Miks 4-20mA?

Mis on 4-20mA?

4-20mA DC (1-5V DC) signaalistandardi on määratlenud Rahvusvaheline Elektrotehnikakomisjon (IEC) ja seda kasutatakse analoogsignaalide jaoks protsessijuhtimissüsteemides.

Üldiselt on mõõteriistade ja arvestite signaalivooluks seatud 4–20 mA, kusjuures 4 mA tähistab minimaalset voolu ja 20 mA maksimaalset voolu.

Miks on praegune väljund?

Tööstuslikes seadetes võib signaalivõimendi kasutamine signaalide konditsioneerimiseks ja pikkade vahemaade edastamiseks pingesignaalide abil põhjustada mitmeid probleeme. Esiteks võivad kaablite kaudu edastatavad pingesignaalid olla vastuvõtlikud mürahäiretele. Teiseks võib ülekandeliinide hajutatud takistus põhjustada pingelangust. Kolmandaks võib signaalivõimendile toite andmine põllul olla keeruline.

Nende probleemide lahendamiseks ja müra mõju minimeerimiseks kasutatakse signaalide edastamiseks voolu, kuna see on müra suhtes vähem tundlik. 4-20 mA vooluahel kasutab 4 mA nullsignaali ja 20 mA täisskaala signaali esitamiseks, kusjuures signaale alla 4 mA ja üle 20 mA kasutatakse erinevate rikkehäirete jaoks.

Miks me kasutame 4-20mA DC (1-5V DC)?

Väliinstrumendid võivad realiseerida kahejuhtmelise süsteemi, kus toiteallikas ja koormus on ühendatud ühise punktiga järjestikku ning väljasaatja ja juhtimisruumi instrumendi vaheliseks signaalivahetuseks ja toiteallikaks kasutatakse ainult kahte juhtmest. 4 mA alalisvoolu signaali kasutamine käivitusvooluna annab saatjale staatilise töövoolu ja elektrilise nullpunkti seadmine 4 mA alalisvoolule, mis ei lange kokku mehaanilise nullpunktiga, võimaldab tuvastada rikkeid, nagu voolukadu ja kaablikatkestused. . Lisaks sobib kahejuhtmeline süsteem turvapiirete kasutamiseks, aidates kaasa plahvatuskaitsele.

Juhtimisruumi instrumendid kasutavad pinge-paralleelset signaaliedastust, kus samasse juhtimissüsteemi kuuluvatel instrumentidel on ühine terminal, mis muudab selle mugavaks instrumentide testimiseks, reguleerimiseks, arvutiliideste ja häireseadmete jaoks.

4–20 mA alalisvoolu kasutamise põhjus väliinstrumentide ja juhtimisruumi instrumentide vaheliseks signaalivahetuseks on see, et välja ja juhtimisruumi vaheline kaugus võib olla märkimisväärne, mis toob kaasa suurema kaabli takistuse. Pingesignaalide edastamine pikkadele vahemaadele võib põhjustada olulisi tõrkeid kaabli takistusest ja vastuvõtva instrumendi sisendtakistusest põhjustatud pingelanguse tõttu. Püsivooluallika signaali kasutamine kaugedastuseks tagab, et voolutugevus ahelas jääb muutumatuks sõltumata kaabli pikkusest, tagades edastamise täpsuse.

1–5 V alalisvoolu signaali kasutamise põhjus juhtimisruumi instrumentide omavaheliseks ühendamiseks on hõlbustada mitme instrumendi vastuvõtmist sama signaali ning aidata kaasa juhtmestiku ühendamisele ja erinevate keerukate juhtimissüsteemide moodustamisele. Kui ühendussignaalina kasutatakse vooluallikat ja mitu instrumenti saavad samaaegselt sama signaali, peavad nende sisendtakistused olema järjestikku ühendatud. See ületaks saatva instrumendi koormustaluvust ja vastuvõtvate instrumentide signaali maanduspotentsiaalid oleksid erinevad, tekitades häireid ja takistades tsentraliseeritud toiteallikat.

