Зашто 4-20мА?

Шта је 4-20мА?

Стандард сигнала 4-20мА ДЦ (1-5В ДЦ) дефинише Међународна електротехничка комисија (ИЕЦ) и користи се за аналогне сигнале у системима управљања процесима.

Генерално, струја сигнала за инструменте и мераче је подешена на 4-20мА, при чему 4мА представља минималну струју и 20мА представља максималну струју.

Зашто је струјни излаз?

У индустријским окружењима, коришћење појачала сигнала за условљавање и пренос сигнала на велике удаљености помоћу напонских сигнала може довести до неколико проблема. Прво, сигнали напона који се преносе преко каблова могу бити подложни сметњама шума. Друго, распоређени отпор далековода може изазвати пад напона. Треће, обезбеђивање снаге за појачало сигнала на терену може бити изазовно.

Да би се решили ови проблеми и смањио утицај буке, струја се користи за пренос сигнала јер је мање осетљива на шум. Струјна петља од 4-20мА користи 4мА да представља нулти сигнал и 20мА да представља сигнал пуне скале, са сигналима испод 4мА и изнад 20мА који се користе за различите аларме грешке.

Зашто користимо 4-20мА ДЦ (1-5В ДЦ)?

Теренски инструменти могу имплементирати двожични систем, где су напајање и оптерећење повезани у серију са заједничком тачком, а само две жице се користе за комуникацију сигнала и напајање између предајника поља и инструмента у контролној соби. Коришћење 4мА ДЦ сигнала као почетне струје обезбеђује статичку радну струју предајнику, а постављање електричне нулте тачке на 4мА ДЦ, која се не поклапа са механичком нултом тачком, омогућава откривање кварова као што су губитак струје и прекиди кабла . Додатно, двожични систем је погодан за коришћење сигурносних баријера, помажући у заштити од експлозије.

Инструменти у контролној соби користе напон-паралелни пренос сигнала, где инструменти који припадају истом контролном систему деле заједнички терминал, што га чини погодним за тестирање инструмената, подешавање, рачунарске интерфејсе и алармне уређаје.

Разлог за коришћење 4-20мА ДЦ за сигналну комуникацију између инструмената на терену и инструмената у контролној соби је тај што растојање између поља и контролне собе може бити значајно, што доводи до већег отпора кабла. Пренос сигнала напона на велике удаљености може резултирати значајним грешкама због пада напона узрокованог отпором кабла и улазним отпором пријемног инструмента. Коришћење сигнала извора константне струје за даљински пренос обезбеђује да струја у петљи остане непромењена без обзира на дужину кабла, гарантујући тачност преноса.

Разлог за коришћење 1-5В ДЦ сигнала за међусобну везу између инструмената у контролној соби је да се омогући да више инструмената примају исти сигнал и да се помогне у ожичењу и формирању различитих сложених контролних система. Ако се извор струје користи као сигнал за међусобно повезивање, када више инструмената истовремено прима исти сигнал, њихови улазни отпори морају бити повезани у серију. Ово би премашило носивост предајног инструмента, а потенцијали уземљења сигнала пријемних инструмената били би различити, уносећи сметње и спречавајући централизовано напајање.

Коришћење сигнала извора напона за међусобно повезивање захтева претварање тренутног сигнала који се користи за комуникацију са теренским инструментима у сигнал напона. Најједноставнији метод је повезивање стандардног отпорника од 250 ома у серију у струјном кругу за пренос, претварајући 4-20мА ДЦ у 1-5В ДЦ. Обично овај задатак обавља предајник.

Овај дијаграм користи отпорник од 250 ома за претварање струјног сигнала од 4-20 мА у напонски сигнал од 1-5 В, а затим користи РЦ филтер и диоду спојену на АД конверзијски пин микроконтролера.

„Овде је приложен једноставан дијаграм за претварање струјног сигнала од 4-20 мА у напонски сигнал:

Зашто је предајник изабран да користи 4-20мА ДЦ сигнал за пренос?

1. Безбедносна разматрања за опасна окружења: Безбедност у опасним окружењима, посебно за инструменте заштићене од експлозије, захтева минимизирање статичке и динамичке потрошње енергије неопходне да би инструмент радио. Предајници који емитују 4-20мА ДЦ стандардни сигнал обично користе 24В ДЦ напајање. Употреба једносмерног напона је углавном зато што елиминише потребу за великим кондензаторима и индукторима и фокусира се на распоређени капацитет и индуктивност спојних жица између предајника и инструмента у контролној соби, што је много ниже од струје паљења гасовитог водоника.

2. Пренос извора струје је пожељнији у односу на извор напона: У случајевима када је растојање између поља и контролне собе значајно, употреба сигнала извора напона за пренос може довести до значајних грешака због пада напона узрокованог отпором кабла и улазом. отпор пријемног инструмента. Коришћење сигнала извора струје за даљински пренос обезбеђује да струја у петљи остане константна, без обзира на дужину кабла, чиме се одржава тачност преноса.

3. Избор од 20мА као максималне струје: Избор максималне струје од 20мА заснива се на разматрањима сигурности, практичности, потрошње енергије и цене. Инструменти отпорни на експлозију могу користити само низак напон и ниску струју. Струја 4-20мА и 24В ДЦ су безбедни за употребу у присуству запаљивих гасова. Струја паљења за гас водоника са 24В ДЦ је 200мА, знатно већа од 20мА. Поред тога, узимају се у обзир фактори као што су растојање између инструмената на производном месту, оптерећење, потрошња енергије, захтеви за електронске компоненте и захтеви за напајање.

4. Избор 4мА као почетне струје: Већина предајника који излазе 4-20мА ради у двожичном систему, где су напајање и оптерећење повезани у серију са заједничком тачком, а само две жице се користе за комуникацију сигнала и напајање између предајника поља и инструмента контролне собе. Избор почетне струје од 4 мА је од суштинског значаја за рад кола предајника. Полазна струја од 4мА, која се не поклапа са механичком нултом тачком, обезбеђује „активну нулту тачку“ која помаже у идентификацији кварова као што су губитак струје и прекиди кабла.

Употреба сигнала од 4-20мА осигурава минималне сметње, сигурност и поузданост, што га чини широко прихваћеним стандардом у индустријским апликацијама. Међутим, други формати излазног сигнала, као што су 3,33мВ/В, 2мВ/В, 0-5В и 0-10В, такође се користе за боље руковање сигналима сензора и подржавају различите системе управљања.