NAMUR NE43 und der 4-20 mA-Standard: Das Signal richtig auswerten

Das 4–20 mA-Signal wirkt einfach: vier Milliampere beim Nullwert, zwanzig am Messbereichsende. Entscheidend für eine sichere Auswertung ist jedoch ein oft nicht konfigurierter Punkt: das Alarmverhalten außerhalb dieses Bereichs. NAMUR NE43 beschreibt, wie ein Messumformer bei leichter Bereichsüberschreitung und bei erkanntem Geräteausfall reagieren soll. So kann das Leitsystem zwischen „etwas über dem Messbereichsende“ und „Messumformer defekt“ unterscheiden. Diese Unterscheidung verhindert, dass ein Fehler als Prozesswert interpretiert wird.

Der lebende Nullpunkt und seine diagnostischen Grenzen

Ein lebender Nullpunkt bei 4 mA grenzt einen gültigen unteren Messbereichswert vom Verlust des Schleifenstroms ab. Eine Anzeige von null Strom kann durch Drahtbruch, Versorgungsausfall oder einen anderen Stromkreisfehler entstehen. Ströme knapp unter 4 mA können weiterhin eine gültige Messbereichsunterschreitung darstellen und sind nicht grundsätzlich Hardwarefehler. Interpretieren Sie sie anhand der dokumentierten Schwellen von Messumformer und Eingang.

Die Bereiche nach NAMUR NE43

NAMUR NE43 definiert drei Zonen um den normalen Bereich von 4–20 mA:

Strombereich	Übliche Interpretation nach NE43	Aktion des empfangenden Systems
Bei oder unter 3.6 mA	Fehlersignalisierung nach unten; 0 mA kann auch Versorgungsausfall oder Stromkreisunterbrechung bedeuten	Messwertqualität als ungültig kennzeichnen und dokumentierte Fehlerreaktion ausführen
Über 3.6 und unter 3.8 mA	Trennbereich zwischen Fehler und Messung	Dokumentierte Schwellen und Hysterese verwenden; nicht standardmäßig als gültigen niedrigen Prozesswert behandeln
3.8 bis unter 4.0 mA	Erweiterter Messbereich oder unterer Sättigungsbereich	Bereichsunterschreitung getrennt vom Fehlerstatus anzeigen
4.0 bis 20.0 mA	Nomineller konfigurierter Messbereich	In die zugeordnete Messgröße und Einheit umrechnen
Über 20.0 bis 20.5 mA	Erweiterter Messbereich oder oberer Sättigungsbereich	Bereichsüberschreitung getrennt vom Fehlerstatus anzeigen
Über 20.5 und unter 21.0 mA	Trennbereich	Dokumentierte Eingangsverarbeitung anwenden
Bei oder über 21.0 mA	Fehlersignalisierung nach oben	Messwertqualität als ungültig kennzeichnen; nicht als gültigen hohen Füllstand interpretieren

Prüfen Sie die genauen Messumformereinstellungen, Eingangsschwellen, Toleranzen und Hysterese. Üblich ist die Abgrenzung eines Messbereichs einschließlich Sättigung innerhalb von 3.8–20.5 mA gegenüber der Fehlersignalisierung bei oder unter 3.6 mA beziehungsweise bei oder über 21 mA. Ein hoher Strom weist nicht eindeutig auf einen Kabelkurzschluss hin. Prüfen Sie Stromkreis und Gerätestatus.

MV-RD13 Radar-Füllstandmessgerät mit erweitertem Messbereich bei 80 GHz

Sättigung und Fehlersignal unterscheiden

Überschreitet der Prozess den Messbereich geringfügig, geht der Messumformer in Sättigung: Er begrenzt den Strom auf einen Wert knapp außerhalb von 4 oder 20 mA, beispielsweise 3.9 oder 20.3 mA, meldet aber weiterhin einen Wert. Erkennt er einen eigenen Fehler, stellt er einen Fehlerstrom ein, beispielsweise 3.6 mA oder 21 mA, den das Leitsystem entsprechend seiner Konfiguration als Alarm auswertet.

