Зошто 4-20 mA?

Што е 4-20 mA?

Стандардот за сигнал од 4-20 mA DC (1-5V DC) е дефиниран од Меѓународната електротехничка комисија (IEC) и се користи за аналогни сигнали во системите за контрола на процесите.

Општо земено, струјата на сигналот за инструменти и броила е поставена на 4-20mA, при што 4mA ја претставува минималната струја и 20mA ја претставува максималната струја.

Зошто е тековниот излез?

Во индустриски поставки, користењето на засилувач на сигналот за уредување и пренос на сигнали на долги растојанија со користење на напонски сигнали може да доведе до неколку проблеми. Прво, напонските сигнали што се пренесуваат преку кабли може да бидат подложни на пречки од бучава. Второ, дистрибуираниот отпор на далноводите може да предизвика пад на напонот. Трето, обезбедувањето напојување на засилувачот на сигналот на терен може да биде предизвик.

За да се решат овие проблеми и да се минимизира влијанието на бучавата, струјата се користи за пренос на сигнали бидејќи е помалку чувствителна на бучава. Тековната јамка од 4-20mA користи 4mA за да претставува нула сигнал и 20mA за да претставува сигнал во целосна скала, со сигнали под 4mA и над 20mA што се користат за различни аларми за дефекти.

Зошто користиме 4-20 mA DC (1-5V DC)?

Теренските инструменти можат да имплементираат систем со две жици, каде што напојувањето и оптоварувањето се поврзани во серија со заедничка точка, а само две жици се користат за сигнална комуникација и напојување помеѓу теренскиот предавател и инструментот на контролната соба. Користењето DC сигнал од 4mA како почетна струја обезбедува статичка работна струја на предавателот и поставувањето на електричната нулта точка на 4mA DC, што не се совпаѓа со механичката нулта точка, овозможува откривање на дефекти како што се губење на струја и прекин на кабелот . Дополнително, системот со две жици е погоден за користење на безбедносни бариери, помагајќи во заштита од експлозија.

Инструментите на контролната соба користат пренос на сигнал паралелно со напон, каде што инструментите кои припаѓаат на истиот контролен систем имаат заеднички терминал, што го прави погодно за тестирање на инструменти, прилагодување, компјутерски интерфејси и уреди за аларм.

Причината за користење на DC од 4-20 mA за сигнална комуникација помеѓу теренските инструменти и инструментите на контролната соба е тоа што растојанието помеѓу теренот и контролната соба може да биде значително, што доведува до поголем отпор на кабелот. Пренесувањето на напонски сигнали на долги растојанија може да резултира со значителни грешки поради падот на напонот предизвикан од отпорот на кабелот и влезниот отпор на приемниот инструмент. Користењето на сигнал од извор на постојана струја за далечински пренос осигурува струјата во јамката да остане непроменета без оглед на должината на кабелот, гарантирајќи ја точноста на преносот.

Причината за користење на 1-5V DC сигнал за интерконекција помеѓу инструментите на контролната соба е да се олесни повеќе инструменти да го примаат истиот сигнал и да се помогне во поврзувањето и формирањето на различни комплексни контролни системи. Ако изворот на струја се користи како сигнал за интерконекција, кога повеќе инструменти добиваат ист сигнал истовремено, нивните влезни отпори мора да се поврзат во серија. Ова би го надминало капацитетот на оптоварување на инструментот што предава, а потенцијалите за заземјување на сигналот на инструментите што примаат би биле различни, што би вовело пречки и спречува централизирано напојување.

Користењето на сигнал за извор на напон за интерконекција бара конвертирање на тековниот сигнал што се користи за комуникација со теренски инструменти во напонски сигнал. Наједноставниот метод е да се поврзе стандарден отпорник од 250 оми во серија во струјното коло за пренос, претворајќи 4-20 mA DC во 1-5V DC. Вообичаено, оваа задача ја извршува предавател.

Овој дијаграм користи отпорник од 250 оми за да го конвертира тековниот сигнал од 4-20 mA во напонски сигнал од 1-5 V, а потоа користи RC филтер и диода поврзана со AD за конверзија на микроконтролерот.

„Овде е прикачен едноставен дијаграм на коло за претворање на тековен сигнал од 4-20 mA во напонски сигнал:

Зошто предавателот е избран да користи DC сигнал од 4-20 mA за пренос?

1. Безбедносни размислувања за опасни средини: Безбедноста во опасни средини, особено за инструменти отпорни на експлозија, бара минимизирање на статичката и динамичката потрошувачка на енергија неопходна за одржување на инструментот во функција. Предавателите што емитуваат стандарден сигнал од 4-20 mA DC обично користат напојување од 24V DC. Употребата на DC напон е главно затоа што ја елиминира потребата од големи кондензатори и индуктори и се фокусира на дистрибуираната капацитивност и индуктивност на поврзувачките жици помеѓу предавателот и инструментот на контролната соба, што е многу пониско од струјата на палење на водородниот гас.

2. Преносот на тековниот извор се претпочита во однос на изворот на напон: Во случаи кога растојанието помеѓу теренот и контролната соба е значително, употребата на сигнали за извор на напон за пренос може да доведе до значителни грешки поради падот на напонот предизвикан од отпорот на кабелот и влезот отпорност на приемниот инструмент. Користењето на сигнал од тековниот извор за далечински пренос осигурува дека струјата во јамката останува константна, без оглед на должината на кабелот, со што се одржува точноста на преносот.

3. Изборот на 20mA како максимална струја: Изборот на максимална струја од 20mA се заснова на размислувања за безбедност, практичност, потрошувачка на енергија и цена. Инструментите отпорни на експлозија можат да користат само низок напон и мала струја. Струјата од 4-20 mA и 24V DC се безбедни за употреба во присуство на запаливи гасови. Струјата на палење за водороден гас со 24V DC е 200mA, значително повисока од 20mA. Дополнително, се земаат предвид факторите како растојанието помеѓу инструментите на местото на производство, оптоварувањето, потрошувачката на енергија, барањата за електронски компоненти и барањата за напојување.

4. Изборот на 4mA како почетна струја: Повеќето предаватели кои излегуваат од 4-20mA работат во двожичен систем, каде што напојувањето и оптоварувањето се поврзани во серија со заедничка точка, а само две жици се користат за сигнална комуникација и напојување помеѓу теренскиот предавател и инструментот на контролната соба. Изборот на почетна струја од 4 mA е од суштинско значење за да функционира колото на предавателот. Почетна струја од 4 mA, која не се совпаѓа со механичката нулта точка, обезбедува „активна нулта точка“ што помага да се идентификуваат дефекти како што се губење на струја и прекин на кабелот.

Употребата на сигнали од 4-20 mA обезбедува минимални пречки, безбедност и сигурност, што го прави широко прифатен стандард во индустриските апликации. Сепак, други формати на излезни сигнали, како што се 3,33mV/V, 2mV/V, 0-5V и 0-10V, исто така се користат за подобро справување со сигналите на сензорите и поддршка на различни системи за контрола.