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Industrie Computer und Lösungen für Automatisierung und Kommunikation

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Signal Conditioners Module

Signalnormalisierung - digitale und analoge Umwandlung

In technischen Umgebungen und der Automation muss eine hohe Zahl an unterschiedlichen Messwerten und Steuerbefehlen verarbeitet werden, die häufig eine Zusammenarbeit von analoger mit digitaler Technik oder von unterschiedlichen Pegeln sowie von Gleich- und Wechselspannung erfordert. Der einfachste Lösungsansatz dafür ist der Einsatz von einem in- oder externen Normalisierer, der den Input on-the-fly in Echtzeit bearbeitet und - sofern notwendig - diese auch noch in ein gewünschtes, für die weitere Verwendung geeignetes Signal umwandelt. Bei Bedarf können Daten zugleich noch in das Format von Feldbus oder anderer Kommunikationsstandard eingebettet werden, um sämtliche Informationen lokal zu bündeln und über einen einzigen Datenweg an einen Industrie PC, Embedded Computer oder zentralen Server zu leiten. Dieses Vorgehen macht mittlerweile einen überwiegenden Teil der Einsätze von einem Normalisierer aus, da sich auf dieser Grundlage unkompliziert eine leistungsfähige, schnelle und leicht zu wartende IT-Infrastruktur mit einem minimalen Einsatz von Finanzmitteln und Material aufbauen lässt. Kurze Signalwege und der Verzicht auf getrennte Kabelstränge senken nicht nur die Ausfallwahrscheinlichkeit, sondern auch den Aufwand und die Installationskosten - und zeit.
Die für die Signale verwendeten Normalisierer können sowohl intern wie auch extern des eigentlichen Steuerrechners eingesetzt werden und sind auch mit besonders widerstandsfähigen Chassis für den Einsatz in harschen Umgebungen erhältlich. Intern werden sie häufig als Steckkarten für Erweiterungsslots in PCI Express oder PCI 32 Bit, mitunter auch in dem älteren Format ISA angeboten. Für sehr kompakte industrielle Embedded PC in der Automation existieren außerdem einzelne Lösungen, die auf das kleinere Format Mini PCIe zurückgreifen. Wegen des deutlich geringeren Busses sind der Bandbreite allerdings im Vergleich zu den größeren Slots Grenzen gesetzt, so dass sich diese Expansion Devices vor allem für kleine und lokale Anlagen eignet. Extern können Normalisierer sowohl an speziellen Knotenpunkten wie auch direkt vor Ort eingesetzt werden. Über die Remote I/O können Schnittstellen unmittelbar an ihren Einsatzpunkten konvertiert und normalisiert werden. Dies ist besonders in harschen Umgebungen und solchen mit einem erhöhten bis sehr hohen Sicherheitsstandard wie Reinsträume, Labors oder explosionsgeschützte Anlagen von großem Vorteil. Die Anzahl der Ein- und Ausgänge werden auf ein Minimum zu beschränkt und gleichzeitig eine reaktionsschnelle, zuverlässige und universelle Infrastruktur geschaffen, die analoge und digitale Signale normiert.

Durch externe Normalisierer werden die Kontroll- und Steuerinstanzen der Automation in Form von Industrie PC um zusätzliche Hardware entlastet. Das bietet den zusätzlichen Vorzug, dass die einzelnen Stufen unabhängig voneinander arbeiten und die IT-Infrastruktur physisch von der Erfassung und Weiterverarbeitung abgetrennt wird. Es ist dadurch einfach möglich, gezielt einzelne Teile der Anlage zu modernisieren, für die Wartung außer Betrieb zu nehmen oder defekte Komponenten auszutauschen. Die normalisierten Signale sind zudem wegen ihres Formats und die Verwendung von Checksummen für eine sichere Übermittlung weniger anfällig gegen Störungen und Fehlübertragungen, wie sie beispielsweise in unzureichend abgeschirmten Signalwegen durch die Induktion von Gleich- und Wechselspannung ausgelöst werden können. Aus Sicherheitsgründen sind die einzelnen Ports eines Normalisierers in der Automation gegen Spannungsspitzen isoliert. Auf diese Weise werden selbst Kurzschlüsse und falsch angelegte Stromsignale von der Signalnormalisierung auf einen kleinen Bereich isoliert und können dahinter liegende Hardware und Einrichtungen nicht beschädigen.

Devices und Normalisierer werden häufig lokal installiert oder zentral für eine Station in entsprechenden Schaltschränken zusammengefasst. Eine Montage auf Hutschienen ist deshalb nahezu immer ohne Einschränkung möglich. Für den Außeneinsatz oder widrige Umwelt- und Arbeitskonditionen können einzelne Interfaces in besonders geschützten Enclosures untergebracht werden oder zählen Gehäuse mit IP65 und Schutz gegen Erschütterungen zur Grundausstattung. Eine eigene, separate Stromversorgung über Gleich- und Wechselspannung ist in der Regel notwendig, der Verbrauch aber sehr niedrig und kann auch über Akkus erfolgen. Nur für sehr große Knoten wie beispielsweise Normalisierer im Format 19 Zoll Rackserver ist eine permanente Anbindung notwendig.
Hersteller
Name
Aufbau
Einbaumöglichkeit
Analog Eingang
Anzahl
Spannungseingang
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Stromeingang
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Widerstandsthermometer 
Thermoelement-Eingang
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Strain Gaude Eingang
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Analog Ausgang
Anzahl
Spannungsbereich
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Stromausgang
Betriebsbedingungen
Temperatur
°C
-40
85
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