Kodėl 4-20mA?

Kas yra 4-20 mA?

4-20mA DC (1-5V DC) signalo standartą apibrėžia Tarptautinė elektrotechnikos komisija (IEC) ir jis naudojamas analoginiams signalams proceso valdymo sistemose.

Paprastai prietaisų ir skaitiklių signalo srovė yra nustatyta 4–20 mA, o 4 mA reiškia mažiausią srovę, o 20 mA – didžiausią srovę.

Kodėl yra srovės išvestis?

Pramoninėje aplinkoje naudojant signalo stiprintuvą signalams kondicionuoti ir perduoti dideliais atstumais naudojant įtampos signalus, gali kilti keletas problemų. Pirma, kabeliais perduodami įtampos signalai gali būti jautrūs triukšmo trukdžiams. Antra, paskirstyta perdavimo linijų varža gali sukelti įtampos kritimą. Trečia, signalo stiprintuvo maitinimo tiekimas lauke gali būti sudėtingas.

Siekiant išspręsti šias problemas ir sumažinti triukšmo poveikį, signalams perduoti naudojama srovė, nes ji mažiau jautri triukšmui. 4–20 mA srovės kilpa naudoja 4 mA, kad pavaizduotų nulinį signalą, o 20 mA – viso masto signalui, o mažesni nei 4 mA ir didesni nei 20 mA signalai naudojami įvairiems gedimų signalams.

Kodėl mes naudojame 4-20mA DC (1-5V DC)?

Lauko prietaisai gali įgyvendinti dviejų laidų sistemą, kai maitinimas ir apkrova yra nuosekliai sujungti su bendru tašku, o signalo ryšiui ir maitinimo tiekimui tarp lauko siųstuvo ir valdymo patalpos prietaiso naudojami tik du laidai. Naudojant 4 mA nuolatinės srovės signalą kaip paleidimo srovę, siųstuvui suteikiama statinė darbinė srovė, o elektros nulinio taško nustatymas ties 4 mA DC, kuris nesutampa su mechaniniu nuliniu tašku, leidžia aptikti gedimus, pvz., galios praradimą ir kabelio trūkimus. . Be to, dviejų laidų sistema tinka naudoti apsauginius barjerus, padedančius apsaugoti nuo sprogimo.

Valdymo patalpos prietaisai naudoja įtampos lygiagretų signalų perdavimą, kai tai pačiai valdymo sistemai priklausantys prietaisai turi bendrą gnybtą, todėl patogu tikrinti, reguliuoti, kompiuterių sąsajas ir signalizacijos įrenginius.

Priežastis, kodėl naudojama 4–20 mA nuolatinė srovė signalo ryšiui tarp lauko prietaisų ir valdymo patalpos prietaisų, yra ta, kad atstumas tarp lauko ir valdymo patalpos gali būti didelis, todėl kabelio varža gali būti didesnė. Įtampos signalų perdavimas dideliais atstumais gali sukelti didelių klaidų dėl įtampos kritimo, kurį sukelia kabelio varža ir priimančiojo prietaiso įvesties varža. Nuolatinio srovės šaltinio signalo naudojimas nuotoliniam perdavimui užtikrina, kad srovė kilpoje išliks nepakitusi, nepaisant kabelio ilgio, o tai garantuoja perdavimo tikslumą.

Priežastis, kodėl 1–5 V nuolatinės srovės signalas naudojamas sujungimui tarp valdymo kambario prietaisų, yra palengvinti kelis prietaisus priimti tą patį signalą ir padėti prijungti laidus bei formuoti įvairias sudėtingas valdymo sistemas. Jei srovės šaltinis naudojamas kaip sujungimo signalas, kai keli prietaisai vienu metu gauna tą patį signalą, jų įėjimo varžos turi būti sujungtos nuosekliai. Tai viršytų siunčiančiojo prietaiso apkrovą, o priimančių prietaisų signalo įžeminimo potencialai būtų skirtingi, keltų trikdžius ir būtų išvengta centralizuoto maitinimo.

