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Formeln: Messsignale, Skalierung und Regelung

Normsignale 4 bis 20 mA und 0 bis 10 V skalieren, SPS-Rohwerte, Auflösung eines Wandlers, Pt100, Drehzahl aus Impulsen, P- und PI-Regler.

unter 3,6 mA: Drahtbruch0 mA4 mA8 mA12 mA16 mA20 mA0 bar2,5 bar5 bar7,5 bar10 barMesswert (Druck 0 bis 10 bar)Signalstrom5 bar ↔ 12 mABereich4–20 mA0–10 VRohwert0 %4 mA0 V025 %8 mA2,5 V6 91250 %12 mA5 V13 82475 %16 mA7,5 V20 736100 %20 mA10 V27 648
Rohwerte für Analogbaugruppen mit Nennbereich 0 bis 27 648 (z. B. Siemens S7). Der lebende Nullpunkt 4 mA macht Drahtbruch erkennbar.
GesuchtFormelGrößen und EinheitenBeispiel
Messwert aus 4 bis 20 mAx = xmin + I − 4 mA16 mA · (xmax − xmin)12 mA bei 0 bis 10 bar → x = 5 bar
Strom aus MesswertI = 4 mA + 16 mA · x − xminxmax − xmin7,5 bar bei 0 bis 10 bar → I = 16 mA
Messwert aus 0 bis 10 Vx = xmin + U10 V · (xmax − xmin)2,5 V bei 0 bis 100 °C → x = 25 °C
SPS-Rohwert (Nennbereich 27 648)x = xmin + R27 648 · (xmax − xmin)R Rohwert der Analogbaugruppe13 824 → 50 % des Bereichs
Auflösung eines WandlersLSB = Bereich2nn Bit10 V mit 12 Bit → 2,44 mV
Pt100 (vereinfacht)Rϑ = R0 · (1 + α · ϑ)R₀ = 100 Ω, α = 0,00385 1/K50 °C → R = 119,25 Ω
Drehzahl aus Impulsenn = f · 60zf in Hz, z Impulse je Umdrehung100 Hz, 20 Impulse → n = 300 1/min
Regeldifferenze = w − xw Sollwert, x Istwert60 °C Soll, 55 °C Ist → e = 5 K
P-Reglery = KP · eKP ProportionalbeiwertKP = 2 %/K, e = 5 K → y = 10 %
PI-Regler (Sprung)y = KP · e · (1 + tTn)Tn Nachstellzeit, e konstantKP 1, e 2, Tn 10 s, nach 5 s → y = 3
4 mA als Nullpunkt erkennt Drahtbruch: Unter etwa 3,6 mA meldet die Steuerung einen Fehler. Siemens-Baugruppen liefern im Nennbereich 0 bis 27 648, darüber liegt der Übersteuerungsbereich.

Quelle: DIN IEC 60381-1 (Stromsignale) und DIN EN 60751 (Pt100) sinngemäß, Stand 1985 bzw. 2023; Regelungstechnik nach DIN IEC 60050-351. Richtwerte für die Praxis, maßgeblich sind die gültigen Normen und Herstellerangaben.

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