800m Stromschleife 4-20mA

Der chaotische Hauptfaden

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Trennerzieher
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800m Stromschleife 4-20mA

Beitrag von Trennerzieher » So 30. Aug 2020, 08:49

Hallo zusammen

Bei unserem Wasserwerk gibt es ein 800m langes Cat7 Netzwekkabel zum Wasserturm.
Dort oben gibt es nur einen einzigen Füllstandsensor mit 4-20mA Analogausgang und sonst nichts.
Die Steuerung der Gesamtanlage besteht aus 4 Honeywell SPS die über BACnet miteinander quatschen.
Eine davon ist im Turm und fragt nur diesen einen Sensor ab.
Anscheinend sind auch 800m für BACnet das absolute Maximum, was machbar ist.
Es funktionert leider auch nur zu 99% zuverlässig.

Meine Überlegung ist nun die SPS im Wasserturm ganz zu entfernen und den Analogwert über das Kabel zu schicken
und es dann auf die SPS im Wasserwerk zu geben.
Der Programmierer sagt das wäre einfach machbar.

Da das Ganze zwischen zwei weit entfernten Gebäuden mit unterschiedlichen Stromversorgungen liegt,
muss ich mit Potentialverschleppung und Überspannung rechnen.
Deshalb will ich an beiden Enden vom Kabel einen Trennverstärker mit der örtlichen Stromversorgung einbauen.
Dieser müsste dann auch den Spannungsabfall am Kabel und am nächsten Verstärkereingang ausregeln können.
Ich schätzte beides zusammen auf ca. 200 ohm.

Wenn das funktioniert, ist es doch viel weniger anfällig als eine Datenkommunikation.
Was meint Ihr? ist das machbar?

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Zummmsel
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Re: 800m Stromschleife 4-20mA

Beitrag von Zummmsel » So 30. Aug 2020, 09:14

Warum keine Glasfaser ?
Elektrische Trennung und die Entfernung spielt kaum noch eine Rolle.

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Fritzler
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Re: 800m Stromschleife 4-20mA

Beitrag von Fritzler » So 30. Aug 2020, 09:23

800m Stromschleife, das ist aber auch schon ne Hausnummer.

Ist denn der Sensor von der Stromschleife gespeist?
Wenn dann der Sensor noch galvanisch getrennt montiert ist oder Plastegehäuse hat, dann ist schonmal die Potentialdifferenz egal.

Wenn das Cat7 nur diese Stromschleife beinhaltet, dann nimm jeweils 4 Adern -> 50R.
Bei 200R brauchste min 48V um auch noch den Fehlerstrom von 24mA erreichen zu können und dann gibts auchnoch den Innenwiderstand der Quelle und den Strommesshunt der Senke.
Alleine der Shunt der Senke kann schonmal locker 40-50R sein!
Normal sind übrigens 24V Einspeisung in eine Stromschleife.

Was man da noch machen könnte wäre Optokoppler UART.
Der Turm schickt mit 9600baud den Füllstand.

Eine Durchflussmessung braucht ihr nicht?

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unlock
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Re: 800m Stromschleife 4-20mA

Beitrag von unlock » So 30. Aug 2020, 09:30

Hallo,

aufgrund der Leitungsimpendanz wird hier die Spannung der Stromquelle nicht ausreichen um 20mA fließen zu lassen.
Hast Du mal versucht den Querschnitt durch parallelschalten(auf Paarung achten) von Adern zu erhöhen?

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Re: 800m Stromschleife 4-20mA

Beitrag von Chemnitzsurfer » So 30. Aug 2020, 10:02

Wie schon geschrieben, wird das mit einer DA nichts.
Bei unseren DDCs und SPS die wir auf Arbeit verbauen läuft BAC Net übers Ethernet, da gibt es dann von den üblichen Verdächtigen 100 Mbit Switche für die Hutschiene, die dann einen oder mehrere LWL Ausgänge haben (z.B. Weidmüller IE-SW-BL05-4TX-1SC ) . Gerade wenn die ISPs über ein weiträumiges Areal verteilt sind und teilweise im Außenbereich liegen bietet sich die Lösung an. Die LWLs kannst du dir fertig gespleißt mit Einziehstrumpf im Großhandel in der benötigten Länge bestellen.

BernhardS
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Re: 800m Stromschleife 4-20mA

Beitrag von BernhardS » So 30. Aug 2020, 11:14

Locker machbar.
Früher wurden Stromschleifen mit über 100V Leerlaufspannung bespeist, der Arbeitswiderstand war 500 Ohm. Da konnte das Signal auch in die nächste Kreisstadt geschickt werden. O.K. alte Zeiten.

