Was ist ein Wägesensor? Wie verbindet man ihn mit einer SPS? Wie verwendet man ihn am genauesten?

Was ist ein Wägesensor? Wie verbindet man ihn mit einer SPS? Wie verwendet man ihn am genauesten?

Gewicht ist eine wichtige Einheit im täglichen Leben und in der Industrie noch entscheidender. Wie viele Kilogramm Rohmaterialien werden im Produktionsprozess hinzugefügt? Wie viele Kilogramm Abfall entstehen? Diese Daten sind wesentliche Elemente, die den reibungslosen Betrieb der gesamten Fabrik unterstützen.

Wie wird also das Gewicht in der Industrie gemessen? Wir müssen Wägesensoren verwenden!

Das Prinzip eines Wägesensors besteht darin, die auf das gemessene Objekt wirkende Schwerkraft in ein quantifizierbares Ausgangssignal in einem bestimmten Verhältnis umzuwandeln.

Gängige Industriesensoren werden in 4-Draht- und 6-Draht-Systeme unterteilt:

Bei einem 4-Draht-Sensor gibt es nur die vier schwarzen Kabel, die in der folgenden Abbildung dargestellt sind. Davon liefern EXC+ und EXC- die Erregung vom Wägemodul zum Sensor, während SIG+ und SIG- die Ausgänge des Wägesensors sind. Bei einem 6-Draht-Sensor sind zwei zusätzliche rote Drähte, SENSE+ und SENSE-, vorhanden. Was ist ihr Zweck? Diese beiden Drähte dienen der Kompensation. Wenn der Abstand zwischen dem Sensor und dem Wägemodul groß ist, sorgen diese Drähte für eine Kompensation und machen die Messergebnisse dadurch genauer.

In praktischen Feldeinsätzen kann der Abstand zwischen dem Wägesensor und dem Wägemodul aufgrund komplexer Arbeitsbedingungen beträchtlich sein. Wenn die vom Wägemodul dem Sensor zugeführte Versorgungsspannung beispielsweise 6 V beträgt, ist dieses Erregungssignal aufgrund von Leitungsverlusten geringer als 6 V, wenn es den Wägesensor erreicht. Unter gleichen Lastbedingungen ist das Ausgangssignal des Sensors proportional zur Versorgungsspannung. Daher verwendet das Wägemodul eine hochohmige Schaltung, um die tatsächliche Versorgungsspannung an der Sensorseite an das Modul selbst zurückzukoppeln. Das Wägemodul passt dann seine Ausgangsversorgungsspannung über einen internen Komparator an.

Das Wägemodul kann sowohl an 4-Draht- als auch an 6-Draht-Sensoren angeschlossen werden. Wenn ein 4-Draht-Sensor angeschlossen wird, ist es erforderlich, SENSE+ mit EXC+ und SENSE- mit EXC- im Anschlusskasten oder auf der Seite des Wägemoduls zu kurzschließen.

Für den Anschluss von Wägesensoren an eine SPS in einer Fabrikumgebung haben wir typischerweise zwei Methoden:

1. **Verwendung eines Wägesensors + Signalaufbereiters/Transmitters + SPS-Analogeingang**
Warum wird ein Sekundärtransmitter benötigt? Weil der Sensor ein Spannungssignal im Millivoltbereich erzeugt, wenn er durch das Gewicht des Objekts verformt wird, das die SPS nicht direkt lesen kann. Daher ist ein Sekundärtransmitter für die Umwandlung erforderlich. Wann immer eine Umwandlung beteiligt ist, weiß jeder, dass es einige Verluste geben wird. Dieser Verlust ist nicht sehr groß, kann aber erhebliche Auswirkungen auf präzise Messungen haben. Ich habe zuvor an Geräten gearbeitet, die eine Genauigkeit von 10 g erforderten, wobei dieser Verlust die Ergebnisse erheblich beeinflusste. Das Merkmal dieser Methode sind die geringen Kosten und die minimalen Anforderungen an das SPS-System, da über 98 % der SPSen über eine Analogeingangsfunktion verfügen. Der Nachteil ist jedoch, dass sie nicht in Situationen eingesetzt werden kann, die eine hohe Genauigkeit erfordern.

2. **Die genaueste Methode (und teuerste): Verwendung eines Wägesensors + SPS-Wägemodul**
Diese Methode ist die präziseste, da kein Verlust auftritt, wenn die SPS an ihr dediziertes Modul angeschlossen ist. Darüber hinaus ist die Geschwindigkeit dieser Methode sehr hoch, was sie für verschiedene komplexe Anwendungen geeignet macht.

