PLC input - 4-20mA signaal emuleren

EricP

mét CE

Gegeven een bestaande PLC met wat 4-20mA ingangen. Dat werkt. De PLC is gelocked. De leverancier wil er niks meer mee te maken hebben (iets met een financieel verschil van inzicht uit het verleden). Dit is (in de context van dit topic) dus een black-box, waaraan niet zomaar wat veranderd kan worden.

Aan die inputs hangen druk sensoren. Echter, die gaan botweg stuk na verloop van tijd en ze zijn onbetrouwbaar. En duur.
Feitelijk is alleen een 'alarm' (zeg >18mA) echt van belang. De boel is omgebouwd naar wasmachine schakelaars (niveau schakelaars, pressostaten, geeft het beest een naam). Die staan met 1,2kΩ in serie met de PLC input. Zo gaat er (met de 24V die er op de ingang staat) net een mooie 20mA lopen. Goed genoeg voor een 'max' indicatie. Dat werkt prima naar wens en heeft inmiddels z'n betrouwbaarheid bewezen.

Nu hebben die pressostaten ook nog een contact wat wat eerder op komt. Dat zou een 'half vol' indicatie kunnen zijn.

Echter, de lompe oplossing met een weerstandje staat me niet zo aan - niet het idee achter current loop.

Waar ik naar op zoek ben, is een simpele schakeling die zich als negatieve stroombron (dus feitelijk als sensor) gedraagt, gewoon uit de current loop gevoed kan worden en dan bij voorkeur ook nog instelbaar is. En dan ook nog zo dat ik er 3 niveau's op kan zetten. Ja, een hoop eisen...

Op het net is wel wat te vinden, maar allemaal of halve ontwerpen van twijfelachtige kwaliteit of testtools om de PLC / software te testen.

Nou kan ik natuurlijk prima zelf wat gaan verzinnen, maar onder het motto 'beter goed gejat dan slecht zelf verzonnen'... Vraag ik hier eens of iemand wellicht iets redelijk hapklaars op het web heeft gezien.

Om misverstanden te voorkomen: niks 'gecertificeerds'1 of 'high risk' ofzo. Commerciële oplossing is prima. Betrouwbare hobby-bob oplossing ook. Het moet vooral werken en dat ook blijven doen (die weerstand komt een eind in de buurt :) ).
Overigens zou het antwoord ook prima kunnen zijn 'neem een stel weerstanden, spanning is stabiel genoeg' - maar daarvoor ben ik onvoldoende thuis in deze materie.

1 Betekenis ‘gecertificeerd’:
certificeren (certificeerde, heeft of is gecertificeerd)
1. (personen) doorgaans onkundig, incapabel, persoon in het bezit van een al dan niet uit naam van de overheid door een certificerende instantie verstrekt stuk papier met stempels (certificaat) waarop verklaard wordt dat de betreffende persoon juist capabel of deskundig zou moeten zijn.
2. (apparatuur) doorgaans onhandig, onbetrouwbaar of incorrect functionerend apparaat, begeleid door een al dan niet uit naam van de overheid door een certificerende instantie afgegeven stuk papier met stempels (certificaat) waarop verklaard wordt dat het betreffende apparaat aan alle eisen die daaraan gesteld worden door bepaalde regelgeving voldoet.

Ha EricP,

Even snel gelezen want ik weet van PLC heel weinig ik vindt het lompe techniek 8)7 maar dat zal een vooroordeel zijn eind jaren 70 met Siemens in de clinch gelegen.
Nu jouw BLACK BOX kan die dat wel uitlezen als je een voor alarm genereert (zo noem ik het dan maar).
Wat je nodig heb is een voeding in het 2e kwadrant dus dat is niet al te moeilijk :) eerst maar even van je horen of het tot zover heb begrepen.