Es liegen beispielsweise so um die 50 Ohm Leitungswiderstand vor. Angenommen man bleibt bei 500 Ohm, dann reichtes doch aus, wenn der Leitungstreiber mehr als 22V kann. Wo wäre das Problem?
Und man kann ja immer mit dem Arbeitswiderstand auf 50 Ohm runter.

Wenn das dann mal verschaltet ist, dann erstmal messen. Ich hab schon Ströme in störender Größe in Stromschleifen mit einfachen Signalkabeln erlebt. Woher ? - Hmmm.... Bei Netzwerkkabeln ist das vielleicht besser.
Ein Trennverstärker sollte reichen. Ach.... und die Schirmung vom Kabel nur an einem Ende erden.

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Harley
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Re: 800m Stromschleife 4-20mA

Beitrag von Harley » So 30. Aug 2020, 11:16

Wie oft brauchst Du denn den Messwert?
LoRa Gateway installieren und Du kannst locker bis 10km überbrücken...

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Trennerzieher
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Re: 800m Stromschleife 4-20mA

Beitrag von Trennerzieher » So 30. Aug 2020, 11:28

Ok vielen dank erstmal
Es gibt weitere Infos:
Zummmsel hat geschrieben:
So 30. Aug 2020, 09:14
Warum keine Glasfaser ?
Weil Kupfer schon verlegt ist. Es darf doch nicht so schwer sein einen simplen Messwert 800m weiter zu schieben...
Fritzler hat geschrieben:
So 30. Aug 2020, 09:23
Eine Durchflussmessung braucht ihr nicht?
Nein.
Fritzler hat geschrieben:
So 30. Aug 2020, 09:23
Ist denn der Sensor von der Stromschleife gespeist?
Wenn dann der Sensor noch galvanisch getrennt montiert ist oder Plastegehäuse hat, dann ist schonmal die Potentialdifferenz egal.
Der Sensor besteht aus einer Druckdose in einem Plastikgehäuse im Trockenen. Von da geht ein Festoschlauch bis zum Tankboden.
Im Schaltschrank ist die Auswerteeinheit mit Display und eingebautem 220V Netzteil und dem Stromschleifenausgang. (Speisung der Schleife)
Da steckt bestimmt ein Schaltnetzteil mit zweifelhafter Isolation drin. Eine Trennstufe mehr schadet sicher nicht.
unlock hat geschrieben:
So 30. Aug 2020, 09:30
aufgrund der Leitungsimpendanz wird hier die Spannung der Stromquelle nicht ausreichen um 20mA fließen zu lassen.
Hast Du mal versucht den Querschnitt durch parallelschalten(auf Paarung achten) von Adern zu erhöhen?
Ich dachte immer durch paralelschalten von Adern oder Aderpaaren in verdrillten Kabeln mit einzelschirmung geht die Störfestigkeit verloren.
Fritzler hat geschrieben:
So 30. Aug 2020, 09:23
Bei 200R brauchste min 48V um auch noch den Fehlerstrom von 24mA erreichen zu können und dann gibts auchnoch den Innenwiderstand der Quelle und den Strommesshunt der Senke.
Alleine der Shunt der Senke kann schonmal locker 40-50R sein!
Normal sind übrigens 24V Einspeisung in eine Stromschleife.
Fritzler hat geschrieben:
So 30. Aug 2020, 09:23
Wieso?
Sagen wir mal 150 Ohm Kabel und 50 Ohm Verstärkereingang.
Das sind bei 20mA gerade mal 4V
Wenn ich in das Datenblatt eines typischen Trennverstäkers schaue, kommt der mit einem Ausgangswiderstand von max. 600 Ohm zurecht.
Das wären dann 12V Spannungsabfall bei 20mA.
Der Verstäkrer selbst hat eine 24V Speisung und 50 Ohm Eingangswiderstand.

Das sollte rein elektrisch also im grünen Bereich sein.
Die Frage ist nun ob da noch andere störende Effekte auftreten können?
Dateianhänge
bedienungsanleitung-2140406-strom-trennverstaerker-sineax-tv-804-camille-bauer-162868-1-st.pdf
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Re: 800m Stromschleife 4-20mA

Beitrag von Trennerzieher » So 30. Aug 2020, 11:35

BernhardS hat geschrieben:
So 30. Aug 2020, 11:14
Locker machbar.
Früher wurden Stromschleifen mit über 100V Leerlaufspannung bespeist, der Arbeitswiderstand war 500 Ohm. Da konnte das Signal auch in die nächste Kreisstadt geschickt werden. O.K. alte Zeiten.

