebensbedrohliche Situation darstellt, aber normalerweise überleben sie. Fügen Sie eine selbstrückstellende PTC-Sicherung hinzu, wenn Sie mehr Schutz wünschen. Es kann auch ein Widerstand verwendet werden, aber erhöhen Sie den Eingangskondensator und berechnen Sie den Widerstand so, dass für den minimal zulässigen Topfelementwiderstand ein Eingang von 7-10 V vorhanden ist (z. B. 24 V-10 V / (5 mA + 5 V / Rpot) = 1,4 K, also Sie könnte einen 1,3K 1/2-W-Widerstand verwenden, wenn Sie den Topfelementwiderstand auf 1K oder mehr begrenzen.