Kāpēc 4-20mA?

Kas ir 4-20mA?

4–20 mA līdzstrāvas (1–5 V līdzstrāvas) signāla standartu nosaka Starptautiskā elektrotehnikas komisija (IEC), un to izmanto analogajiem signāliem procesa vadības sistēmās.

Parasti signāla strāva instrumentiem un skaitītājiem ir iestatīta uz 4-20mA, kur 4mA ir minimālā strāva un 20mA ir maksimālā strāva.

Kāpēc ir strāvas izvade?

Rūpnieciskos apstākļos signāla pastiprinātāja izmantošana signālu kondicionēšanai un pārraidīšanai lielos attālumos, izmantojot sprieguma signālus, var radīt vairākas problēmas. Pirmkārt, sprieguma signāli, kas tiek pārraidīti pa kabeļiem, var būt jutīgi pret trokšņu traucējumiem. Otrkārt, pārvades līniju sadalītā pretestība var izraisīt sprieguma kritumus. Treškārt, signāla pastiprinātāja barošana uz lauka var būt sarežģīta.

Lai risinātu šīs problēmas un samazinātu trokšņa ietekmi, signālu pārraidīšanai tiek izmantota strāva, jo tā ir mazāk jutīga pret troksni. 4–20 mA strāvas cilpa izmanto 4 mA, lai attēlotu nulles signālu, un 20 mA, lai attēlotu pilna mēroga signālu, ar signāliem, kas ir mazāki par 4 mA un virs 20 mA, tiek izmantoti dažādiem kļūdu trauksmes signāliem.

Kāpēc mēs izmantojam 4-20mA DC (1-5V DC)?

Lauka instrumenti var realizēt divu vadu sistēmu, kur barošanas avots un slodze ir virknē savienoti ar kopīgu punktu, un tikai divi vadi tiek izmantoti signāla saziņai un barošanas padevei starp lauka raidītāju un vadības telpas instrumentu. Izmantojot 4mA līdzstrāvas signālu kā palaišanas strāvu, raidītājam tiek nodrošināta statiskā darba strāva, un elektriskā nulles punkta iestatīšana uz 4mA līdzstrāvu, kas nesakrīt ar mehānisko nulles punktu, ļauj atklāt tādus traucējumus kā strāvas zudums un kabeļa pārrāvumi. . Turklāt divu vadu sistēma ir piemērota drošības barjeru izmantošanai, palīdzot nodrošināt aizsardzību pret sprādzieniem.

Vadības telpas instrumenti izmanto sprieguma paralēlo signālu pārraidi, kur vienai vadības sistēmai piederošiem instrumentiem ir kopīgs terminālis, padarot to ērtu instrumentu testēšanai, regulēšanai, datoru saskarnēm un trauksmes ierīcēm.

Iemesls 4–20 mA līdzstrāvas izmantošanai signālu saziņai starp lauka instrumentiem un vadības telpas instrumentiem ir tāds, ka attālums starp lauku un vadības telpu var būt ievērojams, tādējādi palielinot kabeļa pretestību. Sprieguma signālu pārraidīšana lielos attālumos var radīt būtiskas kļūdas, jo kabeļa pretestība un uztverošā instrumenta ieejas pretestība izraisa sprieguma kritumu. Pastāvīga strāvas avota signāla izmantošana attālinātai pārraidei nodrošina, ka strāva kontūrā paliek nemainīga neatkarīgi no kabeļa garuma, garantējot pārraides precizitāti.

Iemesls 1–5 V līdzstrāvas signāla izmantošanai vadības telpas instrumentu savstarpējai savienošanai ir, lai atvieglotu vairākiem instrumentiem, kas saņem vienu un to pašu signālu, kā arī lai palīdzētu pieslēgt un veidot dažādas sarežģītas vadības sistēmas. Ja kā starpsavienojuma signālu izmanto strāvas avotu, kad vairāki instrumenti vienlaikus saņem vienu un to pašu signālu, to ieejas pretestības ir jāsavieno virknē. Tas pārsniegtu raidītāja instrumenta kravnesību, un uztverošo instrumentu signāla zemējuma potenciāli būtu atšķirīgi, radot traucējumus un novēršot centralizētu barošanu.