Es liegen beispielsweise so um die 50 Ohm Leitungswiderstand vor. Angenommen man bleibt bei 500 Ohm, dann reichtes doch aus, wenn der Leitungstreiber mehr als 22V kann. Wo wäre das Problem?
Und man kann ja immer mit dem Arbeitswiderstand auf 50 Ohm runter.

Wenn das dann mal verschaltet ist, dann erstmal messen. Ich hab schon Ströme in störender Größe in Stromschleifen mit einfachen Signalkabeln erlebt. Woher ? - Hmmm.... Bei Netzwerkkabeln ist das vielleicht besser.
Ein Trennverstärker sollte reichen. Ach.... und die Schirmung vom Kabel nur an einem Ende erden.
So ähnlich habe ich mir das auch vorgestellt.
Wenn die beiden Verstärker drin sind werde ich ein paar Stromtests auf der Strecke machen um zu sehen ob es störungsfrei ist.
Umklemmen und Programmieren muss dann schnell gehen damit es keinen Ausfall gibt.

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Re: 800m Stromschleife 4-20mA

Beitrag von Fritzler » So 30. Aug 2020, 11:37

Trennerzieher hat geschrieben:
So 30. Aug 2020, 11:28
Wieso?
Sagen wir mal 150 Ohm Kabel und 50 Ohm Verstärkereingang.
Das sind bei 20mA gerade mal 4V
Weil ich geschielt habe!
Sind ja 120mA möglich statt 12mA :oops:
Damit ist das zumindest schonmal kein Problem.
Trennerzieher hat geschrieben:
So 30. Aug 2020, 11:28
Da steckt bestimmt ein Schaltnetzteil mit zweifelhafter Isolation drin. Eine Trennstufe mehr schadet sicher nicht.
Die Betriebsanleitung besagt nicht welche Offsetspannung der Stromausgang überlebt?
Ich arbeite ja inner Firma für Industriemesstechnik und unsere Geräte sind recht modular aufgebaut.
Da kann der Kunde eine galvanisch getrennte Stromschleife bestellen bis 2kV iso.

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m3rt0n
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Re: 800m Stromschleife 4-20mA

Beitrag von m3rt0n » So 30. Aug 2020, 11:58

das cat7 bestimmungsgemäß verwenden ist keine option? gibt doch messwertwandler auf profinet oder ethernet. müsste man dann halt irgendwie in die sps bekommen.
zur not zwei wago oder beckhoff profinet köpfe und dann eine analog in und eine analog out karte. oder zwei siemens logo oder crouzet, die können auch profinet und zumindest bei der crouzet ist die drag'n'drop programmiersoftware kostenlos.

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ferdimh
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Re: 800m Stromschleife 4-20mA

Beitrag von ferdimh » So 30. Aug 2020, 12:04

Ethernet und 800m beißen sich etwas ;-)
Schon versuche mit 240 Metern sind bitter gescheitert.

Ich halte die Stromschleifenidee da für garnicht so verkehrt. Ein Leitungspaar Cat7 hat ungefähr 13 Ohm Schleifenwiderstand auf 100m. Dann sind 800m gerade mal 100 Ohm, da gehen bei 20mA gerade mal 2V verloren. Das sollte locker hinhauen, insbesondere wenn der Strom nicht auch noch zur Speisung des Sensors benötigt wird.

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m3rt0n
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Re: 800m Stromschleife 4-20mA

Beitrag von m3rt0n » So 30. Aug 2020, 12:30

achso ja.

na dann vdsl!

allnet hat da was. 1000m mit 100mbit auf zweidraht. sollte doch gehen?

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Trennerzieher
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Re: 800m Stromschleife 4-20mA

Beitrag von Trennerzieher » So 30. Aug 2020, 15:08

Die Betriebsanleitung besagt nicht welche Offsetspannung der Stromausgang überlebt?
Ich arbeite ja inner Firma für Industriemesstechnik und unsere Geräte sind recht modular aufgebaut.
Da kann der Kunde eine galvanisch getrennte Stromschleife bestellen bis 2kV iso.

Im Normalbetrieb sollte das reichen, aber wenn da eine ernsthafte Überspannung reinkommt
zB wenn der Blitzableiter getroffen wird und ein Steuerkabel überbrückt so große Distanzen...

Wenn dann nur die Trennverstärker kaputt sind und die restliche Steuertechnik überlebt hat, wäre das eine feine Sache.
Vielleicht sollte ich da noch an beide Enden noch zwei Gasableiter oder Zenerdioden gegen Erde schalten.