Maar waarom reageer ik dan wel..... nou je voetnoot die is wel heel sterk :P>:)

Groet henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Eigenlijk wil je dus een twee-draads sensor. Gevoed uit zijn eigen draadje.
Zou je simpel kunnen maken met een torretje (of fetje) als stroombron waarbij je de emitter (of source) weerstand vast insteld met twee of meer weerstanden. Je kunt twee diodes gebruiken als "referentie" voor de basis (of een kleine zener van 3V3 als je een fet gebruikt).

Over die weerstanden zet je de contacten om de juiste stromen te verkrijgen.

Henri's Law 1: De wet van behoud van ellende. Law 2: Ellende komt nooit alleen.
GJ_

Moderator

Op 9 juli 2018 16:15:11 schreef electron920:...ik vindt het lompe techniek...

ja, dat is toch goed? Solide en betrouwbaar. Precies wat je wil in een industriële installatie.

Op 9 juli 2018 14:49:05 schreef EricP:...De PLC is gelocked....

Is het niet wat om gewoon een andere PLC te monteren? De energie die je nu moet steken in extra engineering zou je als het geen al te spannende installatie is best een keer terugverdienen.
Of zorgen voor betere sensoren. Het is namelijk helemaal niet normaal die die stuk gaan.

Daar zit een addertje in het gras.

Het probleem is dat de sensor de spanning zal verhogen tot hij de gepaste stroom kan leveren.
Dwz dat alles wat 'in' de loop zit geëlimineerd zal worden door de current loop van de sensor.

Wat je nu doet met de weerstand kun je niet meer doen op lagere stroom want daar zal de sensor zich aan aanpassen.

edit: wat je wel kan doen is de ene current loop sturen met de andere, dus 4-20mA in is 4-??mA uit.

LDmicro user.

Op 9 juli 2018 16:59:30 schreef MGP:
Daar zit een addertje in het gras.

Het probleem is dat de sensor de spanning zal verhogen tot hij de gepaste stroom kan leveren.
Dwz dat alles wat 'in' de loop zit geëlimineerd zal worden door de current loop van de sensor.

Nee, de sensor is passief.Althans in dit geval. Niks addertjes dus.
De sensor levert een constante stroom aan de PLC ingang. De sensor werkt op het spanningsverschil en de stroom die er loopt (4mA ofmeer).
De PLC ingang is meestal ergens rond 100-250 Ohm en de voeding 24V nominaal. je kunt ergens rond de minimaal 75 mW aan energie gebruiken in je schakeling.

De "lompe" oplossing die jij omschrijft werkt ook: alleen is de stroom niet over het worse-case spanningsbereik stabiel. Waarschijnlijk heb je dat ook niet nodig in dit geval.

Verder ben ik het met GJ_ eens.

Henri's Law 1: De wet van behoud van ellende. Law 2: Ellende komt nooit alleen.

Dat is wat ik zeg, de sensor zal de spanning opdrijven tot de gewenste stroom, iets in de loop plaatsen kan niet omdat je de weerstand verhoogt en de sensor meer dan 250 ohm ziet.

LDmicro user.
EricP

mét CE

Eh... welke sensor MGP? De sensor levert helemaal niks, die sinked alleen. En van die sensor wil ik nou juist af.

@GJ: nee, zo simpel is het niet. Er hangt best veel aan. En uiteraard is dat ongedocumenteerd. Wat, waaraan, waarom. Anders zou het te simpel zijn (laat de discussie over hoe het zou moeten zijn maar achter wege. Leuk allemaal, maar zo is het niet. En daar heb ik het mee te doen).
Andere sensoren: hmz... ook leuk, maar die krengen blijven duur. Kan dat experiment wel weer aan gaan, maar dat pas is reeds verlaten. Het hele niveau-gedoe was geen wens, is ook niet zo belangrijk. 'Vol' wel. Feitelijk had een robuuste vlotter met een digitale ingang gewoon de juiste oplossing kunnen bieden. Helaas, zo is het niet.

