Beckhoff EL3201, EL3202, EL3204, EL3201-0010, EL3202-0010 Users guide
...
Dokumentation | DE
EL32xx-0xx0
Analoge Eingangsklemmen Pt100 (RTD)
19.01.2021 | Version: 6.1
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
1 Produktübersicht Analoge Eingangsklemmen Pt100 (RTD)..................................................................5
2 Vorwort .......................................................................................................................................................6
2.1 Hinweise zur Dokumentation.............................................................................................................6
2.2 Sicherheitshinweise...........................................................................................................................7
2.3 Ausgabestände der Dokumentation ..................................................................................................8
2.4 Versionsidentifikation von EtherCAT-Geräten.................................................................................10
2.4.1 Beckhoff Identification Code (BIC)................................................................................... 13
3 Produktübersicht.....................................................................................................................................15
3.1 EL3201, EL3202, EL3204, EL3214, EL3208, EL3218 - Einführung................................................15
3.2 EL3214-0090 - Einführung ..............................................................................................................22
3.3 Technologie RTD-Messung.............................................................................................................23
3.4 Grundlagen der RTD-Technologie ..................................................................................................27
3.4.1 Übersicht implementierte RTD Transformationen ........................................................... 32
3.5 Technische Daten............................................................................................................................38
3.6 Hinweis zu Beckhoff Kalibrierzertifikaten.........................................................................................45
3.7 Start .................................................................................................................................................45
4 Grundlagen der Kommunikation............................................................................................................46
4.1 EtherCAT-Grundlagen.....................................................................................................................46
4.2 EtherCAT-Verkabelung - Drahtgebunden .......................................................................................46
4.3 Allgemeine Hinweise zur Watchdog-Einstellung .............................................................................47
4.4 EtherCAT State Machine.................................................................................................................49
4.5 CoE-Interface ..................................................................................................................................51
4.6 Distributed Clock .............................................................................................................................56
5 Installation................................................................................................................................................57
5.1 Sicherheitshinweise.........................................................................................................................57
5.2 Umgebungsbedingungen ................................................................................................................57
5.3 Transportvorgaben / Lagerung ........................................................................................................57
5.4 Schaltschrank / Klemmenkasten .....................................................................................................57
5.5 Hinweise zum ESD-Schutz..............................................................................................................58
5.6 Tragschienenmontage.....................................................................................................................59
5.7 Montagevorschriften für erhöhte mechanische Belastbarkeit..........................................................62
5.8 Positionierung von passiven Klemmen............................................................................................63
5.9 Einbaulagen.....................................................................................................................................64
5.10 Anschluss ........................................................................................................................................66
5.10.1 Anschlusstechnik............................................................................................................. 66
5.10.2 Verdrahtung..................................................................................................................... 68
5.10.3 Schirmung........................................................................................................................ 69
5.11 ATEX - Besondere Bedingungen (Standardtemperaturbereich) .....................................................70
5.12 ATEX - Besondere Bedingungen (erweiterter Temperaturbereich).................................................71
5.13 Weiterführende Dokumentation zu ATEX und IECEx .....................................................................72
5.14 UL-Hinweise ....................................................................................................................................72
5.15 LEDs und Anschlussbelegung.........................................................................................................73
5.16 Anschluss analoger RTD-Signalleitungen .......................................................................................84
EL32xx-0xx0 3Version: 6.1
Inhaltsverzeichnis
6 Inbetriebnahme........................................................................................................................................87
6.1 TwinCAT Quickstart.........................................................................................................................87
6.1.1 TwinCAT 2 ....................................................................................................................... 90
6.1.2 TwinCAT 3 ..................................................................................................................... 100
6.2 TwinCAT Entwicklungsumgebung.................................................................................................113
6.2.1 Installation TwinCAT Realtime Treiber .......................................................................... 114
6.2.2 Hinweise ESI-Gerätebeschreibung................................................................................ 119
6.2.3 TwinCAT ESI Updater ................................................................................................... 123
6.2.4 Unterscheidung Online/Offline....................................................................................... 123
6.2.5 OFFLINE Konfigurationserstellung ................................................................................ 124
6.2.6 ONLINE Konfigurationserstellung.................................................................................. 129
6.2.7 EtherCAT Teilnehmerkonfiguration ............................................................................... 137
6.2.8 Import/Export von EtherCAT-Teilnehmern mittels SCI und XTI .................................... 147
6.3 Allgemeine Inbetriebnahmehinweise des EtherCAT Slaves .........................................................153
6.4 Einstellungen und Anwendungshinweise zur EL32xx-0010/0020 .................................................162
6.5 Einstellungen und Anwendungshinweise zur EL3204-0200..........................................................165
6.6 Prozessdaten und Betriebsmodi....................................................................................................174
6.7 TwinSAFE SC................................................................................................................................181
6.7.1 TwinSAFE SC - Funktionsprinzip .................................................................................. 181
6.7.2 TwinSAFE SC - Konfiguration ....................................................................................... 182
6.8 TwinSAFE SC Prozessdaten EL3214-0090 ..................................................................................186
6.9 CoE Objektverzeichnis EL32xx-00xx ............................................................................................186
6.10 CoE Objektverzeichnis EL3204-0200............................................................................................199
6.11 Status-Wort....................................................................................................................................207
6.12 Grundlagen zu Signaltrennern, Barrieren......................................................................................212
6.13 Hinweise zu analogen Spezifikationen..........................................................................................214
6.13.1 Messbereichsendwert (MBE)......................................................................................... 214
6.13.2 Messfehler/ Messabweichung ....................................................................................... 214
6.13.3 Temperaturkoeffizient tK [ppm/K] .................................................................................. 215
6.13.4 Langzeiteinsatz.............................................................................................................. 216
6.13.5 Typisierung SingleEnded / Differentiell.......................................................................... 216
6.13.6 Gleichtaktspannung und Bezugsmasse (bezogen auf Differenzeingänge)................... 221
6.13.7 Spannungsfestigkeit ...................................................................................................... 221
6.13.8 Zeitliche Aspekte der analog/digital Wandlung.............................................................. 222
7 Anhang ...................................................................................................................................................225
7.1 EtherCAT AL Status Codes...........................................................................................................225
7.2 Kalibrierungs-Zertifikat...................................................................................................................225
7.3 Firmware Kompatibilität .................................................................................................................226
7.4 Firmware Update EL/ES/ELM/EM/EPxxxx ....................................................................................228
7.4.1 Gerätebeschreibung ESI-File/XML ................................................................................ 229
7.4.2 Erläuterungen zur Firmware .......................................................................................... 232
7.4.3 Update Controller-Firmware *.efw ................................................................................. 234
7.4.4 FPGA-Firmware *.rbf ..................................................................................................... 235
7.4.5 Gleichzeitiges Update mehrerer EtherCAT-Geräte ....................................................... 239
7.5 Wiederherstellen des Auslieferungszustandes..............................................................................240
7.6 Support und Service ......................................................................................................................241
EL32xx-0xx04 Version: 6.1
Produktübersicht Analoge Eingangsklemmen Pt100 (RTD)
1 Produktübersicht Analoge Eingangsklemmen
Pt100 (RTD)
EL3201, EL3202, EL3204 [}15]
EL3201-0010, EL3202-0010 [}15]
EL3201-0020, EL3202-0020 [}15]
EL3204-0162
EL3204-0200 [}15]
EL3214 [}19]
EL3214-0090 [}22]
EL3208 [}20]
EL3208-0010 [}20]
EL3218 [}21]
1-, 2-, 4 kanalige Eingangsklemmen Pt100 (RTD)
1-, 2 kanalige Eingangsklemmen Pt100 (RTD), hochpräzise
1-, 2 kanalige Eingangsklemmen Pt100 (RTD), hochpräzise mit
Kalibrierungszertifikat
4 kanalige Eingangsklemme für 2x Pt100 (RTD) und 2x -10 …+10 V,
12 Bit, single ended
4 kanalige Eingangsklemme für RTD bis 240 kΩ, NTC 20 k, 16 Bit
4 kanalige HD-Eingangsklemme Pt100 für 3-Leiteranschluss
4 kanalige HD-Eingangsklemme für Pt100 (RTD), 3-Leiteranschluss,
TwinSAFE Single Channel
8 kanalige HD-Eingangsklemme Pt100 (RTD)
8 kanalige HD-Eingangsklemme PT1000, Ni1000 (RTD); NTCSensoren, Potentiometer
8 kanalige analoge HD-Eingangsklemme PT100 (RTD) für 2/3Leiteranschluss
EL32xx-0xx0 5Version: 6.1
Vorwort
2 Vorwort
2.1 Hinweise zur Dokumentation
Zielgruppe
Diese Beschreibung wendet sich ausschließlich an ausgebildetes Fachpersonal der Steuerungs- und
Automatisierungstechnik, das mit den geltenden nationalen Normen vertraut ist.
