Die Signalverarbeitung in der Industrieautomation verstehen
Signalverarbeitungsgeräte gewährleisten die präzise Übertragung von Prozesswerten: Damit kommt ihnen im Bereich der industriellen Prozesskontrolle und der Fabrikautomation eine wesentliche Bedeutung zu. Diese Geräte sorgen außerdem dafür, dass das generierte Signal auch mit anderen Geräteschnittstellen kompatibel ist.
Wozu benötigt man die Signalverarbeitung?
Die Ausgangssignale der zur Messung industrieller Prozesswerte eingesetzten Sensoren und Geräte haben oftmals eine niedrige Amplitude und reagieren empfindlich auf Rauschen und Störungen.
Ohne professionelle Signalverarbeitung können die betroffenen Signale die gemessenen Werte ggf. nicht genau abbilden, wenn sie das Steuerungssystem erreichen.
Darüber hinaus sind die Prozesssignale womöglich auch nicht mit den Interface-Systemen kompatibel – in diesem Fall kann nur die Umwandlung oder Modifikation des Signals für durchgehende Konnektivität sorgen.
Wie arbeiten Signalverarbeitungsgeräte?
Signalverarbeitungsgeräte eignen sich insbesondere zur Verarbeitung von Prozesssignalen mit niedriger Amplitude. Sie sind in der Lage, Signale zu trennen, zu verstärken, zu filtern, umzuwandeln, zu splitten, zu linearisieren und zu modifizieren. Auf diese Weise gewährleisten sie eine stabile und kompatible Ausgabe für die angeschlossenen Geräte. Zu nennen sind hier beispielsweise die Signaltrennung in EMV-Umgebungen oder Umgebungen mit hohem Rauschaufkommen, die Umwandlung der Signale von Thermoelementen und Codierern sowie die Energieversorgung von Zweidraht-Messumformern.
Typische Einsatzgebiete der Signalverarbeitung
- Signaltrennung in EMV-Umgebungen oder Umgebungen mit hohem Geräuschaufkommen
- Umwandlung des mV-Signals von einem Thermoelement in ein 4-20-mA-Stromsignal
- Umwandlung des Geschwindigkeitssignals eines Codierers in ein 4-20-mA-Signal
- Umwandlung eines Widerstandsausgangs eines Füllstandssensors in 0-10 VDC
- Splitten eines 4-20-mA-Signals, um zwei identische Ausgänge zu ermöglichen
- Energieversorgung von Zweidraht-Messumformern
Wo werden Signalverarbeitungsgeräte installiert?
Signalverarbeitungsschnittstellen befinden sich in der Regel zwischen einem Sensor/Messpunkt und einem Eingang in eine Steuerung.
Darüber hinaus spielen diese Geräte auch eine wesentliche Rolle, wenn sie strategisch zwischen dem Ausgang einer Steuerung und Vorrichtungen wie Ventilen oder Stellantrieben platziert sind. An dieser kritischen Schnittstelle erzeugt die Signalverarbeitung maßgeschneiderte Ausgangssignale, die sich genau den Anforderungen der angeschlossenen Ausgabegeräte anpassen. Diese strategische Positionierung optimiert die Kommunikationswege innerhalb des Industriesystems und bietet Ingenieurinnen und Ingenieuren auf diese Weise die nötige Flexibilität zur Feinabstimmung von Signaleigenschaften an zentralen Punkten des Prozesses.
Nicht zuletzt fungieren die Signalverarbeitungsgeräte auch als Wächter über Signalintegrität und -sicherheit. Ihre gezielte Platzierung innerhalb des Systems steigert Wirksamkeit und Effizienz der Industrieautomation.
Können Signalverarbeitungsgeräte für Anwendungen in Gefahrenbereichen eingesetzt werden?
Ja, die Signalverarbeitung ist für den Einsatz in Umgebungen mit gefährlichen Gasen und Stäuben geeignet, in denen Prozesssignale in explosionsgefährdeten Bereichen gemessen werden müssen. Die entsprechenden Signalverarbeitungsschnittstellen werden in Abhängigkeit vom Aufstellungsort und den gewählten Schutzverfahren zertifiziert, wie beispielsweise Ex-Barrieren oder eigensichere galvanische Trennvorrichtungen.
Situationen, die eine Signalverarbeitung erfordern
- Niedrige Amplitude und Rauschempfindlichkeit
Herausforderung:
Ausgangssignale von Industriesensoren und -geräten, beispielsweise zur Messung von Temperatur, Druck, Druckfluss und Füllstand, beginnen oft als Signale mit niedriger Amplitude.
Problem:
Diese niedrigen Amplituden reagieren während ihrer Übertragung empfindlich auf Rauschen und Störungen. - Risiko von Genauigkeitsfehlern
Herausforderung:
Ohne Signalverarbeitung besteht das Risiko, dass die betroffenen Signale den gemessenen Wert nicht mehr genau abbilden können.
Problem:
Rauschen und Störungen können zu einer Verzerrung des ursprünglichen Signals führen, was die Genauigkeit der Daten, die letztendlich die Steuerung erreichen, beeinträchtigt. - Fehlende Kompatibilität mit Interface-Geräten
Herausforderung:
Es kann vorkommen, dass Prozesssignale, auch wenn sie korrekt gemessen werden, nicht mit den Schnittstellen der Steuerung kompatibel sind.
Problem:
Ohne eine ordnungsgemäße Signalverarbeitung kann es zu Schwierigkeiten bei der effektiven Auslegung oder Verwendung dieser Signale durch die Steuerung kommen. - Umwandlung oder Modifikation für durchgehende Konnektivität
Herausforderung:
Inkompatible Signale müssen umgewandelt oder modifiziert werden, um eine durchgehende Verbindung zur Steuerung oder anderen Geräten zu gewährleisten.
Problem:
Wenn diese Inkompatibilität nicht behoben wird, kann es zu einer Unterbrechung der Kommunikation zwischen mehreren Komponenten des Industrieprozesses kommen. - Gewährleistung einer verlässlichen und präzisen Datenübertragung
Herausforderung:
Das Ziel besteht darin, sicherzustellen, dass die Übertragung von Daten zwischen Sensoren und Steuerung verlässlich, genau und verzerrungsfrei erfolgt.
Problem:
Ohne eine ordnungsgemäße Signalverarbeitung wird die Integrität der Daten beeinträchtigt, was sich negativ auf die Wirksamkeit und Effizienz von Industrieprozessen auswirkt.
Die Signalverarbeitung ist also, kurz gesagt, ein wesentlicher Faktor, um den mit Signalen mit niedrigen Amplituden, Rauschen und möglichen Inkompatibilitäten verbundenen Herausforderungen begegnen zu können. Dieses Verfahren stellt einen kritischen Zwischenschritt dar, der dafür sorgt, dass es zu keinem Genauigkeitsverlust bei den Signalen kommt, diese störfest sind und sich nahtlos in das breitere industrielle Steuerungssystem integrieren lassen. So ist für optimale Leistung und höchste Verlässlichkeit gesorgt.
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