DC-Strommessung mit S7 1200 1214C DC/DC/RLY und 16bit Analogeingangsbaugruppe

[Kekz]

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Hallo,

für eine Anlage bin ich gerade dabei, eine DC-Strommessung mit einer S7 1200 1214C DC/DC/RLY sowie 16bit Analogeingangsbaugruppe zu realisieren.

Gemessen wird der Eingangsstrom der Anlage über einen Shunt. Der gemessene Spannungswert (im Mikrovolt bis Millivolt-Bereich) wird dann am Analogeingang entsprechend verwertet und im SPS-Programm weiterverwertet. Wenn nur ein DC-Strom fließt, funktionierte das bislang auch immer super.

In der Realität ist auf der entsprechenden Leitung neben dem DC-Strom allerdings auch ein AC-Strom vorhanden. An dem Shunt wird also neben der DC-Spannung auch eine AC-Spannung (Insofern Wechselstrom fließt) gemessen.

Sobald ich hier beide Spannungswerte (AC und DC) parallel am Analogeingang anliegen habe, springen die Messwerte des Analogeingangs in verschiedenste Richtungen.

Hat jemand eventuell eine Idee, wie ich das AC-Signal (evtl. Programmseitig oder von außen) eliminieren kann, da ich nur den Gleichstrom messen möchte?

Die Wechselspannung hat immer 50 Hz.


Vielen Dank vorab!

 

[Peter Wahlen]

Du schreibst Strommessung, misst aber die Spannung? Und das noch im mV Bereich?

Entweder den Strom direkt messen z.B. 4-20mA oder 0-20mA
oder
den Shunt anders dimensionieren, z.B., dass bei deinem zu messendem Strom ca. 0-10V (-10-+10V) anliegen.

 

[JSEngineering]

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Du schreibst Strommessung, misst aber die Spannung? Und das noch im mV Bereich?

Entweder den Strom direkt messen z.B. 4-20mA oder 0-20mA
oder
den Shunt anders dimensionieren, z.B., dass bei deinem zu messendem Strom ca. 0-10V (-10-+10V) anliegen.

Aber er wird immer den Wechselstromanteil mit messen.
Er müßte ja für die Messung entweder eine Analyse machen oder aber die beiden Stromarten trennen.

@Kekz : Kann man den Gleichstromanteil nicht bei der Einspeisung messen, dort wo er noch dem Reinheitsgebot entspricht? Warum überhaupt?

 

[Kekz]

Mit Hilfe des Shunt wird der Spannungsfall gemessen, der an dem Shunt abfällt. Somit kann ich im SPS-Programm wieder auf den DC-Strom schließen. War für mich zunächst die einfachste Lösungsmöglichkeit, die ja auch soweit super klappt - Insofern nur Gleichstrom fließt.

Eine 50Hz Wechselspannung habe ich auch mal testweise an den Shunt angelegt (Stromfluss 0,1 - 5Ampere). In dem Fall misst die SPS dann keinen Spannungswert. Sobald zusätzlich noch der Gleichstromanteil dazukommt, tritt das Problem auf, dass die erfassten Werte in der SPS extrem schwanken und in keinem Fall den korrekten Wert darstellen.

Konkret möchte ich zum einen den Gleichstrom messen/anzeigen und zum anderen möchte ich damit sicherstellen, dass eine Fehlermeldung generiert wird, falls der Gleichstrom die Stromflussrichtung (negativer anstatt positiver Spannungswert am Shunt) ändert (Ist aufgrund eines Fehlers in der Vergangenheit mal passiert).

Prüfe ich nochmal genau, ob es da eine Möglichkeit gibt...

Eingestellt habe ich die SPS derzeit auf +-1,25V

 

[Heinileini]

Genügt es Dir, die Messung verwerfen zu können, sobald die zu messende Spannung einen WechselSpannungsAnteil (von 50 Hz) enthält?
Oder musst Du den GleichSpannungsAnteil auch dann messen, wenn fälschlicherweise zusätzlich ein WechselsSpannungsAnteil vorhanden ist?

 

[Gleichstromer]

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Der gemessene Spannungswert (im Mikrovolt bis Millivolt-Bereich) ...