Zur Installation und Inbetriebnahme der Komponenten ist die Beachtung der Dokumentation und der
nachfolgenden Hinweise und Erklärungen unbedingt notwendig.
Das Fachpersonal ist verpflichtet, für jede Installation und Inbetriebnahme die zu dem betreffenden Zeitpunkt
veröffentlichte Dokumentation zu verwenden.
Das Fachpersonal hat sicherzustellen, dass die Anwendung bzw. der Einsatz der beschriebenen Produkte
alle Sicherheitsanforderungen, einschließlich sämtlicher anwendbaren Gesetze, Vorschriften, Bestimmungen
und Normen erfüllt.
Disclaimer
Diese Dokumentation wurde sorgfältig erstellt. Die beschriebenen Produkte werden jedoch ständig weiter
entwickelt.
Wir behalten uns das Recht vor, die Dokumentation jederzeit und ohne Ankündigung zu überarbeiten und zu
ändern.
Aus den Angaben, Abbildungen und Beschreibungen in dieser Dokumentation können keine Ansprüche auf
Änderung bereits gelieferter Produkte geltend gemacht werden.
Marken
Beckhoff®, TwinCAT®, EtherCAT®, EtherCATG®, EtherCATG10®, EtherCATP®, SafetyoverEtherCAT®,
TwinSAFE®, XFC®, XTS® und XPlanar® sind eingetragene und lizenzierte Marken der Beckhoff Automation
GmbH. Die Verwendung anderer in dieser Dokumentation enthaltenen Marken oder Kennzeichen durch
Dritte kann zu einer Verletzung von Rechten der Inhaber der entsprechenden Bezeichnungen führen.
Patente
Die EtherCAT-Technologie ist patentrechtlich geschützt, insbesondere durch folgende Anmeldungen und
Patente: EP1590927, EP1789857, EP1456722, EP2137893, DE102015105702 mit den entsprechenden
Anmeldungen und Eintragungen in verschiedenen anderen Ländern.
EtherCAT® ist eine eingetragene Marke und patentierte Technologie lizenziert durch die Beckhoff
Automation GmbH, Deutschland.
Copyright
© Beckhoff Automation GmbH & Co. KG, Deutschland.
Weitergabe sowie Vervielfältigung dieses Dokuments, Verwertung und Mitteilung seines Inhalts sind
verboten, soweit nicht ausdrücklich gestattet.
Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadenersatz. Alle Rechte für den Fall der Patent-, Gebrauchsmusteroder Geschmacksmustereintragung vorbehalten.
EL32xx-0xx06 Version: 6.1
Vorwort
2.2 Sicherheitshinweise
Sicherheitsbestimmungen
Beachten Sie die folgenden Sicherheitshinweise und Erklärungen!
Produktspezifische Sicherheitshinweise finden Sie auf den folgenden Seiten oder in den Bereichen Montage,
Verdrahtung, Inbetriebnahme usw.
Haftungsausschluss
Die gesamten Komponenten werden je nach Anwendungsbestimmungen in bestimmten Hard- und SoftwareKonfigurationen ausgeliefert. Änderungen der Hard- oder Software-Konfiguration, die über die
dokumentierten Möglichkeiten hinausgehen, sind unzulässig und bewirken den Haftungsausschluss der
Beckhoff Automation GmbH & Co. KG.
Qualifikation des Personals
Diese Beschreibung wendet sich ausschließlich an ausgebildetes Fachpersonal der Steuerungs-,
Automatisierungs- und Antriebstechnik, das mit den geltenden Normen vertraut ist.
Erklärung der Hinweise
In der vorliegenden Dokumentation werden die folgenden Hinweise verwendet.
Diese Hinweise sind aufmerksam zu lesen und unbedingt zu befolgen!
GEFAHR
Akute Verletzungsgefahr!
Wenn dieser Sicherheitshinweis nicht beachtet wird, besteht unmittelbare Gefahr für Leben und Gesundheit
von Personen!
WARNUNG
Verletzungsgefahr!
Wenn dieser Sicherheitshinweis nicht beachtet wird, besteht Gefahr für Leben und Gesundheit von Personen!
VORSICHT
Schädigung von Personen!
Wenn dieser Sicherheitshinweis nicht beachtet wird, können Personen geschädigt werden!
HINWEIS
Schädigung von Umwelt/Geräten oder Datenverlust
Wenn dieser Hinweis nicht beachtet wird, können Umweltschäden, Gerätebeschädigungen oder Datenverlust entstehen.
Tipp oder Fingerzeig
Dieses Symbol kennzeichnet Informationen, die zum besseren Verständnis beitragen.