@henri: zoiets dus. Heb ik ook al aan zitten denken. Zolang de spanning een soort van constant is, dan zal de stroom door die dioden het ook zijn (en die is bovendien klein). Maar ik vroeg me gewoon af... is er niks 'netters' dan dat? (of misschien denk ik wel weer te moeilijk hoor).
Verder ff wat met dissipatie... 24V bij 20mA (worst-kaas geval) is 0.5W. Dan zit je al snel aan een TO220 tor als je dat 'ongekoeld' wilt verstoken. Of natuurlijk je basis spanning wat hoger leggen, dan doen de weerstanden ook nog mee.

@electron920: precies zo is het. Ik noemde het een negatieve stroombron, voeding 2de kwadrant, komt op hetzelfde neer (geef ook dit beest maar weer een naam). Voeden uit z'n eigen veter.
Die voetnoot: dank voor het compliment. Zelf verzonnen. Hangt hier op A3 aan de muur. Doet het erg goed als er weer eens wat over certificaten ter tafel komt.

EricP

mét CE

Op 9 juli 2018 17:08:39 schreef MGP:
Dat is wat ik zeg, de sensor zal de spanning opdrijven tot de gewenste stroom, iets in de loop plaatsen kan niet omdat je de weerstand verhoogt en de sensor meer dan 250 ohm ziet.

Ho nou... die sensor lever helemaal niks. Die sinked alleen maar!

De sensor levert een constante stroom aan de PLC ingang.

Bijna goed. Alleen levert de sensor niks, maar SINKED!

Op 9 juli 2018 14:49:05 schreef EricP:
Aan die inputs hangen druk sensoren. Echter, die gaan botweg stuk na verloop van tijd en ze zijn onbetrouwbaar. En duur.

Ok, ben op het verkeerde been gezet...

LDmicro user.

Ha EricP,

Wat is er op tegen om 2 shunts te gebruiken dit is simpel.
Maar je heb het over een black box kan je het tweede niveau wel verwerken?

Groet Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.
EricP

mét CE

Ha MGP. Op het andere been hinkelt het duidelijk beter :) hahahaha. Ja, zoiets zat ik ook al aan te denken. Of een TL431 als current-sink, maar daar ga ik nat op dissipatie.

@electron: een 4-20mA ingang is analoog. Dus die kan in principe veel meer verwerken dan 2 levels :). Wat er tegen 2 shunts is... is dat het current loop is. De voeding is dan wel 24V, maar ja, als het eens 22V is, dan moet eea. nog wel blijven 'kloppen' zeg maar. En niet opeens wat anders gaan aangeven. Als je met weerstanden gaat frutten, dan wordt het spannings-afhankelijk heeft meneer Ohm ons ooit geleerd. En dat is nou juist wat je niet wilt.

En nee, het is geen elegante oplossing. Ja, het is de minst on-elegante die voorbij kwam - nadat men er inmiddels al een jaar of 7 mee heeft lopen kl*ten en het uiteindelijk op mijn bordje terecht kwam. De 'noodoplossing' blijkt verrassend goed te voldoen, dus vandaar de insteek: maak het iets (een klein beetje dan) gedetailleerder en verder niet meer over nadenken.

@MGP,

Ja maar dan in het 2e kwadrant dus spanning positief stroom negatief dus sink en geen source.

@EricP,

Duidelijk soms is het niet anders roeien met de bekende riemen ;)
Tja misschien is het simpel om een iets beter voeding te gebruiken ik weet het niet maar hoe meer er in zo'n lus opgenomen wordt hoe meer er fout kan gaan.
Ik vindt de weerstand oplossing zo slecht nog niet.

Groet Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Op 9 juli 2018 17:50:17 schreef electron920:
@MGP,
Ja maar dan in het 2e kwadrant dus spanning positief stroom negatief dus sink en geen source.

Hoe zit die PLC ingang dan in elkaar? is dat niet zoals op de tekening?
Begrijp dan nog echt niet goed wat hij wil!

LDmicro user.
EricP

mét CE

Die voeding... die heb ik niet in de hand. Die komt uit de PLC. En indien normaal gebruikt, dan is het ook helemaal niet kritisch (dat is nou juist de crux... storingen doen misschien wel wat met de spanning, maar niet met de stroom...).