Bei einem 60mV-Shunt werden max. 4,8% des +/- 1,25V-Messbereich genutzt. Entsprechend ist die Auflösung/Genauigkeit, da du nichts von einem Trennverstärker o. ä. schreibst. Wenn die 60mV direkt auf den Analogeingang (>1MegaOhm Eingangsimpedanz) gehen , ist das recht störempfindlich, also mindestens abgeschirmte Leitung verwenden und z.B. einen 10kOhm-Widerstand parallel direkt am AI anklemmen.

Besser wäre ein Trennverstärker in unmittelbarer Nähe zum Shunt von 60mV auf 4-20mA und den Analogeingang auf 4-20mA umstellen.

Das AC-Signal kann man in Hardware/Software mit einem RC-Filter/Tiefpass eliminieren.

In der Hardwarekonfiguration kann man Glättung und Abtastzeiten konfigurieren, siehe Handbuch V4.6 Seite 1326.

 

[Plan_B]

Zuerst mal wirst Du bei AC das Problem der Wandlungszeit haben.

Ich würde vermutlich versuchen, die Stromflussrichtungen über Dioden zu entkoppeln, falls der Eingang nicht -10..10V kann.
Das kann man dann mittels Kapazität noch integrieren, um auch bei AC sinnvolle Werte zu erhalten.

Trennverstärker ist imo ne gute Idee, weil sonst geht der AI hops, wenn es am Shunt mal n Problem gibt.

 

[Kekz]

Okay, vielen Dank. Ich werde das mit dem Trennverstärker umsetzen.

Bezüglich dem Tiefpass in der Software noch eine Frage: Den Baustein "Filter_PT1" aus den Standard-Anweisungen kann ich auf der verwendeten S7-1200 leider nicht verwenden, da sie die Firmware Version 3.0 nutzt.

Gibt es hier evtl. eine andere Bibliothek, wo ein entsprechender und für mich verwendbarer Baustein enthalten ist?

 

[Onkel Dagobert]

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... Gibt es hier evtl. eine andere Bibliothek, wo ein entsprechender und für mich verwendbarer Baustein enthalten ist?

Das Thema PT1, Tiefpass etc. wird hier gefühlt alle vier Wochen behandelt. Ich bin mir ziemlich sicher, du wirst fündig werden, bzw. solltest du das inzwischen eigentlich schon geworden sein.

Nicht sicher bin ich mir allerdings, ob du damit zum Ziel kommst. Nach deiner Beschreibung ist der Wechselanteil gegenüber dem Gleichanteil nicht unerheblich, möglicherweise überwiegt er auch? Wie soll ein analoger DC-Standardeingang solch ein Signal vernünftig erfassen oder ausreichend filtern? Wie ist das Verhältnis aus Wechsel- und Gleichanteil? Wie geht ein Mess- oder Trennverstärker damit um? Um welches Potenzial handelt es sich überhaupt? Eventuell lässt sich das Problem durch ein geeignetes autarkes Messgerät besser lösen.

 

[Chräshe]

Für welchen Zweck (Anwendung) soll der Strom gemessen werden?
Wie viele Messwerte pro Sekunde werden benötigt?
Welche Frequenzen kann der Wechselstrom haben?
Wie schnell schwankt der Gleichstrom?

 

[JSEngineering]

Also wenn ich Deine Antowrt richtig lese

zum anderen möchte ich damit sicherstellen, dass eine Fehlermeldung generiert wird, falls der Gleichstrom die Stromflussrichtung (negativer anstatt positiver Spannungswert am Shunt) ändert (Ist aufgrund eines Fehlers in der Vergangenheit mal passiert).

möchtest Du keinen Wechselstrom messen, sondern eine Polaritätsumkehr.
Sofern diese nicht im 50Hz-Bereich auftritt, sollte es doch einfach meßbar sein.

Richtig ist die Aussage in #6, Du solltest einen zum Shunt passenden Meßwandler einsetzen. Die kannst Du i.d.R. einstellen, ob die unipolar oder bipolar messen. Stellst Du auf bipolar ein.
Nimm dann einen +/-10V-Eingang und stell den Meßwandler entsprechend ein.
Dann kannst Du über den Meßwert eindeutig die Polaritätsumkehr erkennen.