EL32xx-0xx0 7Version: 6.1
Vorwort
2.3 Ausgabestände der Dokumentation
Version Kommentar
6.1 • Update Kapitel „Einführung“
• Update Kapitel "LEDs und Anschlussbelegung"
• Update Kapitel „Ratiometrische Spannungsmessung"
• Update Struktur
• Update Revisionsstand
6.0 • Update Kapitel „Einführung“
• Kapitel „Inbetriebnahme“: Selbsterwärmung von RTD-Sensoren“ ergänzt
5.9 • Kapitel „Inbetriebnahme“: Unterkapitel „Grundlagen zu Signaltrennern, Barrieren“ eingefügt
• Revisionsstand aktualisiert
• Kapitel „Objektbeschreibung“ aktualisiert
• Update Struktur
5.8 • EL3208-0010 ergänzt
• EL3218-0000 ergänzt
• Update Kapitel "Technische Daten"
• Update Struktur
• Update Revisionsstand
5.7 • Update Kapitel "Technische Daten"
• Update Struktur
5.6 • Update Kapitel "Technische Daten"
• Update Struktur
5.5 • Update Kapitel "Technische Daten"
• Update UL - Hinweise
5.4 • Update Kapitel "Technische Daten"
• Update Kapitel "CoE Objektbeschreibung EL32xx-00xx"
• Update Struktur
• Update Revisionsstand
5.3 • Update Kapitel "Technische Daten"
• Update Kapitel " EL3214-0090 - Einleitung" und Kapitel "CoE Objektbeschreibung EL32xx-00xx"
• Update Kapitel "TwinSAFE SC"
• Update Struktur
• Update Revisionsstand
5.2 • Update Kapitel "Objektverzeichnis", „Funktion“
• Update Struktur
• Update Revisionsstand
5.1 • Update Kapitel "Technische Daten"
• Update Struktur
• Update Revisionsstand
5.0 • EL3214-0090 ergänzt
• Update Kapitel "Technische Daten"
• Update Struktur
• Update Revisionsstand
4.9 • Update Kapitel "Technische Daten"Hinweis zum ESD-Schutz eingefügt
• Kapitel "Analogtechnische Hinweise - Spezifikationen" ersetzt durch Kapitel "Hinweise zu analogen Spezifikationen"
4.8 • Update Kapitel "Technologie RTD-Messung“
• Korrektur Revisionsstand
EL32xx-0xx08 Version: 6.1
Version Kommentar
4.7 • Update Kapitel "Hinweise zur Dokumentation"
• Korrektur Technische Daten
• Update Kapitel "TwinCAT 2.1x" -> Kapitel "TwinCAT Entwicklungsumgebung" und Kapitel "TwinCAT Quick Start"
• Korrektur Revisionsstand
4.6 • Update Kapitel „Technische Daten“
• Revisionstand aktualisiert
4.5 • Update Kapitel „Einstellungen und Anwendungshinweise zur EL32xx-0010/0020“
• „Hinweis zum Werkskalibrierzertifikat“ in das Kapitel „Produktübersicht“ eingefügt
4.4 • Update Kapitel "Technische Daten"
• Update Struktur
• Update Revisionsstand
4.3 • Update Kapitel "Technologie RTD-Messung"
• Update Struktur
• Update Revisionsstand
4.2 • Update Kapitel "Technische Daten"
• Update Struktur
• Update Revisionsstand
4.1 • Update Kapitel "LED’s und Anschluss"
4.0 • Überführung SCHEMA
• EL3208 hinzugefügt
• EL3214 hinzugefügt
• Update Kapitel "Technische Daten"
• Update Struktur
• Update Revisionsstand
3.1 • Update Kapitel "Technische Daten"
• Kapitel "Montagehinweise bei erhöhter mechanischer Belastbarkeit" ergänzt
• Update Struktur
• Update Revisionsstand
3.0 • Update Struktur
2.9 • EL3204-0200 ergänzt
• Update Struktur
2.8 • Kapitel "Technologie" aktualisiert
2.7 • Kapitel "Technologie RTD-Messung" aktualisiert, EL3204-0200 ergänzt
2.6 • Kapitel "Technologie" aktualisiert
2.5 • Kapitel "RTD-Technologie" hinzugefügt
2.4 • Update Kapitel "Technologie"
2.3 • Hinweis zum Anschluss analoger Signalleitungen ergänzt
2.2 • Hinweis Kalibrierungs-Zertifikat ergänzt
• Update Struktur
2.1 • EL3202-0020 ergänzt
2.0 • Datenflussschema ergänzt, Technische Hinweise ergänzt
1.9 • Technische Hinweise ergänzt
1.8 • Technische Hinweise ergänzt
1.7 • Technische Daten ergänzt und korrigiert
1.6 • Technische Korrekturen, Ergänzung EL3202-0010
1.5 • KT/KTY Kennlinien hinzugefügt, Ergänzung Limit
1.4 • Technische Änderungen hinzugefügt
1.3 • Technische Änderungen hinzugefügt
1.2 • EL3201-0010, EL3201-0020 hinzugefügt
1.1 • Technische Daten korrigiert
1.0 • Technische Daten ergänzt, erste Veröffentlichung
Vorwort
EL32xx-0xx0 9Version: 6.1
Vorwort
2.4 Versionsidentifikation von EtherCAT-Geräten
Bezeichnung
Ein Beckhoff EtherCAT-Gerät hat eine 14stellige technische Bezeichnung, die sich zusammensetzt aus
• Familienschlüssel
• Typ
• Version
• Revision
Beispiel Familie Typ Version Revision
EL3314-0000-0016 EL-Klemme
(12 mm, nicht steckbare
Anschlussebene)
ES3602-0010-0017 ES-Klemme
(12 mm, steckbare
Anschlussebene)
CU2008-0000-0000 CU-Gerät 2008
3314
(4 kanalige
Thermoelementklemme)
3602
(2 kanalige Spannungsmessung)
(8 Port FastEthernet Switch)
0000
(Grundtyp)
0010
(Hochpräzise
Version)
0000
(Grundtyp)
0016
0017
0000
Hinweise
• die oben genannten Elemente ergeben die technische Bezeichnung, im Folgenden wird das Beispiel
EL3314-0000-0016 verwendet.
• Davon ist EL3314-0000 die Bestellbezeichnung, umgangssprachlich bei „-0000“ dann oft nur EL3314
genannt. „-0016“ ist die EtherCAT-Revision.
• Die Bestellbezeichnung setzt sich zusammen aus
- Familienschlüssel (EL, EP, CU, ES, KL, CX, ...)
- Typ (3314)
- Version (-0000)
• Die Revision -0016 gibt den technischen Fortschritt wie z.B. Feature-Erweiterung in Bezug auf die
EtherCAT Kommunikation wieder und wird von Beckhoff verwaltet.
Prinzipiell kann ein Gerät mit höherer Revision ein Gerät mit niedrigerer Revision ersetzen, wenn nicht
anders z.B. in der Dokumentation angegeben.
Jeder Revision zugehörig und gleichbedeutend ist üblicherweise eine Beschreibung (ESI, EtherCAT
Slave Information) in Form einer XML-Datei, die zum Download auf der Beckhoff Webseite bereitsteht.
Die Revision wird seit 2014/01 außen auf den IP20-Klemmen aufgebracht, siehe Abb. „EL5021 EL-
Klemme, Standard IP20-IO-Gerät mit Chargennummer und Revisionskennzeichnung (seit 2014/01)“.
• Typ, Version und Revision werden als dezimale Zahlen gelesen, auch wenn sie technisch hexadezimal
gespeichert werden.
Identifizierungsnummer
Beckhoff EtherCAT Geräte der verschiedenen Linien verfügen über verschiedene Arten von
Identifizierungsnummern:
Produktionslos/Chargennummer/Batch-Nummer/Seriennummer/Date Code/D-Nummer
Als Seriennummer bezeichnet Beckhoff im IO-Bereich im Allgemeinen die 8-stellige Nummer, die auf dem
Gerät aufgedruckt oder auf einem Aufkleber angebracht ist. Diese Seriennummer gibt den Bauzustand im
Auslieferungszustand an und kennzeichnet somit eine ganze Produktions-Charge, unterscheidet aber nicht
die Module einer Charge.