@mgp: nou, zoiets is het wel. Waarbij de 'transmitter' voor zover ik weet DC gekoppeld is (en niet zoals getekend AC) en de meetwaarde omzet in een stroom. Die dus (binnen het redelijke) onafhankelijk is van de aangelegde spanning.
Of het daadwerkelijk een weerstand met op-amp is, dat weet ik niet - dat is ook niet zo interessant. Voor de gebruiker is het een PLC (dus omschrijving van wat je er aan kunt hangen, that's it... Hoe het intern werkt, dat vertelt de fabrikant er niet bij).

Sine

Moderator

Nou, van de systemen waar ik wel eens mee hobby staat er netjes beschreven hoe de ingangen in elkaar zitten. Met het frontend wat verder in detail omdat je daar ook spannende dingen zoals hot pluggable redundante IO mee kunt fabrieken.

Bij die dingen is de meet weerstand 10R.

Maar zoals al aangegeven, als je toch perce moet hobby boppen is het meest simpele is waarschijnlijk een stroombronnetje rond een LM317, een veel meer dan dat ding en een paar weerstanden heb je niet nodig.

Enige nadeel is dat 10mA je minimum stroom is.

Iets spannender is de ook al genoemde opgevoerde TL431, daarmee zou 4mA moeten lukken.

Angaben sind wie immer ohne Gewähr.
GJ_

Moderator

Er staat altijd wat in de manuals over alle ingangen, al was het maar de ingangsimpedantie.

EricP

mét CE

Correct, GJ_. Maar hoe dat gerealiseerd wordt... Dat is aan de maker.

@sine: Aan zoiets zit ik ook te denken. Waarschijnlijk kun je ook wel iets onder de 10mA, maar dan garandeert de maker niet meer alle parameters van z'n chippie. Ja, dat is buiten spec.
Aan de andere kant... de meet-range loopt van 4 t/m 20mA. Da's dus 16mA voor zeg 0-100%. Ofwel 6% per mA. Als je op 10mA zit, dan zit je dus op (10-4) * 6=36%. Zo op het eerste gezicht prima bruikbaar. Het idee was iets als 'half vol', 'driekwart vol' en 'helemaal vol' ofzo. Prima haalbaar op deze manier. En eleganter gaat het waarschijnlijk niet worden zonder aan de PLC te sleutelen / die te vervangen...

GJ_

Moderator

Wat is het merk/type PLC eigenlijk? En wat zit er achter een wachtwoord? Bij bv een S7-300 kun je het programma in z'n geheel achter een wachtwoord zetten maar ook gebruik maken van een KH schutz per bouwsteen. Die laatste zijn er redelijk eenvoudig af te halen. Die eerste kun je vergeten.

Op 9 juli 2018 19:20:56 schreef EricP:

@mgp: nou, zoiets is het wel. Waarbij de 'transmitter' voor zover ik weet DC gekoppeld is (en niet zoals getekend AC) en de meetwaarde omzet in een stroom. Die dus (binnen het redelijke) onafhankelijk is van de aangelegde spanning.
Of het daadwerkelijk een weerstand met op-amp is, dat weet ik niet -

Je neemt alles wel letterlijk als je een principeschema ziet.

Maar ik vraag mij af wat electron920 wilde zeggen of wat jij nu eigenlijk wilt, dat schema met die LM317 doet toch wat je vraagt of niet soms?

LDmicro user.
Sine

Moderator

Eerlijk is eerlijk mgp, die C3 en Rsense zijn zonder context ietwat vreemd.

Angaben sind wie immer ohne Gewähr.

Op 9 juli 2018 21:15:49 schreef Sine:
Eerlijk is eerlijk mgp, die C3 en Rsense zijn zonder context ietwat vreemd.

Je kunt het aanzien als een capacitieve/druk sensor of een ntc, ptc..enz, wat heel waarschijnlijk ook de bedoeling was.
Er zal ook nog wel wat elektronica inzitten om dat te omvormen naar een lineaire stroom..

LDmicro user.