Ein Signal von 21 mA kann einen konfigurierten Gerätefehler statt eines überlaufenden Tanks anzeigen. Legen Sie einen hohen oder niedrigen Fehlerstrom anhand der Anwendungsanforderungen, gegebenenfalls des Sicherheitshandbuchs und der empfangenden Logik fest. Keine Richtung ist grundsätzlich sicherer. Ein unerkannter Fehler kann weiterhin einen plausiblen Strom liefern; NE43 deckt daher nicht sämtliche Fehler ab.

MV-RD11 Leichtes Radar-Füllstandmessgerät bei 80 GHz

Das Signal im DCS richtig auswerten

NE43 bringt nur dann einen Nutzen, wenn das Leitsystem entsprechend konfiguriert ist. Drei Einstellungen sind entscheidend:

Messbereich in physikalischen Einheiten: Die Punkte bei 4 mA und 20 mA müssen dem richtigen Nullpunkt und der richtigen Spanne in den richtigen Einheiten zugeordnet sein.

Diagnoseschwellen: Konfigurieren Sie die Erkennung ungültiger Messwerte außerhalb des dokumentierten Messbereichs unter Berücksichtigung von Toleranzen und Hysterese. Hohe und Hoch-Hoch-Prozessalarme sind separate Schaltpunkte in physikalischen Einheiten. Auch gültige Bereichsunterschreitungen oder -überschreitungen können einen Betriebsalarm erfordern.

Fehlerrichtung: Prüfen Sie, ob der Messumformer im Fehlerfall einen hohen oder niedrigen Strom ausgibt, und stimmen Sie die Abschaltlogik darauf ab. Das ist eine Sicherheitsentscheidung, keine reine Darstellungsfrage.

Fragen aus der Instandhaltung

F1. Werden 4-20 mA noch verwendet?

Sie bleiben eine weit verbreitete Prozessschnittstelle. HART kann eine kompatible Stromschleife um digitale Kommunikation erweitern. Andere digitale Busse nutzen eigene physikalische Übertragungsschichten; sie werden nicht alle einem 4–20 mA-Leiterpaar überlagert.

F2. Was bedeutet ein Messwert von 3.8 mA?

Er liegt üblicherweise am unteren Ende des erweiterten Mess- oder Sättigungsbereichs. Prüfen Sie Gerätestatus, Konfiguration und Eingangstoleranz, bevor Sie seine Qualität bewerten. Ein konfigurierter niedriger Fehlerstrom liegt normalerweise bei oder unter 3.6 mA. Ob die Schwelle selbst eingeschlossen ist, ist entscheidend.

F3. Warum geben manche Messumformer bei Fehlern 21 mA statt 3.6 mA aus?

Die gewählte Fehlerrichtung hängt von Anwendung, Gerätegrenzen und Sicherheitsanforderungen ab. Konfigurieren Sie den Empfänger so, dass er beide erforderlichen Fehlerzustände erkennt. Ein niedriger Fehlerstrom ist nicht grundsätzlich die bevorzugte Sicherheitseinstellung.

F4. Stelle ich meinen DCS-Alarm auf 20 mA ein?

Unterscheiden Sie Prozessalarm und Diagnosealarm. Ein Hoch-Hoch-Prozessgrenzwert kann unter dem Messbereichsende liegen und benötigt einen eigenen Schaltpunkt. Fehlerstromschwellen kennzeichnen ungültige Messungen; sie dürfen Prozessalarm oder Abschaltlogik nicht ersetzen.

Weiterführende technische Leitfäden

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Technische Quellen

Beispiel dokumentierter NE43-Stromgrenzen

NAMUR NE43 und der 4-20 mA-Standard: Das Signal richtig auswerten