Aufbau der Seriennummer: KK YY FF HH
KK - Produktionswoche (Kalenderwoche)
YY - Produktionsjahr
FF - Firmware-Stand
HH - Hardware-Stand
EL32xx-0xx010 Version: 6.1
Vorwort
Beispiel mit
Ser. Nr.: 12063A02: 12 - Produktionswoche 12 06 - Produktionsjahr 2006 3A - Firmware-Stand 3A 02 Hardware-Stand 02
Ausnahmen können im IP67-Bereich auftreten, dort kann folgende Syntax verwendet werden (siehe
jeweilige Gerätedokumentation):
Syntax: D ww yy x y z u
D - Vorsatzbezeichnung
ww - Kalenderwoche
yy - Jahr
x - Firmware-Stand der Busplatine
y - Hardware-Stand der Busplatine
z - Firmware-Stand der E/A-Platine
u - Hardware-Stand der E/A-Platine
Beispiel: D.22081501 Kalenderwoche 22 des Jahres 2008 Firmware-Stand Busplatine: 1 Hardware Stand
Busplatine: 5 Firmware-Stand E/A-Platine: 0 (keine Firmware für diese Platine notwendig) Hardware-Stand
E/A-Platine: 1
Eindeutige Seriennummer/ID, ID-Nummer
Darüber hinaus verfügt in einigen Serien jedes einzelne Modul über eine eindeutige Seriennummer.
Siehe dazu auch weiterführende Dokumentation im Bereich
• IP67: EtherCAT Box
• Safety: TwinSafe
• Klemmen mit Werkskalibrierzertifikat und andere Messtechnische Klemmen
Beispiele für Kennzeichnungen
Abb.1: EL5021 EL-Klemme, Standard IP20-IO-Gerät mit Seriennummer/ Chargennummer und
Revisionskennzeichnung (seit 2014/01)
EL32xx-0xx0 11Version: 6.1
Vorwort
Abb.2: EK1100 EtherCAT Koppler, Standard IP20-IO-Gerät mit Seriennummer/ Chargennummer
Abb.3: EL3202-0020 mit Seriennummer/ Chargennummer 26131006 und eindeutiger ID-Nummer 204418
EL32xx-0xx012 Version: 6.1
Vorwort
2.4.1 Beckhoff Identification Code (BIC)
Der Beckhoff Identification Code (BIC) wird vermehrt auf Beckhoff-Produkten zur eindeutigen
Identitätsbestimmung des Produkts aufgebracht. Der BIC ist als Data Matrix Code (DMC, Code-Schema
ECC200) dargestellt, der Inhalt orientiert sich am ANSI-Standard MH10.8.2-2016.
Abb.4: BIC als Data Matrix Code (DMC, Code-Schema ECC200)
Die Einführung des BIC erfolgt schrittweise über alle Produktgruppen hinweg.
Er ist je nach Produkt an folgenden Stellen zu finden:
• auf der Verpackungseinheit
• direkt auf dem Produkt (bei ausreichendem Platz)
• auf Verpackungseinheit und Produkt
Der BIC ist maschinenlesbar und enthält Informationen, die auch kundenseitig für Handling und
Produktverwaltung genutzt werden können.
Jede Information ist anhand des so genannten Datenidentifikators (ANSIMH10.8.2-2016) eindeutig
identifizierbar. Dem Datenidentifikator folgt eine Zeichenkette. Beide zusammen haben eine maximale Länge
gemäß nachstehender Tabelle. Sind die Informationen kürzer, werden sie um Leerzeichen ergänzt. Die
Daten unter den Positionen 1 bis 4 sind immer vorhanden.
Folgende Informationen sind enthalten:
EL32xx-0xx0 13Version: 6.1
Vorwort
Pos-
Art der Information Erklärung Dateniden-
Nr.
1 Beckhoff-
Artikelnummer
2 Beckhoff Traceability
Number (BTN)
3 Artikelbezeichnung Beckhoff
4 Menge Menge in
5 Chargennummer Optional: Produktionsjahr
6 ID-/Seriennummer Optional: vorheriges
7 Variante Optional:
...
Beckhoff Artikelnummer
Eindeutige
Seriennummer, Hinweis
s. u.
Artikelbezeichnung, z.B.
EL1008
Verpackungseinheit,
z.B. 1, 10…
und -woche
Seriennummer-System,
z.B. bei Safety-Produkten
oder kalibrierten Klemmen
Produktvarianten-Nummer
auf Basis von
Standardprodukten
Anzahl Stellen inkl.
tifikator
1P 8 1P072222
S 12 SBTNk4p562d7
1K 32 1KEL1809
Q 6 Q1
2P 14 2P401503180016
51S 12 51S678294104
30P 32 30PF971, 2*K183
Datenidentifikator
Beispiel
Weitere Informationsarten und Datenidentifikatoren werden von Beckhoff verwendet und dienen internen
Prozessen.
Aufbau des BIC
Beispiel einer zusammengesetzten Information aus den Positionen 1 bis 4 und 6.
Die Datenidentifikatoren sind zur besseren Darstellung jeweils rot markiert:
BTN
Ein wichtiger Bestandteil des BICs ist die Beckhoff Traceability Number (BTN, Pos.-Nr.2). Die BTN ist eine
eindeutige, aus acht Zeichen bestehende Seriennummer, die langfristig alle anderen SeriennummernSysteme bei Beckhoff ersetzen wird (z. B. Chargenbezeichungen auf IO-Komponenten, bisheriger
Seriennummernkreis für Safety-Produkte, etc.). Die BTN wird ebenfalls schrittweise eingeführt, somit kann
es vorkommen, dass die BTN noch nicht im BIC codiert ist.
HINWEIS
Diese Information wurde sorgfältig erstellt. Das beschriebene Verfahren wird jedoch ständig weiterentwickelt. Wir behalten uns das Recht vor, Verfahren und Dokumentation jederzeit und ohne Ankündigung zu
überarbeiten und zu ändern. Aus den Angaben, Abbildungen und Beschreibungen in dieser Information
können keine Ansprüche auf Änderung geltend gemacht werden.
EL32xx-0xx014 Version: 6.1
Produktübersicht
3 Produktübersicht
3.1 EL3201, EL3202, EL3204, EL3214, EL3208, EL3218 Einführung
Ein-, zwei- und vierkanalige analoge Eingangsklemmen Pt100 (RTD)
Abb.5: EL3201
EL32xx-0xx0 15Version: 6.1
Produktübersicht
Abb.6: EL3201-0010/0020
Abb.7: EL3202
EL32xx-0xx016 Version: 6.1
Produktübersicht
Abb.8: EL3202-0010/0020
Abb.9: EL3204
Die analogen Eingangsklemmen EL320x-0xxx erlauben den direkten Anschluss von Widerstandssensoren
(RTD). Es kann der Widerstandswert direkt gemessen und ausgegeben werden, oder es wird die integrierte
Umrechnung nach diversen Sensorkennlinien (Pt100, Pt1000, NI120, NI1000, KTY-Typen u.a.) genutzt und
so die Temperatur am Messort gemessen.
EL32xx-0xx0 17Version: 6.1
Produktübersicht
Aus der gegebenen Anzahl von Anschlusspunkten im Gehäuse folgt die mögliche Anschlusstechnik: die
EL3201 unterstützt 2-, 3- und 4-Leitertechnik, die EL3202 2- und 3-Leitertechnik und die EL3204 die 2Leitertechnik.