Op 9 juli 2018 17:13:52 schreef EricP:
[...]Ho nou... die sensor lever helemaal niks. Die sinked alleen maar![...]Bijna goed. Alleen levert de sensor niks, maar SINKED!

Het is maar hoe je het in de context plaatst. Puur sec gezien inderdaad niks. Sinken is het ook niet want dan trek je iets naar GND.
In de praktijk zal de sensor de stroom begrenzen omdat die domweg in serie met de ingang staat. Anders zou er zo'n 24/250 => ca 96 mA gaan lopen, dat is net wat teveel van het goede.

De energie van de sensor wordt "ontrokken" uit de dissiepatie die je moet verstoken zoals je zelf ook al zei maximaal: 24V-(250*0.02) * 0.02 = 0,38W (nominaal, worse case is het nog meer). Daarom zit er meestal een power tor (D-PAK of SOT53) in om in worse case gevallen dit weg te kunnen stoken.

Uitgaande van een impedantie van 250 Ohm van de PLC (zou ook 100 Ohm kunnen zijn).

Als je een IC zoekt: XT101 van Burr-Brown is er een die "parasitair" gevoed kan worden. Zoek het datasheet op en lees eens door, interessant leesvoer.

Op 9 juli 2018 19:20:56 schreef EricP:
Of het daadwerkelijk een weerstand met op-amp is, dat weet ik niet - dat is ook niet zo interessant. Voor de gebruiker is het een PLC (dus omschrijving van wat je er aan kunt hangen, that's it... Hoe het intern werkt, dat vertelt de fabrikant er niet bij).

De PLC inputs van een S7-300 zijn gewoon passief, een precisie weerstands netwerk waar een differentieel signaal uit komt (schakeling ligt niet naar GND, maar een common GND op de inputs). Daar achter zit een analoge differential multiplexer die de verschillende ingangen multiplexed tot 1 uitgang, die weer versterkt wordt en de 10 of 12-bit ADC in gaat. De seriele uitgang daarvan is optisch gekoppeld en aan de bus zijde verdwijnt die in een custom IC.

Henri's Law 1: De wet van behoud van ellende. Law 2: Ellende komt nooit alleen.

Op 9 juli 2018 22:56:56 schreef henri62:
[...] Het is maar hoe je het in de context plaatst. Puur sec gezien inderdaad niks. Sinken is het ook niet want dan trek je iets naar GND.
In de praktijk zal de sensor de stroom begrenzen omdat die domweg in serie met de ingang staat. Anders zou er zo'n 24/250 => ca 96 mA gaan lopen, dat is net wat teveel van het goede.

De energie van de sensor wordt "ontrokken" uit de dissiepatie die je moet verstoken zoals je zelf ook al zei maximaal: 24V-(250*0.02) * 0.02 = 0,38W (nominaal, worse case is het nog meer). Daarom zit er meestal een power tor (D-PAK of SOT53) in om in worse case gevallen dit weg te kunnen stoken.

Uitgaande van een impedantie van 250 Ohm van de PLC (zou ook 100 Ohm kunnen zijn).

Als je een IC zoekt: XT101 van Burr-Brown is er een die "parasitair" gevoed kan worden. Zoek het datasheet op en lees eens door, interessant leesvoer.

[...] De PLC inputs van een S7-300 zijn gewoon passief, een precisie weerstands netwerk waar een differentieel signaal uit komt (schakeling ligt niet naar GND, maar een common GND op de inputs). Daar achter zit een analoge differential multiplexer die de verschillende ingangen multiplexed tot 1 uitgang, die weer versterkt wordt en de 10 of 12-bit ADC in gaat. De seriele uitgang daarvan is optisch gekoppeld en aan de bus zijde verdwijnt die in een custom IC.

PLC input van een 300 zijn niet per definitie passief
Er zijn analoog in kaarten passief (4 draads)
Er zijn analoog in kaarten actief ( 2 draads)
Er zijn analoog in kaarten welke actief of passief 2 / 4 draads kunnen zijn. Deze blokken kebben aan de zijkant een blokje voor de configuratie.