Izmantojot sprieguma avota signālu savstarpējai savienošanai, strāvas signāls, ko izmanto saziņai ar lauka instrumentiem, ir jāpārvērš sprieguma signālā. Vienkāršākā metode ir standarta 250 omu rezistoru virknē pieslēgšana strāvas pārvades ķēdē, pārveidojot 4-20mA līdzstrāvu par 1-5V līdzstrāvu. Parasti šo uzdevumu veic raidītājs.

Šajā diagrammā tiek izmantots 250 omu rezistors, lai pārveidotu 4–20 mA strāvas signālu par 1–5 V sprieguma signālu, un pēc tam tiek izmantots RC filtrs un diode, kas savienota ar mikrokontrollera AD konversijas tapu.

"Šeit pievienota vienkārša shēmas shēma 4-20 mA strāvas signāla pārveidošanai sprieguma signālā:

Kāpēc raidītājs ir izvēlēts, lai pārraidei izmantotu 4–20 mA līdzstrāvas signālu?

1. Drošības apsvērumi bīstamās vidēs. Lai nodrošinātu drošību bīstamās vidēs, īpaši sprādziendrošu instrumentu gadījumā, ir jāsamazina statiskais un dinamiskais enerģijas patēriņš, kas nepieciešams, lai instruments darbotos. Raidītāji, kas izvada 4–20 mA līdzstrāvas standarta signālu, parasti izmanto 24 V līdzstrāvas barošanas avotu. Līdzstrāvas spriegums tiek izmantots galvenokārt tāpēc, ka tas novērš nepieciešamību pēc lieliem kondensatoriem un induktoriem un koncentrējas uz sadalīto kapacitāti un savienojošo vadu induktivitāti starp raidītāju un vadības telpas instrumentu, kas ir daudz zemāka par ūdeņraža gāzes aizdedzes strāvu.

2. Priekšroka tiek dota strāvas avota pārraidei, nevis sprieguma avotam. Gadījumos, kad attālums starp lauku un vadības telpu ir ievērojams, sprieguma avota signālu izmantošana pārraidei var radīt būtiskas kļūdas sprieguma krituma dēļ, ko izraisa kabeļa pretestība un ieeja. uztverošā instrumenta pretestība. Strāvas avota signāla izmantošana attālai pārraidei nodrošina, ka strāva ķēdē paliek nemainīga neatkarīgi no kabeļa garuma, tādējādi saglabājot pārraides precizitāti.

3. 20 mA kā maksimālās strāvas izvēle: maksimālās strāvas 20 mA izvēle ir balstīta uz drošības, praktiskuma, enerģijas patēriņa un izmaksu apsvērumiem. Sprādziendrošos instrumentos var izmantot tikai zemu spriegumu un zemu strāvu. 4-20mA strāva un 24V līdzstrāva ir droši lietošanai uzliesmojošu gāzu klātbūtnē. Aizdedzes strāva ūdeņraža gāzei ar 24V līdzstrāvu ir 200mA, kas ir ievērojami lielāka par 20mA. Turklāt tiek ņemti vērā tādi faktori kā attālums starp ražošanas vietas instrumentiem, slodze, enerģijas patēriņš, elektronisko komponentu prasības un barošanas avota prasības.

4. 4mA izvēle kā starta strāva: Lielākā daļa raidītāju, kas izvada 4-20mA, darbojas divu vadu sistēmā, kur barošanas avots un slodze ir savienoti virknē ar kopīgu punktu, un signālu saziņai tiek izmantoti tikai divi vadi. un strāvas padeve starp lauka raidītāju un vadības telpas instrumentu. Lai raidītāja ķēde darbotos, ir svarīgi izvēlēties 4 mA palaišanas strāvu. 4 mA palaišanas strāva, kas nesakrīt ar mehānisko nulles punktu, nodrošina "aktīvo nulles punktu", kas palīdz identificēt tādus traucējumus kā strāvas zudums un kabeļa pārrāvumi.

4-20mA signālu izmantošana nodrošina minimālus traucējumus, drošību un uzticamību, padarot to par plaši pieņemtu standartu rūpnieciskos lietojumos. Tomēr, lai labāk apstrādātu sensoru signālus un atbalstītu dažādas vadības sistēmas, tiek izmantoti arī citi izejas signālu formāti, piemēram, 3,33 mV/V, 2 mV/V, 0–5 V un 0–10 V.