Die EL320x-0010 (EL3201-0010, EL3202-0010) ist die hochpräzise Ausführung der jeweiligen Basisklemme.
Diese Klemmen sind in 4-Leitertechnik zu betreiben, um die spezifizierte Genauigkeit zu erreichen. Diese
Klemmen sind auch als Variante mit Werkskalibrierzertifikat [}225] als EL3201-0020, EL3202-0020 und mit
externem ISO17025 oder DAkkS Zertifikat als EL3201-0030, EL3202-0030 verfügbar.
Mit der EL3204-0200 sind beliebige RTD im Bereich 100 Ohm bis 240 kOhm einsetzbar. Die Umrechnung
der Widerstandswerte (Linearisierung) erfolgt in der Klemme wahlweise nach voreingestellten Kennlinien,
Umrechnungsformeln mit spezifischen Materialkennwerten (bspw. nach IEC 60751, Steinhart-HartGleichung, B-Parameter-Gleichung), oder nach einer frei programmierbaren Umrechnungstabelle.
Die EtherCAT-Klemmen zeigen ihren Signalzustand durch Leuchtdioden an. Sensorstörungen (z. B.
Drahtbruch) signalisieren Error-LEDs.
EL32xx-0xx018 Version: 6.1
Vierkanalige analoge HD-Eingangsklemme Pt100 (RTD) für 3-Leiteranschluss
Produktübersicht
Abb.10: EL3214
Die analoge Eingangsklemme EL3214 erlaubt den direkten Anschluss von vier Widerstandssensoren auf
12mm Breite.
Die Schaltung der EtherCAT-Klemme kann Sensoren in 3-Leitertechnik betreiben. Ein Mikroprozessor
realisiert die Linearisierung über den gesamten Temperaturbereich, der frei wählbar ist.
Die Standardeinstellung der EtherCAT-Klemme ist: Auflösung 0,1 °C. Sensorstörungen (z. B. Drahtbruch)
signalisieren Error-LEDs.
EL32xx-0xx0 19Version: 6.1
Produktübersicht
Achtkanalige analoge HD-Eingangsklemme (RTD)
Abb.11: EL3208-0000
Abb.12: EL3208-0010
Die analoge Eingangsklemme EL3208 erlaubt den direkten Anschluss von acht Widerstandssensoren auf
12mm Breite (High Density Gehäuse).
Die Schaltung der EtherCAT-Klemme kann Sensoren in 2-Leitertechnik betreiben. Ein Mikroprozessor
realisiert die Linearisierung über den gesamten Temperaturbereich, der frei wählbar ist.
EL32xx-0xx020 Version: 6.1
Produktübersicht
Die Standardeinstellung der EtherCAT-Klemme ist: Auflösung 0,1 °C. Sensorstörungen (z. B. Drahtbruch)
signalisieren Error-LEDs.
Die EL3208-0010 Variante hat eine Auflösung von 0,01°C/Digit und ist standardmäßig auf PT1000 Sensoren
eingestellt.
Achtkanalige analoge HD-Eingangsklemme PT100 (RTD) für 2/3-Leiteranschluss
Abb.13: EL3218-0000
Die analoge Eingangsklemme EL3218 erlaubt den direkten Anschluss von acht Widerstandssensoren auf
24mm Breite (High Density Gehäuse).
Die Schaltung der EtherCAT-Klemme kann Sensoren in 3- und auch 2-Leitertechnik betreiben. Ein
Mikroprozessor realisiert die Linearisierung über den gesamten Temperaturbereich, der frei wählbar ist.
Sensorstörungen (z. B. Drahtbruch) signalisieren Error-LEDs
Quick-Links
• EtherCAT Funktionsgrundlagen
• Technologie EL32xx [}23]
• Konfigurationserstellung TwinCAT [}87]
• CoE-Objektbeschreibung und Parametrierung [}186]
• Statuswort [}207]
• Prozessdaten und Betriebsmodi [}174]
• Einstellungen und Anwendungshinweise EL32xx-00xx [}162]
• Einstellungen und Anwendungshinweise EL3204-0200 [}165]
EL32xx-0xx0 21Version: 6.1
Produktübersicht
3.2 EL3214-0090 - Einführung
Vierkanalige analoge Eingangsklemmen Pt100 (RTD), 2/3-Leiteranschluss, TwinSAFE Single Channel
Abb.14: EL3214-0090
Die analoge Eingangsklemme EL3214-0090 erlaubt den direkten Anschluss von vier Widerstandssensoren.
Die Schaltung der EtherCAT-Klemme kann Sensoren in 3-Leitertechnik (ab Firmware 02 auch in 2Leitertechnik) betreiben. Ein Mikroprozessor realisiert die Linearisierung über den gesamten
Temperaturbereich, der frei wählbar ist.
Mit Hilfe der TwinSAFE-SC-Technologie (TwinSAFE Single Channel) ist es möglich, in beliebigen
Netzwerken bzw. Feldbussen Standardsignale für sicherheitstechnische Aufgaben nutzbar zu machen. Die
Standard-Funktionalitäten und Features der I/Os bleiben dabei erhalten. Die Daten der TwinSAFE-SC-I/Os
werden zu der TwinSAFE-Logic geleitet und dort sicherheitstechnisch mehrkanalig verarbeitet. In der SafetyLogic werden die aus verschiedenen Quellen stammenden Daten analysiert, plausibilisiert und einem
„Voting“ unterzogen. Dieses erfolgt durch zertifizierte Funktionsbausteine wie z. B. Scale, Compare/Voting
(1oo2, 2oo3, 3oo5), Limit usw. Dabei muss aus Sicherheitsgründen mindestens eine der Datenquellen eine
TwinSAFE-SC-Komponente sein. Die weiteren Daten können aus anderen Standard-Busklemmen,
Antriebsreglern oder Messumformern stammen.
Mit Hilfe der TwinSAFE-SC-Technologie ist ein Sicherheitsniveau entsprechend PL d/Kat. 3 gem. EN ISO
13849-1 bzw. SIL 2 gem. EN 62061 typischerweise erreichbar.
Quick-Links
• EtherCAT Funktionsgrundlagen
• Technologie EL32xx [}23]
• Konfigurationserstellung TwinCAT [}87]
• CoE-Objektbeschreibung und Parametrierung [}186]
• Statuswort [}207]
• Prozessdaten und Betriebsmodi [}174]
EL32xx-0xx022 Version: 6.1
Produktübersicht
3.3 Technologie RTD-Messung
Inhaltsverzeichnis
• Funktion [}23]
- Hinweis zur Serie EL320x-0010/-0020 (hochpräzise) [}24]
• Ratiometrische Spannungsmessung [}24]
• Anschlusstechniken [}24]
- Beispiel für Leitungskompensation im 2-Leiter-Modus [}25]
• Übersicht geeigneter Widerstandssensoren [}25]
Funktion
Die analoge Eingangsklemmen EL32xx-xxxx erlauben den direkten Anschluss von Widerstandssensoren im
Bereich 0 - 4096 Ohm (EL3204-0200: bis 240 kOhm, siehe besondere Hinweise)
Funktionen:
• Widerstandsmessung
◦ Messbereich 0 bis 1024 Ω: Auflösung 1/64 Ohm
◦ Messbereich 0 bis 4096 Ω: Auflösung 1/16 Ohm
◦ Der Einsatz der Klemme im Bereich 0 bis 10 Ohm wird aufgrund der relativ geringen
Messgenauigkeit nicht empfohlen. Für solche Messungen sind Widerstandsmessklemmen wie die
EL3692 in 4-Leiter-Messung zu verwenden.
