Чому 4-20 мА?

Що таке 4-20 мА?

Стандарт сигналу 4-20 мА постійного струму (1-5 В постійного струму) визначено Міжнародною електротехнічною комісією (IEC) і використовується для аналогових сигналів у системах керування процесами.

Загалом струм сигналу для приладів і лічильників встановлюється на 4-20 мА, де 4 мА означає мінімальний струм, а 20 мА — максимальний струм.

Чому вихідний струм?

У промислових умовах використання підсилювача сигналу для формування та передачі сигналів на великі відстані за допомогою сигналів напруги може призвести до кількох проблем. По-перше, сигнали напруги, що передаються по кабелю, можуть бути чутливими до шумових перешкод. По-друге, розподілений опір ліній електропередачі може викликати перепади напруги. По-третє, забезпечення живлення підсилювача сигналу в польових умовах може бути складним завданням.

Щоб вирішити ці проблеми та мінімізувати вплив шуму, для передачі сигналів використовується струм, оскільки він менш чутливий до шуму. Контур струму 4-20 мА використовує 4 мА для подання нульового сигналу та 20 мА для подання повного сигналу, при цьому сигнали нижче 4 мА та вище 20 мА використовуються для різних сигналів несправності.

Чому ми використовуємо 4-20 мА постійного струму (1-5 В постійного струму)?

Польові прилади можуть реалізовувати двопровідну систему, де джерело живлення та навантаження з’єднані послідовно зі спільною точкою, і лише два дроти використовуються для передачі сигналу та живлення між польовим передавачем і приладом диспетчерської. Використання сигналу постійного струму 4 мА як пускового струму забезпечує статичний робочий струм передавача, а встановлення електричної нульової точки на 4 мА постійного струму, яка не збігається з механічною нульовою точкою, дозволяє виявити такі несправності, як втрата живлення та обриви кабелю . Крім того, двопровідна система підходить для використання бар'єрів безпеки, що сприяє захисту від вибуху.

Прилади диспетчерської використовують паралельну передачу сигналу по напрузі, коли прилади, що належать до однієї системи керування, мають загальний термінал, що робить його зручним для тестування, налаштування, комп’ютерних інтерфейсів і пристроїв сигналізації.

Причина використання 4-20 мА постійного струму для передачі сигналу між польовими приладами та приладами диспетчерської полягає в тому, що відстань між полем і диспетчерською може бути значною, що призводить до більшого опору кабелю. Передача сигналів напруги на великі відстані може призвести до значних помилок через падіння напруги, спричинене опором кабелю та вхідним опором приймального приладу. Використання джерела сигналу постійного струму для віддаленої передачі гарантує, що струм у контурі залишається незмінним незалежно від довжини кабелю, гарантуючи точність передачі.

Причиною використання сигналу 1-5 В постійного струму для з’єднання між приладами диспетчерської є полегшення отримання кількома приладами одного сигналу та допомога в підключенні та створенні різних складних систем керування. Якщо джерело струму використовується як сигнал з’єднання, коли кілька приладів отримують один і той самий сигнал одночасно, їхні вхідні опори повинні бути з’єднані послідовно. Це перевищило б навантажувальну здатність передаючого приладу, а потенціали заземлення сигналу приймальних приладів були б різними, створюючи перешкоди та запобігаючи централізованому живленню.

Використання сигналу джерела напруги для з’єднання вимагає перетворення сигналу струму, який використовується для зв’язку з польовими приладами, у сигнал напруги. Найпростіший спосіб — підключити стандартний резистор на 250 Ом послідовно в ланцюг передачі струму, перетворюючи 4-20 мА постійного струму в 1-5 В постійного струму. Як правило, це завдання виконується за допомогою передавача.

На цій схемі використовується резистор на 250 Ом для перетворення сигналу струму 4-20 мА в сигнал напруги 1-5 В, а потім використовується RC-фільтр і діод, підключений до контакту AD-перетворення мікроконтролера.

«Тут додається проста схема для перетворення сигналу струму 4-20 мА в сигнал напруги:

Чому передавач вибрано для використання сигналу постійного струму 4-20 мА для передачі?

1. Заходи безпеки для небезпечних середовищ. Безпека у небезпечних середовищах, особливо для вибухозахищених приладів, вимагає мінімізації статичного та динамічного споживання енергії, необхідного для підтримки роботи приладу. Передавачі, які видають стандартний сигнал постійного струму 4-20 мА, зазвичай використовують джерело живлення 24 В постійного струму. Використання напруги постійного струму головним чином тому, що воно усуває потребу у великих конденсаторах і котушках індуктивності та зосереджується на розподіленій ємності та індуктивності з’єднувальних проводів між передавачем і приладом у диспетчерській, яка набагато нижча, ніж струм запалювання газоподібного водню.

2. Передача джерела струму є кращою перед джерелом напруги: у випадках, коли відстань між полем і диспетчерською є значною, використання сигналів джерела напруги для передачі може призвести до значних помилок через падіння напруги, спричинене опором кабелю та вхідним сигналом. опір приймального приладу. Використання сигналу джерела струму для віддаленої передачі гарантує, що струм у петлі залишається постійним, незалежно від довжини кабелю, таким чином зберігаючи точність передачі.

3. Вибір 20 мА як максимального струму: Вибір максимального струму 20 мА базується на міркуваннях безпеки, практичності, енергоспоживання та вартості. Вибухозахищені прилади можуть використовувати лише низьку напругу та малий струм. Струм 4-20 мА та 24 В постійного струму безпечні для використання в присутності легкозаймистих газів. Струм запалювання для газоподібного водню з 24 В постійного струму становить 200 мА, що значно перевищує 20 мА. Крім того, враховуються такі фактори, як відстань між приладами на виробництві, навантаження, енергоспоживання, вимоги до електронних компонентів і вимоги до джерела живлення.

4. Вибір 4 мА в якості початкового струму: більшість передавачів, які видають 4-20 мА, працюють у двопровідній системі, де джерело живлення та навантаження з’єднані послідовно в одній точці, і лише два дроти використовуються для передачі сигналу. і джерело живлення між польовим передавачем і приладом диспетчерської. Вибір початкового струму 4 мА є важливим для роботи схеми передавача. Початковий струм 4 мА, який не збігається з механічною нульовою точкою, забезпечує «активну нульову точку», яка допомагає ідентифікувати такі несправності, як втрата живлення та розрив кабелю.

Використання сигналів 4-20 мА забезпечує мінімальні перешкоди, безпеку та надійність, що робить його широко поширеним стандартом у промислових застосуваннях. Однак інші формати вихідного сигналу, такі як 3,33 мВ/В, 2 мВ/В, 0-5 В і 0-10 В, також використовуються для кращої обробки сигналів датчиків і підтримки різних систем керування.