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Bastelbruder
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Re: 800m Stromschleife 4-20mA

Beitrag von Bastelbruder » So 30. Aug 2020, 15:40

Trennerzieher hat geschrieben:
So 30. Aug 2020, 15:08
Vielleicht sollte ich da noch an beide Enden noch zwei Gasableiter oder Zenerdioden gegen Erde schalten.
Genau das auf keinen Fall!
Wenn der Sensor wie beschrieben anständig von der Erde isoliert ist, sollte das auch so bleiben. Da macht es nichts wenn das Ende des Wasserschlauchs in der Gegend umherstrabelt (zappelt), Hauptsache es schlägt nirgends an.

Die Seite mit der SPS muß natürlich irgendwie geerdet sein (VDE), und zwar auf der Seite der Steuerung wo die Blitzfänger ins Freie laufen und nicht am Netzstecker daß der ganze Blitzstrom durch die Steuerung durch muß.

Nicht schaden könnten zwei Schutzdioden parallel zum Sensor und zum Eingang an der SPS, um unsymmetrische Fehlerspannungen von der Elektronik fernzuhalten.
Die an keine Stromkreise angeschlossene Abschirmung des CAT7-Kabels ist natürlich vorschriftsgemäß mit dem Potenzialausgleich der SPS zu verbinden. Keine zusätzliche Erde, auch wenn ich mir am Sensorende einen Zementwiderstand 220 Ohm 17 Watt zum dortigen Potenzialausgleich vorstellen könnte. Der wirkt als Dämpfer gegen die irgendwo in den Kreis eingebrachte Impulsenergie und dann wird das Schlauchende nicht so wild. Aber das ist meine persönliche Meinung, die mit derjenigen der Blitzschutz-und Rechtsexperten nicht übereinstimmen muß.

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Re: 800m Stromschleife 4-20mA

Beitrag von Jannyboy » So 30. Aug 2020, 15:48

m3rt0n hat geschrieben:
So 30. Aug 2020, 12:30
achso ja.

na dann vdsl!

allnet hat da was. 1000m mit 100mbit auf zweidraht. sollte doch gehen?
Ich habe das große managment Slave Modem von denen. Also 50Mbit auf über 1200m gehen ohne Probleme und stabil drüber. Telekom hat damals die Leitung auf eigene Verantwortung geschaltet.

Grüße Jan

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Re: 800m Stromschleife 4-20mA

Beitrag von sysconsol » So 30. Aug 2020, 15:57

Wie muss ich das mit der Telekom verstehen?

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Re: 800m Stromschleife 4-20mA

Beitrag von Bastelbruder » So 30. Aug 2020, 16:05

Der Allnet-Surge-Arrester funktioniert aber bloß wenn man dazu auch eine Versicherung abschließt. Oder eher umgekehrt? 8-)

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Re: 800m Stromschleife 4-20mA

Beitrag von Jannyboy » So 30. Aug 2020, 17:49

sysconsol hat geschrieben:
So 30. Aug 2020, 15:57
Wie muss ich das mit der Telekom verstehen?
Das waren die Anfänge von VDSL.
Ich war damals 1350m (Kabellänge) vom nächsten DSLAM weg.
Geschaltet haben sie damals nur bis knapp 1000m, weil die Speedport der 1. Generation mehr nicht konnten. Ich habe mir dann ein Allnet ALL126AS2 Slave-Modem besorgt.
Und darauf bestanden, dass die die Leitung trotzdem schalten, mit der Bedingung das die Telekom keine Haftung und Garantie für die Funktion übernimmt.

Die Leitung lief über 3 Jahre ohne große Störungen. Dann bin ich umgezogen.

Grüße Jan

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Re: 800m Stromschleife 4-20mA

Beitrag von Till » Mo 31. Aug 2020, 21:46

Phoenix hat da auch Modems für genau den Einsatzzweck im Programm, lt Entwickler kommen sie sogar sehr oft in Wasserwerken usw. Zum Einsatz.

Wenn's aber tatsächlich nur um den einen Sensor geht würde ich aber auf jeden Fall bei der Stromschleife bleiben, einfacher und störsicherer geht es kaum.

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Re: 800m Stromschleife 4-20mA

Beitrag von Rial » Mo 31. Aug 2020, 23:51

Ich werfe einfach mal RS-485 in den Raum...
https://de.wikipedia.org/wiki/EIA-485

Ohne den Fred jetzt komplett gelesen zu haben.

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- bis zu 1200m

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Re: 800m Stromschleife 4-20mA

Beitrag von RickY » Di 1. Sep 2020, 07:49

KNX könnte da auch noch passen. Da gibts auch Stromschleifeneingänge für, und Steuerungsseitig dann ein Gateway oder einen 0-10V Ausgang.

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