Co je 4-20 mA?
Standardní signál 4-20mA DC (1-5V DC) je definován Mezinárodní elektrotechnickou komisí (IEC) a používá se pro analogové signály v systémech řízení procesů.
Obecně je signálový proud pro přístroje a měřiče nastaven na 4-20mA, přičemž 4mA představuje minimální proud a 20mA představuje maximální proud.
Proč je aktuální výstup?
V průmyslovém prostředí může použití zesilovače signálu k úpravě a přenosu signálů na velké vzdálenosti pomocí napěťových signálů k několika problémům.Za prvé, napěťové signály přenášené přes kabely mohou být citlivé na rušení.Za druhé, distribuovaný odpor přenosových vedení může způsobit poklesy napětí.Za třetí, poskytování energie zesilovači signálu v terénu může být náročné.
K vyřešení těchto problémů a minimalizaci dopadu šumu se k přenosu signálů používá proud, protože je méně citlivý na šum.Proudová smyčka 4-20mA používá 4mA k reprezentaci nulového signálu a 20mA k reprezentaci signálu v plném rozsahu, přičemž signály pod 4mA a nad 20mA se používají pro různé poruchové alarmy.
Proč používáme 4-20mA DC (1-5V DC)?
Polní přístroje mohou implementovat dvouvodičový systém, kde jsou napájení a zátěž zapojeny do série se společným bodem a pouze dva vodiče se používají pro komunikaci signálu a napájení mezi polním vysílačem a přístrojem velínu.Použití 4mA DC signálu jako startovacího proudu poskytuje statický provozní proud do vysílače a nastavení elektrického nulového bodu na 4mA DC, který se neshoduje s mechanickým nulovým bodem, umožňuje detekci poruch, jako je výpadek napájení a přerušení kabelu. .Dvouvodičový systém je navíc vhodný pro použití bezpečnostních zábran, které napomáhají ochraně proti výbuchu.
Přístroje velínu využívají napěťově paralelní přenos signálu, kde přístroje patřící ke stejnému řídicímu systému sdílejí společný terminál, což je vhodné pro testování přístrojů, seřizování, počítačová rozhraní a poplašná zařízení.
Důvodem pro použití 4-20 mA DC pro komunikaci signálu mezi polními přístroji a přístroji velínu je to, že vzdálenost mezi polem a velínem může být značná, což vede k vyššímu odporu kabelu.Přenos napěťových signálů na velké vzdálenosti může vést k významným chybám v důsledku poklesu napětí způsobeného odporem kabelu a vstupním odporem přijímacího přístroje.Použití zdroje konstantního proudu pro dálkový přenos zajišťuje, že proud ve smyčce zůstane nezměněn bez ohledu na délku kabelu, což zaručuje přesnost přenosu.
Důvodem pro použití 1-5V DC signálu pro propojení mezi přístroji velínu je usnadnění více přístrojů přijímajících stejný signál a pomoc při zapojování a vytváření různých komplexních řídicích systémů.Pokud je jako propojovací signál použit proudový zdroj, když více přístrojů přijímá stejný signál současně, jejich vstupní odpory musí být zapojeny do série.To by překročilo zatížitelnost vysílacího přístroje a potenciál zemního signálu přijímacích přístrojů by byl odlišný, což by způsobilo rušení a bránilo by centralizovanému napájení.
Použití signálu zdroje napětí pro propojení vyžaduje převedení proudového signálu používaného pro komunikaci s polními přístroji na napěťový signál.Nejjednodušší metodou je zapojit standardní 250ohmový rezistor do série v proudovém přenosovém obvodu, čímž se 4-20mA DC převádí na 1-5V DC.Tento úkol obvykle provádí vysílač.
Toto schéma využívá 250ohmový odpor k převodu proudového signálu 4-20mA na napěťový signál 1-5V a poté používá RC filtr a diodu připojenou k AD převodnímu pinu mikrokontroléru.
Zde je připojeno jednoduché schéma zapojení pro převod 4-20mA proudového signálu na napěťový signál:
Proč je vysílač vybrán pro přenos stejnosměrného signálu 4-20 mA?
1. Bezpečnostní hlediska pro nebezpečná prostředí: Bezpečnost v nebezpečných prostředích, zejména u přístrojů v nevýbušném provedení, vyžaduje minimalizaci statické a dynamické spotřeby energie, která je nezbytná k udržení přístroje v provozu.Vysílače, které vydávají standardní signál 4-20 mA DC, obvykle používají napájecí zdroj 24 V DC.Použití stejnosměrného napětí je především proto, že eliminuje potřebu velkých kondenzátorů a induktorů a zaměřuje se na distribuovanou kapacitu a indukčnost spojovacích vodičů mezi vysílačem a přístrojem velínu, která je mnohem nižší než zapalovací proud plynného vodíku.
2. Přenos zdroje proudu je upřednostňován před zdrojem napětí: V případech, kdy je vzdálenost mezi polem a velínem značná, může použití signálů zdroje napětí pro přenos způsobit významné chyby v důsledku poklesu napětí způsobeného odporem kabelu a vstupem. odpor přijímacího nástroje.Použití signálu zdroje proudu pro dálkový přenos zajišťuje, že proud ve smyčce zůstane konstantní, bez ohledu na délku kabelu, čímž se zachová přesnost přenosu.
3. Volba 20 mA jako maximálního proudu: Volba maximálního proudu 20 mA je založena na úvahách o bezpečnosti, praktičnosti, spotřebě energie a ceně.Přístroje s ochranou proti výbuchu mohou používat pouze nízké napětí a nízký proud.Proud 4-20mA a 24V DC jsou bezpečné pro použití v přítomnosti hořlavých plynů.Zážehový proud pro plynný vodík s 24V DC je 200mA, výrazně vyšší než 20mA.Kromě toho se berou v úvahu faktory, jako je vzdálenost mezi přístroji na místě výroby, zatížení, spotřeba energie, požadavky na elektronické součástky a požadavky na napájení.
4. Volba 4mA jako startovacího proudu: Většina vysílačů s výstupem 4-20mA pracuje ve dvouvodičovém systému, kde jsou napájení a zátěž zapojeny do série se společným bodem a pouze dva vodiče se používají pro komunikaci signálu a napájení mezi vysílačem pole a přístrojem velínu.Volba spouštěcího proudu 4 mA je nezbytná pro fungování obvodu vysílače.Startovací proud 4 mA, který se neshoduje s mechanickým nulovým bodem, poskytuje „aktivní nulový bod“, který pomáhá identifikovat poruchy, jako je výpadek napájení a přerušení kabelu.
Použití signálů 4-20mA zajišťuje minimální rušení, bezpečnost a spolehlivost, což z něj činí široce přijímaný standard v průmyslových aplikacích.Jiné formáty výstupního signálu, jako je 3,33 mV/V, 2 mV/V, 0-5V a 0-10V, se však také používají pro lepší zpracování signálů snímačů a podporu různých řídicích systémů.
Čas odeslání: 18. září 2023