◦ Bei der EL3201 und EL3202 ist die externe Brücke zwischen +R und +RL beim 3-Leiter-Modus
einzusetzen
• Temperaturmessung
der ermittelte Sensorwiderstand wird vom internen µC über die gewünschte Linearisierungskennlinie
direkt in eine Temperatur umgerechnet
◦ Standardauflösung 1/10 °C (1 Digit = 0,1 °C) entsprechend einem theoretisch darstellbaren
Temperaturbereich [-3276,7 ... 3276,8 °C]
Es ist der für den jeweiligen Sensor physikalisch vorgegebene Temperaturbereich zu beachten!
◦ Es sind in der EL32xx-Serie diverse PTC-Sensor-Kennlinien über ihren kompletten Messbereich
zur Auswahl implementiert: Pt/Ni xxxx, KTY xx
◦ Skalierung und Präsentation können geändert werden
◦ Falls ein Sensor verwendet werden soll, der nicht bereits in der EL320x implementiert ist, kann die
EL3204-0200 verwendet werden
Durch die freie Programmierbarkeit kann die EL3204-0200 auf jede Sensorkennlinie im zulässigen
Widerstandbereich eingestellt werden.
Weitere Hinweise:
• Die Widerstandermittlung erfolgt durch ratiometrische Spannungsmessung, siehe unten [}24].
• Der Fehlerzustand "Drahtbruch" wird als Overrange detektiert, als Error an die Steuerung gemeldet
und durch die ERROR-LED angezeigt.
• Der Fehlerzustand "Kurzschluss" wird als Underrange detektiert, wenn der Widerstand kleiner ist als
der kleinste Widerstand des Messbereichs, so wie als Error an die Steuerung gemeldet und durch die
ERROR-LED angezeigt.
• Ab Firmware 06 (EL3201, EL3202-xxxx, EL3204) sind Kennlinien für KT/KTY-Sensoren implementiert
und über das CoE-Verzeichnis anwählbar.
• Die Ausgabe des Messwertes erfolgt im Auslieferungszustand in 1/10° C Schritten in
Zweierkomplement-Darstellung (integer).
• Über CoE 0x80n0:02 [}187] sind andere Darstellungsarten anwählbar z.B. hohe Auflösung mit 1/100
°C
Bei Verwendung der hohen Auflösung ist durch das 2-Byte-PDO ein Temperaturbereich von -320 ...
320°C (-32566 .... 32567) messbar.
EL32xx-0xx0 23Version: 6.1
Produktübersicht
Abb.15: Darstellung der Messung und Berechnung Widerstand/Temperatur
Hinweis zur Serie EL320x-0010/-0020 (hochpräzise)
Durch besondere Eigenschaften in Hardware und Firmware ist die EL320x-0010/0020 in der Lage, den
Widerstandswert und damit ggf. die Temperatur hochgenau zu messen. Dabei ist zu beachten:
Erhöhte Genauigkeit EL320x-00x0
Bei den hochpräzisen Klemmen soll die Einstellungen im Objekt 0x80n0 [}186] / RTD-Settings
nicht verändert werden! Die hochgenaue Widerstandermittlung/Temperaturmessung kann nur im
Bereich 10 ... 220 Ohm erfolgen, dies entspricht einem Pt100-Messbereich von -200 ... 320°C.
Um die hohe Genauigkeit darstellen zu können, ist die 0,01°C/Digit Darstellung voreingestellt. Die
erhöhte Genauigkeit der EL320x-00x0 gilt deshalb nur für folgende Einstellungen:
• Widerstandsmessung oder Pt100-Kennlinie (0,00385 Ω/Ω/°C, IEC60751 Kennlinie Pt385) - andere
Kennlinie ohne Gewähr!
• Umgebungstemperatur von 40°C
• 4-Leiter-Anschlusstechnik
• Messbereich -200 bis 320°C
• 50 Hz Filter
Temperaturen bzw. Widerstände außerhalb des o.g. Bereichs können nicht hochgenau gemessen
werden. Werden diese Eckwerte verlassen, verhält sich die hochgenaue Klemme wie eine Klemme
mit Standard-Genauigkeit.
Ratiometrische Spannungsmessung
Die Widerstandsermittlung der EL32xx-xxxx erfolgt ratiometrisch durch Spannungsvergleich, siehe Abb.
„Anschlusstechnik 4-Leiter und 3-Leiter“:
• Eine Konstantspannung von 2,5 V wird durch einen stabilen bekannten Referenzwiderstand R
den Sensor Rt geführt. R
ist
ref
ref
und
◦ EL3204-0200: 120 kOhm
◦ alle anderen EL32xx: 5 kOhm
• Durch Vergleich der beiden Spannungen, U1 an R
und U2 an Rt kann auf den Sensorwiderstand R
ref
geschlossen werden
• Der Messstrom durch den Sensor ist damit abhängig vom Sensorwiderstand Rt, dies ist bei Fragen zur
Sensoreigenerwärmung zu berücksichtigen:
Beispiel: ein Pt1000 bewirkt bei 0°C und damit Rt = 1000 Ohm Eigenwiderstand an einer EL3204 mit
2,5V Speisung und R
= 5 kΩ einen Messstrom von 0,42 mA. Am Widerstand entsteht dadurch die
ref
Wärmeleistung von 1kΩ * (0,42 mA)² = 0,17 mW
Beschaltung der Eingangskanäle
Auf Grund dieses Messprinzips (widerstandsbehafteter Temperatursensor) darf keine Parallelschaltung von einem Sensor an 2 oder mehr Eingangskanäle erfolgen!
t
Anschlusstechniken
Die elektrische Verbindung eines Widerstandssensors zur EL32xx kann im Zweileiter-, Dreileiter- oder
Vierleiterverfahren (nur EL3201) erfolgen. Da das Messverfahren eine Widerstandsmessung ist, können die
Sensorzuleitungen mit ihrem Eigenwiderstand die Messung verfälschen. Zu diesem Zweck sind verfügbar:
EL32xx-0xx024 Version: 6.1
Produktübersicht
Abb.16: Anschlusstechnik 4-Leiter und 3-Leiter
• 4-Leiter-Sensoren: Stromführung und Spannungsmessung laufen über separate Adern. Da die
Spannung von der EL32xx hochohmig gemessen wird, unterliegen die Adern zur Spannungsmessung
somit annähernd keinem Spannungsabfall.
• 3-Leiter-Sensoren: diese vereinfachte Anschaltung reduziert Verkabelungskosten und kompensiert
Leitungswiderstände in hohem Maße.
