De ce 4-20mA?

Ce este 4-20mA?

Standardul de semnal 4-20mA DC (1-5V DC) este definit de Comisia Electrotehnică Internațională (IEC) și este utilizat pentru semnale analogice în sistemele de control al procesului.

În general, curentul de semnal pentru instrumente și contoare este setat la 4-20mA, 4mA reprezentând curentul minim și 20mA reprezentând curentul maxim.

De ce este ieșirea curentă?

În setările industriale, utilizarea unui amplificator de semnal pentru a condiționa și transmite semnale pe distanțe lungi folosind semnale de tensiune poate duce la mai multe probleme. În primul rând, semnalele de tensiune transmise prin cabluri pot fi susceptibile la interferențe de zgomot. În al doilea rând, rezistența distribuită a liniilor de transmisie poate provoca căderi de tensiune. În al treilea rând, furnizarea de putere a amplificatorului de semnal în câmp poate fi o provocare.

Pentru a rezolva aceste probleme și a minimiza impactul zgomotului, curentul este utilizat pentru a transmite semnale, deoarece este mai puțin sensibil la zgomot. Bucla de curent 4-20mA folosește 4mA pentru a reprezenta semnalul zero și 20mA pentru a reprezenta semnalul la scară completă, cu semnale sub 4mA și peste 20mA utilizate pentru diverse alarme de eroare.

De ce folosim 4-20mA DC (1-5V DC)?

Instrumentele de câmp pot implementa un sistem cu două fire, în care sursa de alimentare și sarcina sunt conectate în serie cu un punct comun și doar două fire sunt utilizate pentru comunicarea semnalului și alimentarea cu energie între transmițătorul de câmp și instrumentul din camera de control. Utilizarea unui semnal de 4mA DC ca curent de pornire furnizează curent de funcționare static transmițătorului și setarea punctului zero electric la 4mA DC, care nu coincide cu punctul zero mecanic, permite detectarea defecțiunilor, cum ar fi pierderea de putere și ruperea cablului. . În plus, sistemul cu două fire este potrivit pentru utilizarea barierelor de siguranță, ajutând la protecția împotriva exploziilor.

Instrumentele camerei de control utilizează transmisia de semnal tensiune-paralelă, unde instrumentele aparținând aceluiași sistem de control au un terminal comun, făcându-l convenabil pentru testarea instrumentelor, reglarea, interfețele computerului și dispozitivele de alarmă.

Motivul utilizării 4-20mA DC pentru comunicarea semnalului între instrumentele de câmp și instrumentele camerei de control este că distanța dintre câmp și camera de control poate fi semnificativă, ceea ce duce la o rezistență mai mare a cablului. Transmiterea semnalelor de tensiune pe distanțe lungi poate duce la erori semnificative din cauza căderii de tensiune cauzată de rezistența cablului și rezistența de intrare a instrumentului receptor. Utilizarea unui semnal sursă de curent constant pentru transmisia de la distanță asigură că curentul din buclă rămâne neschimbat indiferent de lungimea cablului, garantând acuratețea transmisiei.

Motivul utilizării unui semnal de 1-5V DC pentru interconectarea între instrumentele camerei de control este de a facilita ca mai multe instrumente să primească același semnal și de a ajuta la cablarea și formarea diferitelor sisteme de control complexe. Dacă o sursă de curent este utilizată ca semnal de interconectare, atunci când mai multe instrumente primesc același semnal simultan, rezistențele lor de intrare trebuie conectate în serie. Aceasta ar depăși capacitatea de încărcare a instrumentului de transmisie, iar potențialele de masă ale semnalului instrumentelor de recepție ar fi diferite, introducând interferențe și împiedicând alimentarea centralizată cu energie.

Utilizarea unui semnal sursă de tensiune pentru interconectare necesită convertirea semnalului de curent utilizat pentru comunicarea cu instrumentele de câmp într-un semnal de tensiune. Cea mai simplă metodă este să conectați un rezistor standard de 250 ohmi în serie în circuitul de transmisie curent, transformând 4-20mA DC în 1-5V DC. De obicei, această sarcină este îndeplinită de un transmițător.

Această diagramă folosește un rezistor de 250 ohmi pentru a converti semnalul de curent 4-20mA într-un semnal de tensiune de 1-5V, apoi folosește un filtru RC și o diodă conectată la pinul de conversie AD al microcontrolerului.

„Atașat aici o schemă de circuit simplă pentru conversia unui semnal de curent de 4-20mA într-un semnal de tensiune:

De ce este selectat transmițătorul să utilizeze un semnal de 4-20 mA DC pentru transmisie?

1. Considerații de siguranță pentru medii periculoase: Siguranța în medii periculoase, în special pentru instrumentele rezistente la explozie, necesită reducerea la minimum a consumului de energie statică și dinamică necesar pentru a menține instrumentul în funcțiune. Transmițătoarele care scot un semnal standard de 4-20 mA DC folosesc de obicei o sursă de alimentare de 24 V DC. Utilizarea tensiunii DC se datorează în principal pentru că elimină nevoia de condensatoare și inductori mari și se concentrează pe capacitatea distribuită și inductanța firelor de conectare dintre transmițător și instrumentul camerei de control, care este mult mai mică decât curentul de aprindere al hidrogenului gazos.

2. Transmisia sursei de curent este de preferat față de sursa de tensiune: În cazurile în care distanța dintre câmp și camera de control este considerabilă, utilizarea semnalelor sursei de tensiune pentru transmisie poate introduce erori semnificative din cauza căderii de tensiune cauzate de rezistența cablului și de intrare. rezistența instrumentului receptor. Utilizarea unui semnal sursă de curent pentru transmisia de la distanță asigură că curentul din buclă rămâne constant, indiferent de lungimea cablului, menținând astfel acuratețea transmisiei.

3. Alegerea de 20mA ca curent maxim: Alegerea unui curent maxim de 20mA se bazează pe considerații de siguranță, caracter practic, consum de energie și cost. Instrumentele rezistente la explozie pot utiliza numai tensiune joasă și curent scăzut. Curentul de 4-20mA și 24V DC sunt sigure pentru utilizare în prezența gazelor inflamabile. Curentul de aprindere pentru hidrogen gazos cu 24V DC este de 200mA, semnificativ mai mare de 20mA. În plus, sunt luați în considerare factori precum distanța dintre instrumentele locului de producție, sarcina, consumul de energie, cerințele componentelor electronice și cerințele de alimentare.

4. Alegerea 4mA ca curent de pornire: Majoritatea transmițătoarelor care scot 4-20mA funcționează într-un sistem cu două fire, unde sursa de alimentare și sarcina sunt conectate în serie cu un punct comun și doar două fire sunt utilizate pentru comunicarea semnalului și alimentarea cu energie între transmițătorul de câmp și instrumentul camerei de control. Alegerea unui curent de pornire de 4mA este esențială pentru ca circuitul emițătorului să funcționeze. Un curent de pornire de 4 mA, care nu coincide cu punctul zero mecanic, oferă un „punct zero activ” care ajută la identificarea defecțiunilor, cum ar fi pierderea de putere și ruperea cablului.

Utilizarea semnalelor 4-20mA asigură interferențe minime, siguranță și fiabilitate, făcându-l standardul adoptat pe scară largă în aplicațiile industriale. Cu toate acestea, alte formate de semnal de ieșire, cum ar fi 3,33mV/V, 2mV/V, 0-5V și 0-10V, sunt, de asemenea, utilizate pentru a gestiona mai bine semnalele senzorilor și pentru a suporta diferite sisteme de control.