Mengapa 4-20mA?

Apakah 4-20mA?

Piawaian isyarat 4-20mA DC (1-5V DC) ditakrifkan oleh Suruhanjaya Elektroteknikal Antarabangsa (IEC) dan digunakan untuk isyarat analog dalam sistem kawalan proses.

Secara umum, arus isyarat untuk instrumen dan meter ditetapkan kepada 4-20mA, dengan 4mA mewakili arus minimum dan 20mA mewakili arus maksimum.

Mengapa keluaran semasa?

Dalam tetapan industri, menggunakan penguat isyarat untuk mengkondisikan dan menghantar isyarat pada jarak jauh menggunakan isyarat voltan boleh membawa kepada beberapa isu. Pertama, isyarat voltan yang dihantar melalui kabel boleh terdedah kepada gangguan bunyi. Kedua, rintangan teragih saluran penghantaran boleh menyebabkan penurunan voltan. Ketiga, memberikan kuasa kepada penguat isyarat di lapangan boleh mencabar.

Untuk menangani isu ini dan meminimumkan kesan hingar, arus digunakan untuk menghantar isyarat kerana ia kurang sensitif kepada hingar. Gelung semasa 4-20mA menggunakan 4mA untuk mewakili isyarat sifar dan 20mA untuk mewakili isyarat skala penuh, dengan isyarat di bawah 4mA dan melebihi 20mA digunakan untuk pelbagai penggera kerosakan.

Mengapa kita menggunakan 4-20mA DC (1-5V DC)?

Instrumen medan boleh melaksanakan sistem dua wayar, di mana bekalan kuasa dan beban disambungkan secara bersiri dengan titik sepunya, dan hanya dua wayar digunakan untuk komunikasi isyarat dan bekalan kuasa antara pemancar medan dan instrumen bilik kawalan. Menggunakan isyarat DC 4mA sebagai arus permulaan menyediakan arus operasi statik kepada pemancar, dan menetapkan titik sifar elektrik pada 4mA DC, yang tidak bertepatan dengan titik sifar mekanikal, membolehkan pengesanan kerosakan seperti kehilangan kuasa dan putus kabel . Selain itu, sistem dua wayar sesuai untuk menggunakan halangan keselamatan, membantu dalam perlindungan letupan.

Instrumen bilik kawalan menggunakan penghantaran isyarat voltan selari, di mana instrumen yang dimiliki oleh sistem kawalan yang sama berkongsi terminal yang sama, menjadikannya mudah untuk ujian instrumen, pelarasan, antara muka komputer dan peranti penggera.

Sebab untuk menggunakan 4-20mA DC untuk komunikasi isyarat antara instrumen medan dan instrumen bilik kawalan ialah jarak antara medan dan bilik kawalan boleh menjadi ketara, yang membawa kepada rintangan kabel yang lebih tinggi. Menghantar isyarat voltan pada jarak jauh boleh mengakibatkan ralat yang ketara disebabkan oleh penurunan voltan yang disebabkan oleh rintangan kabel dan rintangan input instrumen penerima. Menggunakan isyarat sumber arus malar untuk penghantaran jauh memastikan arus dalam gelung kekal tidak berubah tanpa mengira panjang kabel, menjamin ketepatan penghantaran.

Sebab untuk menggunakan isyarat DC 1-5V untuk sambungan antara instrumen bilik kawalan adalah untuk memudahkan berbilang instrumen menerima isyarat yang sama dan untuk membantu dalam pendawaian dan membentuk pelbagai sistem kawalan yang kompleks. Jika sumber arus digunakan sebagai isyarat interkoneksi, apabila berbilang instrumen menerima isyarat yang sama secara serentak, rintangan inputnya mesti disambung secara bersiri. Ini akan melebihi kapasiti beban alat pemancar, dan potensi tanah isyarat bagi instrumen penerima akan berbeza, memperkenalkan gangguan dan menghalang bekalan kuasa berpusat.

