In der industriellen Automatisierungstechnik begegnen wir häufig verschiedenen Begriffen wie digitale Größen (Schaltgrößen) und analoge Größen. In der Praxis können diese Begriffe jedoch leicht verwechselt werden. Welche Signale sind also bei der Messung von Temperatur, Feuchte, Druck, Durchfluss usw. digitale Signale und welche analoge Signale? Um sie voneinander zu unterscheiden, müssen wir lediglich die Definitionen dieser beiden Signalarten kennen.
digitale Menge
Digitale Größen sind eine Art von physikalischen Größen, deren Änderungen zeitlich sprunghaft verlaufen. Sie treten stets in einer Abfolge diskreter Zeitpunkte auf. Diese Art von physikalischer Größe wird als digitale Größe bezeichnet, d. h. als diskrete Größe, womit eine Größe gemeint ist, die diskret verteilt ist und keine Zwischenwerte aufweist. Nur die Größe 01 ändert sich nicht; sie ist die Schaltgröße.
Analoggröße
Eine analoge Größe bezeichnet die Größe einer Variablen, die sich innerhalb eines bestimmten Bereichs stufenlos ändert, d. h., sie kann jeden Wert (innerhalb des Wertebereichs) innerhalb eines bestimmten Bereichs (Definitionsbereich) annehmen. Digitale Größen sind diskrete Größen, also keine sich stufenlos ändernden Größen. Sie können nur wenige diskrete Werte annehmen. Eine binäre digitale Variable kann beispielsweise nur zwei Werte annehmen.
Nachdem wir die Definition verstanden haben, können wir schnell erkennen, dass Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Druck und Durchfluss allesamt analoge Signale sind, während „normal offen“ und „normal geschlossen“ digitale Signale sind.
Wir haben festgestellt, dass in der Industrie bzw. in der industriellen Steuerungstechnik gängige elektrische Standardsignale 4–20 mA, 0–10 V, 0–5 V usw. sind, wobei jedoch 4–20-mA-Stromsignale am häufigsten zur Übertragung analoger Größen verwendet werden. Warum ist das so?
1. Auf Baustellen sind elektromagnetische Störungen in der Regel sehr stark ausgeprägt, wobei Spannungssignale anfälliger für elektromagnetische Störungen vor Ort sind als Stromsignale. Um Störungen zu reduzieren und die Übertragung genauer zu gestalten, werden Stromsignale verwendet.
2. Der Mindeststrom von 4 mA wurde gewählt, da die Messumformerschaltung ohne statischen Betriebsstrom nicht funktionieren kann. Der Signal-Ausgangsstrom von 4 mA Gleichstrom entspricht dem statischen Betriebsstrom des Messumformers. Gleichzeitig liegt der elektrische Nullpunkt des Messgeräts bei 4 mA Gleichstrom, was nicht mit dem mechanischen Nullpunkt übereinstimmt. Dieser “aktive Nullpunkt” ist hilfreich, um Störungen wie Stromausfälle und Unterbrechungen zu erkennen.
3. Die Wahl des Maximalstroms von 20 mA basiert auf Überlegungen hinsichtlich Sicherheit, Praktikabilität, Stromverbrauch und Kosten. Sicherheitsfunkenmessgeräte dürfen nur mit Niederspannung und Niedrigstrom betrieben werden. Die durch das Ein-Aus-Stromsignal von 20 mA verursachte potenzielle Funkenenergie reicht nicht aus, um eine Explosion von brennbarem Gas auszulösen.
4. Wenn die Entfernung zwischen dem Standort und dem Kontrollraum groß ist und der Widerstand der Verbindungsleitung hoch ist, tritt bei der Fernübertragung mittels Spannungssignal ein größerer Fehler auf, der auf die Spannungsaufteilung zwischen dem Leitungswiderstand und dem Eingangswiderstand des Empfangsgeräts zurückzuführen ist. Das Signal wird ferngesteuert übertragen. Solange die Übertragungsschleife keine Abzweigungen aufweist, ändert sich der Strom in der Schleife nicht mit der Länge der Leitung, wodurch die Genauigkeit der Übertragung gewährleistet ist.