**Der Nachteil ist die hohen Anforderungen, die sie an das SPS-System stellt.** Erstens muss die SPS ein Wägemodul verwenden, das im Allgemeinen recht teuer ist. Darüber hinaus erfordert ein neues Wägesystem vor der Verwendung eine Kalibrierung. Wenn ein Wägesensor beschädigt und ersetzt wird, ist auch eine Neukalibrierung erforderlich. Der Kalibrierungsprozess für verschiedene Serien von Siemens-Wägemodulen ist nicht einfach und erfordert ein gewisses Maß an Erfahrung und technischem Können, was wir später besprechen werden. Daher ist diese Technologie nicht für Anfänger geeignet.

**Als Einheit für präzise Messungen muss die Verwendungsmethode sorgfältig befolgt werden; andernfalls kann dies zu ungenauen Messungen oder sogar zu Schäden führen.**

**I. Äußerste Vorsicht während der Installation ist entscheidend, um eine Beschädigung des Sensors zu vermeiden.**

Der Elastomer eines Wägesensors besteht hauptsächlich aus einer Aluminiumlegierung. Daher können alle Auswirkungen durch Vibrationen oder versehentliches Herunterfallen zu erheblichen Fehlern in der Datenausgabe führen. Beispielsweise könnte ein Sensor mit einer Kapazität von 10 kg dauerhaft beschädigt werden, wenn er einer Kraft von etwa 15 kg ausgesetzt wird. Daher ist es unerlässlich, den Wägesensor während der Installation mit größter Sorgfalt zu behandeln.

**II. Die Installation muss streng nach den Konstruktionsanforderungen erfolgen.**

Je nach Geräteprozess kann er horizontal oder vertikal installiert werden. Der lasttragende Teil des Sensors muss jedoch eng an dem gemessenen Objekt anliegen. Wichtig ist, dass der lasttragende Teil und das gemessene Objekt keine anderen Kraftaufnahmepunkte berühren, da dies zu ungenauen Messungen führt.

**III. Manchmal werden drei oder sogar mehrere Sensoren verwendet, um dasselbe Objekt zu messen. Die Kontaktflächen zwischen diesen Sensoren und der Wägeanordnung müssen eben sein.** Andernfalls wirkt sich eine ungleichmäßige Kraftverteilung auf die Messergebnisse aus. Während eine leichte Fehlausrichtung der Ebene mit Widerständen im Anschlusskasten kompensiert werden kann, ist diese Einstellbarkeit begrenzt und auch nicht ideal für die Kalibrierung. Bemühen Sie sich daher, wann immer möglich eine ebene Installation beizubehalten.

**Weitere Vorsichtsmaßnahmen:**

**I. Anschlusskasten:** Bei der Verwendung mehrerer Wägesensoren ist ein Anschlusskasten ein notwendiges Werkzeug. Er konsolidiert die Daten von mehreren Sensoren und reduziert so den Arbeitsaufwand für das Wägemodul.

Er ist jedoch auch eine Komponente, die während des Gebrauchs anfällig für Probleme ist.

Achten Sie zunächst auf Staubschutz, Wasserdichtigkeit und die Vermeidung statischer Elektrizität. Zweitens: Achten Sie während des Gebrauchs auf die Funktion jedes Anschlusses und vermeiden Sie eine falsche Verdrahtung.

**II. Kabelanschluss und Abschirmung**

Das Signal des Sensors wird letztendlich über Kabel übertragen. Angesichts der hohen Präzision dieses Signals können selbst geringfügige Störungen zu Dateninstabilität führen.

Daher müssen die Anschlüsse während der Installation streng nach dem bereitgestellten Diagramm hergestellt werden.

**III. Programmierüberlegungen: Ist das Filtern akzeptabel?**

In realen industriellen Umgebungen gibt es zahlreiche Störungen. Während sich viele an die Verwendung von Programmiermethoden zum Filtern gewöhnt haben, kann dies auch auf Wägeanwendungen angewendet werden. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass das Filtern eine Signalverzögerung verursacht. Wenn der Zweck lediglich die Beobachtung und Messung ist, stellt dies möglicherweise kein Problem dar. Wenn die Daten jedoch für Berechnungen oder zur Steuerung von Prozessen verwendet werden, kann das Filtern zu ungenauen Wägeergebnissen führen. Dies ist ein wichtiger Punkt, den es zu beachten gilt.