• 2-Leiter-Sensoren: sehr einfache Anschaltung, nur für kurze Zuleitung empfohlen
Die Zuleitungswiderstände können im 2-Leiter-Modus herausgerechnet werden, wenn der EL32xx im
CoE-Objekt 0x80n0:1B [}187] der Zuleitungswiderstand bekannt gegeben wird (Einheit [1/32 Ω]). Die
Ermittlung des Zuleitungswiderstands kann applikationsseitig durch Messung oder durch Abgleich
geschehen.
Zweileiter Anschluss
Wird die EL3201/EL3202 im 2-Leiter-Anschluss betrieben, müssen der Eingang +R und +RL vom
Anwender gebrückt werden.
Beispiel für Leitungskompensation im 2-Leiter-Modus
Beispiel für Leitungskompensation im 2-Leiter-Modus Der Leitungsquerschnitt der 50 m langen
Anschlussleitung aus Kupferlitze sei 0,5 mm2. Der spezifische Widerstand von Kupfer entspricht
0,0175Ωmm2m
-1.
Ermittlung des Gesamtwiderstandes der Zuleitung:
R
= 0,0175 Ω mm2m-1* (2 * 50 m / 0,5 mm2) = 3,5 Ω
Lges
Bei einer Widerstandsänderung des Pt100 von ≈0,39 Ω/K ergibt sich daraus eine Temperaturabweichung
von
3,5 Ω / (0,39 Ω/°C) = 8,97 °C
wenn der Leitungswiderstand nicht berücksichtigt wird. Wenn nun die 3,5 Ohm als
3,5 Ω / (1/32) Ω = 112
dez
in 0x8000:1B [}187] eingetragen werden, wird dies vom Messwert abgezogen, und die Temperatur
entsprechend korrigiert.
Steckervariante ES32xx mit Pt100 / Ni100 Sensoren
Bei der Verwendung von Pt100 / Ni100 Sensoren empfehlen wir zur Vermeidung von Genauigkeitsverlusten auf Grund von Übergangswiderständen bei der Steckervariante ES32xx den Einsatz der
EL32xx .
Übersicht geeigneter Widerstandssensoren
Übersicht geeigneter Widerstandssensoren Folgende Widerstandssensoren sind für die
Temperaturmessung mit der EL32xx-0000 geeignet (Tab. 1) und können über das Objekt 0x80n0:19 [}187]
gewählt werden:
EL32xx-0xx0 25Version: 6.1
Produktübersicht
Besondere oder abweichende Kennlinien (z. B. Pt375) können mit der frei parametrierbaren EL3204-0200
erfasst werden.
Typ Widerstandsbe-
reich
Pt100 (0,00385 Ω/Ω/°C, IEC60751
Kennlinie Pt385)
Ni100 -60°C bis 250°C
Pt1000 (0,00385 Ω/Ω/°C, IEC60751
Kennlinie Pt385)
Pt500 -200°C bis 850°C
Pt200 -200°C bis 1370°C
Ni1000 -60°C bis 250°C
Ni1000
TK5000
100°C: 1500 Ohm
Ni120 -60°C bis 320°C
KT100/110/130/210/230
KTY10/11/13/16/19
KTY81/82-110,120,150
KTY81-121
KTY81-122
KTY81-151
KTY81-152
KTY81/82-210,220,250
KTY81-221
KTY81-222
KTY81-251
KTY81-252
KTY83-110,120,150 ~500 ... ~2500 Ohm -50...175°C
KTY83-121
KTY83-122
KTY83-151
KTY83-152
KTY84-130,150 ~350 ... ~2500 Ohm -40...300°C
KTY84-151
KTY21/23-6 ~500 ... ~4000 Ohm -50...150°C
KTY1x-5
KTY1x-7
KTY21/23-5
KTY21/23-7
~ 18 ... ~390 Ohm -200°C bis 850°C (für hochpräzise
~180 ... ~ 3900 Ohm -200°C bis 850°C
~500 ... ~2200 Ohm -55...150°C
Implementierter Temperaturbereich
Klemmen siehe Hinweis [}24]!
-30 bis 160°C
EL32xx-0xx026 Version: 6.1
Produktübersicht
3.4 Grundlagen der RTD-Technologie
Bestimmte Werkstoffe ändern ihren elektrischen Widerstand, wenn sich die Temperatur des Werkstoffs
ändert. Durch diese Eigenschaft können sie als Sensor zur Temperaturmessung verwendet werden. Solch
ein RTD-Element (Resistance Temperature Detector) oder Thermistor weist dann eine materialabhängige
bekannte Charakteristik auf, nämlich, wie sich der Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur
reproduzierbar ändert. In erster Näherung kann diese Kennlinie als lineare Gleichung aufgefasst werden:
Der Faktor k kann positiv oder negativ sein und muss vom Sensorhersteller angegeben werden:
• Positiver Koeffizient (PTC): elektrischer Widerstand steigt mit steigender Temperatur, wird also
schlechter leitend, Sensor wird dann als Kaltleiter bezeichnet,
• negativer Koeffizient (NTC): elektrischer Widerstand steigt mit fallender Temperatur, wird also besser
leitend, Sensor wird dann als Heißleiter bezeichnet.
Je größer der Koeffizient, desto empfindlicher ist der Sensor.
Temperaturmessung
Diese Art der Temperaturmessung ist abzugrenzen von jener mit Thermoelement‑Sensoren: Letztere erzeugen von sich aus eine (kleine) Spannung über den Leiter, die an den Kontaktstellen gemessen wird.
In einem sehr kleinen Messbereich können fast alle Materialien durch solch eine lineare Kennlinie
beschrieben werden. Oft soll jedoch über einen großen Messbereich, z.B. mehrere 10K oder 100K,
gemessen werden. In solchen Bereichen muss die Kennlinie bei vielen Materialien durch nichtlineare
Gleichungen höherer Ordnung oder mit exponentiellen Funktionen beschrieben werden. Beispiele für solche
Gleichungen sind
• Platin/Pt-Sensoren (PTC/Kaltleiter) nach IEC 60751:
◦ für den Bereich -200.. 0°C:
◦ für den Bereich 0°C..850°C:
Die Koeffizienten A, B, C sind vom Sensorhersteller anzugeben bzw. der Norm zu entnehmen. Der
Parameter R0 gibt den Widerstand in Ω des Platinsensors bei T=0°C an. Die Sensoren werden nach diesen
Bezeichnungen qualifiziert, so spricht man vom PT100, wenn R0=100Ω bei T=0°C beträgt.
• Steinhart-Hart (für NTC/Heißleiter):
Die Koeffizienten a, b, c sind vom Sensorhersteller anzugeben, diese können auch durch Messung des
Widerstandes bei drei bekannten Temperaturen bestimmt werden.
• B-Parameter-Gleichung (für NTC/Heißleiter):
Die Koeffizienten RT0, B, T0 und A sind vom Sensorhersteller anzugeben, diese können auch durch Messung
des Widerstandes bei zwei bekannten Temperaturen bestimmt werden.
EL32xx-0xx0 27Version: 6.1
Produktübersicht
Die B-Parameter-Gleichung stellt eine Vereinfachung der Steinhart-Hart-Gleichung dar. Der B-Parameter
selber ist nur in einem kleinen Bereich konstant, z.B. zwischen 25°C.. 50°C oder 25°C.. 85°C; dieser wird
wie folgt Bezeichnet: B
25/50
bzw. B
. Die Genauigkeit der Gleichung hängt stark von dem B-Parameter ab,
25/85
je größer der Messbereich, desto geringer die Genauigkeit. Wird ein größerer Messbereich benötigt, so ist
die Steinhart-Hart-Gleichung vorzuziehen.