Naudojant įtampos šaltinio signalą sujungimui, reikia konvertuoti srovės signalą, naudojamą ryšiui su lauko prietaisais, į įtampos signalą. Paprasčiausias būdas yra nuosekliai prijungti standartinį 250 omų rezistorių į srovės perdavimo grandinę, paverčiant 4-20 mA DC į 1-5 V DC. Paprastai šią užduotį atlieka siųstuvas.

Šioje diagramoje naudojamas 250 omų rezistorius 4–20 mA srovės signalui paversti 1–5 V įtampos signalu, o tada naudojamas RC filtras ir diodas, prijungtas prie mikrovaldiklio AD konversijos kaiščio.

„Čia pridedama paprasta grandinės schema, skirta 4–20 mA srovės signalui konvertuoti į įtampos signalą:

Kodėl siųstuvas pasirinktas naudoti 4–20 mA nuolatinės srovės signalą?

1. Pavojingos aplinkos saugos svarstymai: Pavojingoje aplinkoje, ypač sprogimui atsparių prietaisų, saugumui užtikrinti, reikia kuo labiau sumažinti statinį ir dinaminį energijos suvartojimą, reikalingą, kad prietaisas veiktų. Siųstuvai, išleidžiantys standartinį 4–20 mA nuolatinės srovės signalą, paprastai naudoja 24 V nuolatinės srovės maitinimo šaltinį. Nuolatinė įtampa naudojama daugiausia dėl to, kad nereikalauja didelių kondensatorių ir induktorių, o pagrindinis dėmesys skiriamas jungiamųjų laidų tarp siųstuvo ir valdymo patalpos prietaiso paskirstytai talpai ir induktyvumui, kuris yra daug mažesnis nei vandenilio dujų uždegimo srovė.

2. Pirmenybė teikiama srovės šaltinio perdavimui, o ne įtampos šaltiniui: Tais atvejais, kai atstumas tarp lauko ir valdymo patalpos yra didelis, naudojant įtampos šaltinio signalus perdavimui gali atsirasti didelių klaidų dėl įtampos kritimo, kurį sukelia kabelio varža ir įvestis. priimančiojo instrumento atsparumas. Srovės šaltinio signalo naudojimas nuotoliniam perdavimui užtikrina, kad srovė grandinėje išliks pastovi, nepaisant kabelio ilgio, ir taip išlaikomas perdavimo tikslumas.

3. 20 mA kaip didžiausios srovės pasirinkimas: 20 mA didžiausios srovės pasirinkimas pagrįstas saugos, praktiškumo, energijos suvartojimo ir sąnaudų sumetimais. Sprogimui atsparūs instrumentai gali naudoti tik žemą įtampą ir mažą srovę. 4-20 mA srovė ir 24 V nuolatinė srovė yra saugūs naudoti, kai yra degių dujų. 24 V nuolatinės srovės vandenilio dujų uždegimo srovė yra 200 mA, žymiai didesnė nei 20 mA. Be to, atsižvelgiama į tokius veiksnius kaip atstumas tarp gamybos vietos prietaisų, apkrova, energijos suvartojimas, elektroninių komponentų reikalavimai ir maitinimo šaltinio reikalavimai.

4. 4mA kaip paleidimo srovės pasirinkimas: Dauguma siųstuvų, išduodančių 4-20mA, veikia dviejų laidų sistemoje, kur maitinimas ir apkrova yra nuosekliai sujungti su bendru tašku, o signalui perduoti naudojami tik du laidai. ir maitinimas tarp lauko siųstuvo ir valdymo patalpos prietaiso. Norint, kad siųstuvo grandinė veiktų, būtina pasirinkti 4 mA paleidimo srovę. 4 mA paleidimo srovė, nesutampanti su mechaniniu nuliniu tašku, suteikia „aktyvų nulinį tašką“, kuris padeda nustatyti gedimus, pvz., elektros energijos tiekimo praradimą ir kabelio trūkimus.

4-20 mA signalų naudojimas užtikrina minimalius trukdžius, saugumą ir patikimumą, todėl tai yra plačiai naudojamas standartas pramonėje. Tačiau kiti išvesties signalų formatai, tokie kaip 3,33 mV/V, 2mV/V, 0–5 V ir 0–10 V, taip pat naudojami siekiant geriau valdyti jutiklių signalus ir palaikyti įvairias valdymo sistemas.