Miért 4-20mA?

Mi az a 4-20mA?

A 4-20mA DC (1-5V DC) jelszabványt a Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság (IEC) határozza meg, és a folyamatvezérlő rendszerek analóg jeleire használják.

Általában a műszerek és mérőeszközök jeláramát 4-20 mA-re állítják be, ahol a 4 mA jelenti a minimális áramot és 20 mA a maximális áramerősséget.

Miért áramkimenet?

Ipari környezetben a jelerősítő használata a jelek nagy távolságra történő kondicionálására és feszültségjelekkel történő továbbítására számos problémához vezethet. Először is, a kábeleken továbbított feszültségjelek érzékenyek lehetnek a zajinterferenciára. Másodszor, az átviteli vezetékek megosztott ellenállása feszültségesést okozhat. Harmadszor, a jelerősítő tápellátása a terepen kihívást jelenthet.

E problémák megoldása és a zaj hatásának minimalizálása érdekében áramot használnak a jelek továbbítására, mivel az kevésbé érzékeny a zajra. A 4-20 mA-es áramhurok 4 mA-t használ a nulla jel és 20 mA a teljes skálájú jel megjelenítésére, a 4 mA alatti és 20 mA feletti jeleket pedig különféle hibariasztásokhoz használják.

Miért használunk 4-20mA DC-t (1-5V DC)?

A terepi műszerek kétvezetékes rendszert valósíthatnak meg, ahol a tápegység és a terhelés sorba van kötve egy közös ponttal, és csak két vezetéket használnak a jelátvitelre és a tápellátásra a terepi távadó és a vezérlőterem műszere között. A 4 mA-es egyenáramú jel indítóáramként való használata statikus üzemi áramot biztosít a távadó számára, és az elektromos nullapont 4 mA DC-re állítása, amely nem esik egybe a mechanikai nullponttal, lehetővé teszi az olyan hibák észlelését, mint az áramkimaradás és a kábelszakadás. . Ezenkívül a kétvezetékes rendszer alkalmas biztonsági korlátok alkalmazására, elősegítve a robbanásvédelmet.

A vezérlőtermi műszerek feszültség-párhuzamos jelátvitelt használnak, ahol az azonos vezérlőrendszerhez tartozó műszerek egy közös terminálon osztoznak, így kényelmessé válik a műszerek tesztelése, beállítása, számítógépes interfészek és riasztóberendezések.

A terepi műszerek és a vezérlőterem műszerei közötti jelkommunikációra 4-20mA DC használatának oka az, hogy a terep és a vezérlőterem közötti távolság jelentős lehet, ami nagyobb kábelellenálláshoz vezethet. A feszültségjelek nagy távolságra történő továbbítása jelentős hibákat eredményezhet a kábelellenállás és a vevő műszer bemeneti ellenállása által okozott feszültségesés miatt. Az állandó áramforrás jelének használata távoli átvitelhez biztosítja, hogy a hurokban lévő áram változatlan maradjon a kábel hosszától függetlenül, garantálva az átviteli pontosságot.

Az 1-5 V-os egyenáramú jel használatának oka a vezérlőterem műszereinek összekapcsolására, hogy több műszer is vegyen ugyanazt a jelet, és segítse a vezetékezést és a különféle összetett vezérlőrendszerek kialakítását. Ha áramforrást használnak összekötő jelként, amikor több műszer egyszerre kapja ugyanazt a jelet, bemeneti ellenállásukat sorba kell kötni. Ez meghaladná az adó műszer terhelhetőségét, és a vevő műszerek jelföldelési potenciáljai eltérőek lennének, interferenciát okozva és megakadályozva a központi tápellátást.

A feszültségforrás jelének összekapcsolása esetén a terepi műszerekkel való kommunikációhoz használt áramjelet feszültségjellé kell alakítani. A legegyszerűbb módszer egy szabványos 250 ohmos ellenállás sorba kapcsolása az áramátviteli áramkörben, amely 4-20 mA DC-t 1-5 V egyenárammá alakít. Ezt a feladatot általában egy adó végzi el.

Ez a diagram 250 ohmos ellenállást használ a 4-20 mA áramjel 1-5 V-os feszültségjellé alakítására, majd egy RC szűrőt és egy diódát használ, amely a mikrokontroller AD konverziós érintkezőjéhez van csatlakoztatva.

„Itt mellékelünk egy egyszerű kapcsolási rajzot a 4-20 mA áramjel feszültségjellé alakításához:

Miért választották az adót úgy, hogy 4-20 mA DC jelet használjon az átvitelhez?

1. Biztonsági megfontolások veszélyes környezetben: A veszélyes környezetben való biztonság, különösen a robbanásbiztos műszerek esetében, megköveteli a műszer működésének fenntartásához szükséges statikus és dinamikus energiafogyasztás minimalizálását. A 4-20 mA DC szabványos jelet kibocsátó adók általában 24 V DC tápegységet használnak. Az egyenfeszültség alkalmazása elsősorban azért van így, mert kiküszöböli a nagy kondenzátorok és induktorok szükségességét, és a távadó és a vezérlőtermi műszer közötti összekötő vezetékek elosztott kapacitására és induktivitására összpontosít, ami jóval alacsonyabb, mint a hidrogéngáz gyújtóárama.

2. Az áramforrás átvitelt előnyben részesítik a feszültségforrással szemben: Olyan esetekben, amikor a terep és a vezérlőterem közötti távolság jelentős, a feszültségforrás jeleinek átvitelre történő használata jelentős hibákat okozhat a kábelellenállás és a bemenet által okozott feszültségesés miatt. a fogadó műszer ellenállása. Az áramforrás jelének távoli átvitelhez való használata biztosítja, hogy a hurokban lévő áram állandó maradjon, függetlenül a kábel hosszától, ezáltal megőrzi az átviteli pontosságot.

3. A 20 mA-es maximális áramerősség kiválasztása: A 20 mA-es maximális áram kiválasztása a biztonság, a praktikusság, az energiafogyasztás és a költség szempontjain alapul. A robbanásbiztos műszerek csak alacsony feszültséget és alacsony áramerősséget használhatnak. A 4-20mA áram és a 24V DC biztonságosan használható gyúlékony gázok jelenlétében. A 24 V egyenfeszültségű hidrogéngáz gyújtási árama 200 mA, ami lényegesen nagyobb, mint 20 mA. Ezenkívül olyan tényezőket is figyelembe vesznek, mint a gyártóhelyi műszerek közötti távolság, a terhelés, az energiafogyasztás, az elektronikai alkatrészek követelményei és a tápellátási követelmények.

4. A 4mA választása indítóáramként: A legtöbb 4-20mA-es távadó kétvezetékes rendszerben működik, ahol a tápegység és a terhelés sorba van kötve egy közös ponttal, és csak két vezetéket használnak jelkommunikációra. és tápellátás a terepi távadó és a vezérlőterem műszere között. A 4 mA-es indítóáram kiválasztása elengedhetetlen az adó áramkörének működéséhez. A 4 mA-es indítóáram, amely nem esik egybe a mechanikai nullaponttal, „aktív nullapontot” biztosít, amely segít azonosítani a hibákat, például az áramkimaradást és a kábelszakadásokat.

A 4-20 mA-es jelek használata minimális interferenciát, biztonságot és megbízhatóságot biztosít, így széles körben elfogadott szabvány az ipari alkalmazásokban. Azonban más kimeneti jelformátumok, például 3,33 mV/V, 2mV/V, 0-5V és 0-10 V is használhatók az érzékelőjelek jobb kezelésére és a különböző vezérlőrendszerek támogatására.