Γιατί 4-20mA;

Τι είναι 4-20 mA;

Το πρότυπο σήματος 4-20mA DC (1-5V DC) ορίζεται από τη Διεθνή Ηλεκτροτεχνική Επιτροπή (IEC) και χρησιμοποιείται για αναλογικά σήματα σε συστήματα ελέγχου διεργασιών.

Γενικά, το ρεύμα σήματος για όργανα και μετρητές έχει ρυθμιστεί στα 4-20mA, με τα 4mA να αντιπροσωπεύουν το ελάχιστο ρεύμα και τα 20mA να αντιπροσωπεύουν το μέγιστο ρεύμα.

Γιατί είναι η έξοδος ρεύματος;

Σε βιομηχανικές ρυθμίσεις, η χρήση ενός ενισχυτή σήματος για τη ρύθμιση και τη μετάδοση σημάτων σε μεγάλες αποστάσεις χρησιμοποιώντας σήματα τάσης μπορεί να οδηγήσει σε πολλά προβλήματα. Πρώτον, τα σήματα τάσης που μεταδίδονται μέσω καλωδίων μπορεί να είναι ευαίσθητα σε παρεμβολές θορύβου. Δεύτερον, η κατανεμημένη αντίσταση των γραμμών μεταφοράς μπορεί να προκαλέσει πτώσεις τάσης. Τρίτον, η παροχή ισχύος στον ενισχυτή σήματος στο πεδίο μπορεί να είναι δύσκολη.

Για την αντιμετώπιση αυτών των προβλημάτων και την ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων του θορύβου, το ρεύμα χρησιμοποιείται για τη μετάδοση σημάτων επειδή είναι λιγότερο ευαίσθητο στο θόρυβο. Ο βρόχος ρεύματος 4-20mA χρησιμοποιεί 4mA για να αναπαραστήσει μηδενικό σήμα και 20mA για να αναπαραστήσει σήμα πλήρους κλίμακας, με σήματα κάτω από 4mA και πάνω από 20mA που χρησιμοποιούνται για διάφορους συναγερμούς σφάλματος.

Γιατί χρησιμοποιούμε 4-20mA DC (1-5V DC);

Τα όργανα πεδίου μπορούν να εφαρμόσουν ένα σύστημα δύο καλωδίων, όπου η παροχή ρεύματος και το φορτίο συνδέονται σε σειρά με ένα κοινό σημείο και χρησιμοποιούνται μόνο δύο καλώδια για την επικοινωνία σήματος και την τροφοδοσία μεταξύ του πομπού πεδίου και του οργάνου του θαλάμου ελέγχου. Η χρήση ενός σήματος συνεχούς ρεύματος 4 mA ως ρεύμα εκκίνησης παρέχει στατικό ρεύμα λειτουργίας στον πομπό και η ρύθμιση του ηλεκτρικού σημείου μηδέν στα 4 mA DC, που δεν συμπίπτει με το μηχανικό σημείο μηδέν, επιτρέπει την ανίχνευση σφαλμάτων όπως απώλεια ισχύος και θραύση καλωδίου . Επιπλέον, το σύστημα δύο συρμάτων είναι κατάλληλο για χρήση φραγμών ασφαλείας, βοηθώντας στην προστασία από εκρήξεις.

Τα όργανα του θαλάμου ελέγχου χρησιμοποιούν παράλληλη μετάδοση σήματος τάσης, όπου τα όργανα που ανήκουν στο ίδιο σύστημα ελέγχου μοιράζονται ένα κοινό τερματικό, καθιστώντας το βολικό για τη δοκιμή οργάνων, τη ρύθμιση, τις διεπαφές υπολογιστή και τις συσκευές συναγερμού.

Ο λόγος για τη χρήση 4-20 mA DC για επικοινωνία σήματος μεταξύ οργάνων πεδίου και οργάνων του θαλάμου ελέγχου είναι ότι η απόσταση μεταξύ πεδίου και δωματίου ελέγχου μπορεί να είναι σημαντική, οδηγώντας σε υψηλότερη αντίσταση καλωδίου. Η μετάδοση σημάτων τάσης σε μεγάλες αποστάσεις μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικά σφάλματα λόγω της πτώσης τάσης που προκαλείται από την αντίσταση του καλωδίου και την αντίσταση εισόδου του οργάνου λήψης. Η χρήση σήματος πηγής σταθερού ρεύματος για απομακρυσμένη μετάδοση διασφαλίζει ότι το ρεύμα στον βρόχο παραμένει αμετάβλητο ανεξάρτητα από το μήκος του καλωδίου, διασφαλίζοντας την ακρίβεια μετάδοσης.

Ο λόγος για τη χρήση σήματος 1-5V DC για διασύνδεση μεταξύ των οργάνων του θαλάμου ελέγχου είναι η διευκόλυνση πολλών οργάνων που λαμβάνουν το ίδιο σήμα και η βοήθεια στην καλωδίωση και τη διαμόρφωση διαφόρων πολύπλοκων συστημάτων ελέγχου. Εάν χρησιμοποιείται μια πηγή ρεύματος ως σήμα διασύνδεσης, όταν πολλά όργανα λαμβάνουν το ίδιο σήμα ταυτόχρονα, οι αντιστάσεις εισόδου τους πρέπει να συνδέονται σε σειρά. Αυτό θα υπερέβαινε τη χωρητικότητα φορτίου του οργάνου εκπομπής και τα δυναμικά γείωσης σήματος των οργάνων λήψης θα ήταν διαφορετικά, εισάγοντας παρεμβολές και αποτρέποντας την κεντρική παροχή ρεύματος.

