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Intelligente Peripheriemodule Kein Umweg mehr: Ventilelektronik einfach sparen

| Autor / Redakteur: Willi Gagsteiger* / Sariana Kunze

Proportionalventile werden meist mit einem Analogsignal angesteuert, um die Ventilposition vorzugeben. Die Ventilelektronik wandelt dafür die Steuerinformation in ein Stellsignal um. Dieser Umweg kann mit einer Steuerung, deren Ausgangsmodul bereits ein Stellsignal liefert, eingespart werden.

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Im Peripheriesystem Simatic ET 200SP von Siemens können unterschiedliche Funktionen feinmodular kombiniert werden, wie zum Beispiel die Ansteuerung von Proportionalventilen.
Im Peripheriesystem Simatic ET 200SP von Siemens können unterschiedliche Funktionen feinmodular kombiniert werden, wie zum Beispiel die Ansteuerung von Proportionalventilen.
(Bilder: Siemens )

Ventile sind aus der Automatisierungstechnik nicht wegzudenken. Sie kommen in vielen Größen, Bauformen und für unterschiedliche Medien zum Einsatz. Grundsätzlich kann zwischen Schaltventilen und Proportionalventilen unterschieden werden. Während Schaltventile nur die zwei Zustände Auf und Zu kennen, erlauben die Proportionalventile eine kontinuierliche Verstellung und ermöglichen so Zwischenstellungen für eine variable Kontrolle des Prozesses und der Abläufe.

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Für Schaltventile reicht meist ein Digitalausgang, um den Zustand zu steuern. Dabei liefert die Ausgangsbaugruppe der Steuerung typischerweise einen Strom von 0,5 bis zu 2 A bei 24 V, was häufig ausreicht, um die Mechanik im Ventil zu bewegen. Somit ist keine Leistungsverstärkung nötig. Proportionalventile benötigen dagegen eine Ansteuerung mit einem kontinuierlichen Sollwert, um die Zwischenwerte vorgeben zu können. In der Automatisierungstechnik stehen für diesen Zweck in nahezu allen Systemen Analogausgänge zur Verfügung mit Ausgangsgrößen von zum Beispiel 0 bis 10 Volt oder 4 bis 20 mA. Diese Ausgangsbaugruppen sind dafür ausgelegt, mit ihrer Stellgröße die Information für den Sollzustand des Aktors zu liefern, während in der Regel nicht genügend Energie zur Verfügung steht, um die Mechanik eines Ventils tatsächlich in die benötigte Stellung zu bewegen.

Getaktetes Signal mit variablem Tastgrad

Diese Aufgabe übernimmt dann eine weitere elektronische Komponente, die das Analog-Signal aufnimmt und so umsetzt, dass das Ventil bewegt wird. Dazu wird die Gleichspannung aus der Versorgung gepulst auf die Spule im Ventil geschaltet, deren Kern dadurch eine Kraft erfährt. Die relative Einschaltdauer der Pulse, also das zeitliche Verhältnis zwischen der Ein-Phase und der kompletten Periode bestimmt diese Kraft und erlaubt es so, die Auslenkung genau zu steuern. Durch die Induktivität der Spule und die Trägheit der Mechanik wird aus dem getakteten Steuersignal ein stabiler, mittlerer Sollwert. Das Technologiemodul TM Pulse 2x24V von Siemens aus der Peripheriefamilie Simatic ET 200SP gibt direkt ein getaktetes Signal mit variablem Tastgrad aus und bietet damit die Möglichkeit, den Umweg über Analogausgang und Ventilelektronik einzusparen. Mit einem Strom von bis zu 4 A lassen sich auf diese Weise kostengünstigere Ventile einsetzen, die gänzlich ohne eigene Elektronik auskommen.

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