Pingeallika signaali kasutamine omavaheliseks ühendamiseks eeldab väliinstrumentidega suhtlemiseks kasutatava voolusignaali teisendamist pingesignaaliks. Lihtsaim meetod on standardse 250-oomise takisti jadamisi ühendamine voolu ülekandeahelasse, muutes 4-20 mA alalisvoolu 1-5 V alalisvooluks. Tavaliselt täidab see ülesanne saatja.

Sellel diagrammil kasutatakse 250-oomilist takistit, et teisendada 4-20 mA voolusignaal 1-5 V pingesignaaliks, seejärel kasutatakse RC-filtrit ja dioodi, mis on ühendatud mikrokontrolleri AD konversioonitihvtiga.

"Siin on lisatud lihtne vooluringi skeem 4-20 mA voolusignaali teisendamiseks pingesignaaliks:

Miks valitakse saatja edastamiseks 4–20 mA alalisvoolu signaali?

1. Ohutuskaalutlused ohtlikes keskkondades: Ohutus ohtlikes keskkondades, eriti plahvatuskindlate instrumentide puhul, nõuab seadme töös hoidmiseks vajaliku staatilise ja dünaamilise energiatarbimise minimeerimist. Saatjad, mis väljastavad 4–20 mA alalisvoolu standardsignaali, kasutavad tavaliselt 24 V alalisvoolu toiteallikat. Alalispinge kasutamine on peamiselt tingitud sellest, et see välistab vajaduse suurte kondensaatorite ja induktiivpoolide järele ning keskendub saatja ja juhtimisruumi instrumendi vaheliste ühendusjuhtmete jaotatud mahtuvusele ja induktiivsusele, mis on palju madalam kui vesinikgaasi süütevool.

2. Vooluallika ülekannet eelistatakse pingeallikale: Juhtudel, kui välja ja juhtimisruumi vaheline kaugus on märkimisväärne, võib pingeallika signaalide kasutamine edastamiseks tuua kaasa olulisi vigu kaabli takistusest ja sisendist põhjustatud pingelanguse tõttu. vastuvõtva instrumendi takistus. Vooluallika signaali kasutamine kaugedastuseks tagab konstantse voolu ahelas sõltumata kaabli pikkusest, säilitades seeläbi edastuse täpsuse.

3. Maksimaalseks vooluks 20 mA: 20 mA maksimaalse voolu valik põhineb ohutuse, praktilisuse, energiatarbimise ja kulu kaalutlustel. Plahvatuskindlad instrumendid võivad kasutada ainult madalpinget ja väikest voolu. 4-20 mA voolu ja 24 V alalisvoolu on ohutu kasutada tuleohtlike gaaside juuresolekul. 24 V alalisvooluga gaasilise vesiniku süütevool on 200 mA, oluliselt suurem kui 20 mA. Lisaks võetakse arvesse selliseid tegureid nagu tootmiskoha instrumentide vaheline kaugus, koormus, energiatarve, elektrooniliste komponentide nõuded ja toiteallika nõuded.

4. 4mA valik käivitusvooluks: Enamus saatjaid, mis annavad välja 4-20mA, töötavad kahejuhtmelises süsteemis, kus toiteallikas ja koormus on ühendatud ühise punktiga järjestikku ning signaalisideks kasutatakse ainult kahte juhet. ja toiteallikas väljasaatja ja juhtimisruumi instrumendi vahel. 4 mA käivitusvoolu valik on saatja vooluringi toimimiseks hädavajalik. 4 mA käivitusvool, mis ei lange kokku mehaanilise nullpunktiga, annab "aktiivse nullpunkti", mis aitab tuvastada rikkeid, nagu voolukadu ja kaablikatkestused.

4-20 mA signaalide kasutamine tagab minimaalsed häired, ohutuse ja töökindluse, muutes selle tööstuslikes rakendustes laialdaselt kasutatavaks standardiks. Andurite signaalide paremaks käsitlemiseks ja erinevate juhtimissüsteemide toetamiseks kasutatakse aga ka teisi väljundsignaali formaate, nagu 3,33 mV/V, 2mV/V, 0-5V ja 0-10 V.