• Weitere..
Eine jeweils typische Kennlinie für die NTC- und PTC-Familien ist in folgender Abbildung gezeigt:
Abb.17: Beispiele für Temperaturabhängige Widerstandswerte
Es gibt also nicht den allgemeinen NTC- oder PTC-Sensor, sondern dies sind Bezeichnungen für SensorFamilien mit einem bestimmten Verhalten.
Für weit verbreitete Sensoren/Kennlinien wie PT100, werden diese Kennlinien bereits fest in die Messgeräte
implementiert. Es ist anwenderseitig zu prüfen, ob ein vorgesehener Sensor vom Messgerät unterstützt wird,
dabei gelten Kriterien wie
• Temperaturbereich: Unterstützt der Sensor den vorgesehenen Temperaturbereich?
• Messbereich: Kann der Sensor-Widerstand im beabsichtigten Temperaturbereich gemessen werden?
• Kennlinie: Kann der gemessene Widerstand entsprechend in Temperatur umgerechnet werden?
(Basispunkt, Steigung/Koeffizienten)
• Geschwindigkeit: Wie oft wird der Widerstand gemessen?
In ganz grundsätzlicher Art kann ein Sensorhersteller die Kennlinie seines Sensors natürlich auch als WerteTabelle veröffentlichen.
Widerstandsmessung
Zur Ermittlung des Widerstands ist es üblich, einen geringen Messstrom I im mA-Bereich (I<5mA)
durch den Sensor fließen zu lassen und die resultierende Spannung zu messen. Dabei sind drei Effekte zu berücksichtigen:
●Der Messstrom kann zu einer Eigenerwärmung des Sensors führen. Dies hat üblicherweise
aber nur geringen Einfluss auf die Messgenauigkeit. Bei Hochpräzisionsmessungen kann dies aber
eine wesentliche Rolle spielen; siehe dazu die Ausführungen im folgenden Abschnitt: „Selbsterwär-
mung von RTD Sensoren“ [}29].
Für Tiefsttemperaturanwendungen sind spezielle Sensoren gebräuchlich.
●Die Zuleitungen zum Sensor sind ebenfalls widerstandsbehaftet und bringen einen (meist) kon-
stanten zusätzlichen Widerstand in die Messung ein. Kompensation kann erfolgen durch
●3- oder 4-Leiter-Anschluss des Sensors,
●manuelle Berücksichtigung des bekannten Leitungswiderstands in der Berechnung oder
●Verwendung eines Sensors mit höherem Nennwiderstand - dann fallen die Zuleitungseffekte
weniger ins Gewicht.
●Isolationsfehler oder Thermospannungen können die Messung beeinflussen.
EL32xx-0xx028 Version: 6.1
Produktübersicht
Zur Einordnung im Folgenden eine Übersicht der NTC/PTC-Eigenschaften verschiedener Sensoren:
NTC und PTC Eigenschaften
NTC PTC
viele Halbleiter viele Metalle
verschiedene Keramiken versch. Keramiken
NTC20, NTC100 etc. Pt100, Pt1000, ..
KTY ..
Ni100, Ni1000, ..
FeT
Sensortausch
Es ist zu beachten, dass eine 1:1 Austauschbarkeit gerade von herstellerspezifizierten Sensoren
nicht immer gewährleistet ist. Ggf. muss der neue Sensor in der Anlage neu eingemessen werden.
Selbsterwärmung von RTD‑Sensoren
Durch den Messstrom kommt es am widerstandsbehafteten Sensor zwangsläufig und gewollt zu einem
Spannungsabfall. Es entsteht eine Verlustleistung an dem Sensor, die ihn selbst erwärmt und somit die
Messung verfälscht. Das Abfließen der Wärme an die Umgebung über die Luft, dem Gehäuse, so wie dem
zu messenden Objekt über Oberflächenkontaktierung (z.B. mittels Klebeschicht), kann ein komplexer
Prozess sein. Es ist ratsam, überschlägig zu prüfen, ob die Selbsterwärmung in einen für die angestrebte
Messgenauigkeit relevanten Bereich kommt. Je nach Sensor kann dies bei Zielgenauigkeiten von unter
100mK der Fall sein.
Im Folgenden werden einige beispielhafte Werte zur Veranschaulichung des Effekts verwendet, die Methode
ist ggf. auf die konkrete Anwendung zu übertragen.
Zum Sensor:
• Ein Sensor kann einen self‑heating Koeffizient von z.B. 0,5mK/µW ausgewiesen haben, je nach
Umgebung.
• Über den Messstrom und die abfallende Spannung am Widerstandselement kann die Verlustleistung
und die Selbsterwärmung berechnet werden. Achtung: Dies ist ein nichtlinearer Vorgang!
Zur Beckhoff Klemme/Modul:
• Das Beckhoff Messgerät schickt einen Messstrom durch den RTD‑Sensor.
• Eine mögliche, z.B. in EL32xx/ELM370x realisierte Messmethode kann die Vergleichsmessung mit
einem bekannten Referenzwiderstand sein, hier für die folgenden Überlegungen vereinfacht im
2‑Leiter‑Anschluss dargestellt:
Abb.18: Vergleichsmessung mit einem bekannten Referenzwiderstand
• U
supply
, R
reference
und U
seien bekannt, dann kann R
meas
und damit die Temperatur T vom Modul in der
sense
Firmware berechnet werden.
EL32xx-0xx0 29Version: 6.1
Produktübersicht
• Anhand der in der Gerätedokumentation gegebenen Werte kann die Auswirkung auf den R/RTD
Sensor berechnet werden.
Im Folgenden ein Beispiel in Zahlen:
• Es soll untersucht werden, mit welchem Sensor in welchem Messbereich der ELM3704 bei einer
Zieltemperatur T die geringste Wärme am Sensor entsteht.
• Es wird ein Sensor PT100 oder PT1000 verwendet und von 0‑100°C gemessen, der
Widerstandbereich wäre somit im Bereich 100..138Ω bzw. 1000…1385Ω.
Abb.19: Darstellung Widerstandwerte bei gemessener Temperatur; PT100, PT1000 Sensor
• Die ELM3704 hat die Eigenschaften (hier nur Richtwerte, gültig sind die in der ELM370x
Dokumentation gegebenen Werte)
◦ Messbereich 5Ω, R
◦ Messbereich 2Ω, R
◦ Messbereich 500Ω, R
◦ Messbereich 200Ω, R
◦ Messbereich 50Ω, R
• R
reference
und R
sense
liegen in Reihe, dann lässt sich der Messstrom und damit die Leistung am Sensor in
Reference
Reference
Reference
Reference
Reference
= 5kΩ, U
= 5kΩ, U
= 5kΩ, U
= 5kΩ, U
= 5kΩ, U
Supply
Supply
Supply
= 2,5V
= 2,5V
= 4,5V
Supply
= 4,5V
Supply
= 4,5V
Abhängigkeit von R bzw. T in den möglichen fünf Messbereichen der ELM3704 einfach berechnen:
EL32xx-0xx030 Version: 6.1
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