Η χρήση σήματος πηγής τάσης για διασύνδεση απαιτεί τη μετατροπή του σήματος ρεύματος που χρησιμοποιείται για την επικοινωνία με όργανα πεδίου σε σήμα τάσης. Η απλούστερη μέθοδος είναι να συνδέσετε μια τυπική αντίσταση 250 ohm σε σειρά στο κύκλωμα μετάδοσης ρεύματος, μετατρέποντας 4-20 mA DC σε 1-5V DC. Συνήθως, αυτή η εργασία ολοκληρώνεται από έναν πομπό.

Αυτό το διάγραμμα χρησιμοποιεί μια αντίσταση 250 ohm για να μετατρέψει το σήμα ρεύματος 4-20 mA σε σήμα τάσης 1-5 V και, στη συνέχεια, χρησιμοποιεί ένα φίλτρο RC και μια δίοδο συνδεδεμένη με τον ακροδέκτη μετατροπής AD του μικροελεγκτή.

"Εδώ επισυνάπτεται ένα απλό διάγραμμα κυκλώματος για τη μετατροπή ενός σήματος ρεύματος 4-20 mA σε σήμα τάσης:

Γιατί ο πομπός επιλέγεται να χρησιμοποιεί σήμα DC 4-20 mA για μετάδοση;

1. Ζητήματα ασφαλείας για επικίνδυνα περιβάλλοντα: Η ασφάλεια σε επικίνδυνα περιβάλλοντα, ιδιαίτερα για αντιεκρηκτικά όργανα, απαιτεί την ελαχιστοποίηση της στατικής και δυναμικής κατανάλωσης ενέργειας που απαιτείται για τη διατήρηση της λειτουργίας του οργάνου. Οι πομποί που εξάγουν τυπικό σήμα DC 4-20 mA χρησιμοποιούν συνήθως τροφοδοτικό 24 V DC. Η χρήση της τάσης συνεχούς ρεύματος οφείλεται κυρίως στο ότι εξαλείφει την ανάγκη για μεγάλους πυκνωτές και επαγωγείς και εστιάζει στην κατανεμημένη χωρητικότητα και επαγωγή των καλωδίων σύνδεσης μεταξύ του πομπού και του οργάνου του δωματίου ελέγχου, η οποία είναι πολύ χαμηλότερη από το ρεύμα ανάφλεξης του αερίου υδρογόνου.

2. Η μετάδοση της πηγής ρεύματος προτιμάται από την πηγή τάσης: Σε περιπτώσεις όπου η απόσταση μεταξύ πεδίου και αίθουσας ελέγχου είναι σημαντική, η χρήση σημάτων πηγής τάσης για μετάδοση μπορεί να προκαλέσει σημαντικά σφάλματα λόγω της πτώσης τάσης που προκαλείται από την αντίσταση του καλωδίου και την είσοδο αντίσταση του οργάνου λήψης. Η χρήση σήματος πηγής ρεύματος για απομακρυσμένη μετάδοση διασφαλίζει ότι το ρεύμα στον βρόχο παραμένει σταθερό, ανεξάρτητα από το μήκος του καλωδίου, διατηρώντας έτσι την ακρίβεια μετάδοσης.

3. Η επιλογή των 20 mA ως μέγιστου ρεύματος: Η επιλογή ενός μέγιστου ρεύματος 20 mA βασίζεται σε εκτιμήσεις ασφάλειας, πρακτικότητας, κατανάλωσης ενέργειας και κόστους. Τα αντιεκρηκτικά όργανα μπορούν να χρησιμοποιούν μόνο χαμηλή τάση και χαμηλό ρεύμα. Το ρεύμα 4-20mA και τα 24V DC είναι ασφαλή για χρήση παρουσία εύφλεκτων αερίων. Το ρεύμα ανάφλεξης για αέριο υδρογόνο με 24V DC είναι 200mA, σημαντικά υψηλότερο από 20mA. Επιπλέον, λαμβάνονται υπόψη παράγοντες όπως η απόσταση μεταξύ των οργάνων του εργοταξίου παραγωγής, το φορτίο, η κατανάλωση ισχύος, οι απαιτήσεις ηλεκτρονικών εξαρτημάτων και οι απαιτήσεις τροφοδοσίας ρεύματος.

4. Η επιλογή των 4 mA ως ρεύμα εκκίνησης: Οι περισσότεροι πομποί που εξάγουν 4-20 mA λειτουργούν σε ένα σύστημα δύο συρμάτων, όπου η τροφοδοσία και το φορτίο συνδέονται σε σειρά με ένα κοινό σημείο και μόνο δύο καλώδια χρησιμοποιούνται για την επικοινωνία σήματος και παροχή ρεύματος μεταξύ του πομπού πεδίου και του οργάνου του θαλάμου ελέγχου. Η επιλογή ενός ρεύματος εκκίνησης 4 mA είναι απαραίτητη για τη λειτουργία του κυκλώματος πομπού. Ένα ρεύμα εκκίνησης 4 mA, που δεν συμπίπτει με το μηχανικό σημείο μηδέν, παρέχει ένα «ενεργό σημείο μηδέν» που βοηθά στον εντοπισμό σφαλμάτων όπως απώλεια ρεύματος και θραύση καλωδίου.

Η χρήση σημάτων 4-20mA εξασφαλίζει ελάχιστες παρεμβολές, ασφάλεια και αξιοπιστία, καθιστώντας το ευρέως διαδεδομένο πρότυπο σε βιομηχανικές εφαρμογές. Ωστόσο, άλλες μορφές σήματος εξόδου, όπως 3,33mV/V, 2mV/V, 0-5V και 0-10V, χρησιμοποιούνται επίσης για τον καλύτερο χειρισμό των σημάτων αισθητήρων και την υποστήριξη διαφόρων συστημάτων ελέγχου.