Menggunakan isyarat sumber voltan untuk sambungan memerlukan menukar isyarat semasa yang digunakan untuk komunikasi dengan instrumen medan kepada isyarat voltan. Kaedah paling mudah ialah menyambung perintang standard 250-ohm secara bersiri dalam litar penghantaran semasa, menukar 4-20mA DC kepada 1-5V DC. Biasanya, tugas ini dicapai oleh pemancar.

Gambar rajah ini menggunakan perintang 250-ohm untuk menukar isyarat arus 4-20mA kepada isyarat voltan 1-5V, dan kemudian ia menggunakan penapis RC dan diod yang disambungkan ke pin penukaran AD mikropengawal.

"Di sini dilampirkan gambar rajah litar ringkas untuk menukar isyarat arus 4-20mA kepada isyarat voltan:

Mengapakah pemancar dipilih untuk menggunakan isyarat DC 4-20mA untuk penghantaran?

1. Pertimbangan keselamatan untuk persekitaran berbahaya: Keselamatan dalam persekitaran berbahaya, terutamanya untuk instrumen kalis letupan, memerlukan meminimumkan penggunaan kuasa statik dan dinamik yang diperlukan untuk memastikan instrumen beroperasi. Pemancar yang mengeluarkan isyarat standard DC 4-20mA biasanya menggunakan bekalan kuasa DC 24V. Penggunaan voltan DC adalah terutamanya kerana ia menghapuskan keperluan untuk kapasitor dan induktor yang besar dan memberi tumpuan kepada kemuatan teragih dan induktansi wayar penyambung antara pemancar dan instrumen bilik kawalan, yang jauh lebih rendah daripada arus pencucuhan gas hidrogen.

2. Penghantaran punca arus lebih diutamakan berbanding punca voltan: Dalam kes di mana jarak antara medan dan bilik kawalan adalah jauh, penggunaan isyarat punca voltan untuk penghantaran boleh menyebabkan ralat yang ketara disebabkan oleh penurunan voltan yang disebabkan oleh rintangan kabel dan input rintangan instrumen penerima. Menggunakan isyarat sumber semasa untuk penghantaran jauh memastikan arus dalam gelung kekal malar, tanpa mengira panjang kabel, dengan itu mengekalkan ketepatan penghantaran.

3. Pilihan 20mA sebagai arus maksimum: Pilihan arus maksimum 20mA adalah berdasarkan pertimbangan keselamatan, kepraktisan, penggunaan kuasa dan kos. Instrumen kalis letupan hanya boleh menggunakan voltan rendah dan arus rendah. Arus 4-20mA dan 24V DC adalah selamat untuk digunakan dengan kehadiran gas mudah terbakar. Arus pencucuhan untuk gas hidrogen dengan 24V DC ialah 200mA, jauh lebih tinggi daripada 20mA. Selain itu, faktor seperti jarak antara instrumen tapak pengeluaran, beban, penggunaan kuasa, keperluan komponen elektronik dan keperluan bekalan kuasa diambil kira.

4. Pilihan 4mA sebagai arus permulaan: Kebanyakan pemancar yang mengeluarkan 4-20mA beroperasi dalam sistem dua wayar, di mana bekalan kuasa dan beban disambungkan secara bersiri dengan titik sepunya, dan hanya dua wayar digunakan untuk komunikasi isyarat dan bekalan kuasa antara pemancar medan dan instrumen bilik kawalan. Pilihan arus permulaan 4mA adalah penting untuk litar pemancar beroperasi. Arus permulaan 4mA, tidak bertepatan dengan titik sifar mekanikal, menyediakan "titik sifar aktif" yang membantu mengenal pasti kerosakan seperti kehilangan kuasa dan putus kabel.

Penggunaan isyarat 4-20mA memastikan gangguan, keselamatan dan kebolehpercayaan yang minimum, menjadikannya standard yang diterima pakai secara meluas dalam aplikasi industri. Walau bagaimanapun, format isyarat keluaran lain, seperti 3.33mV/V, 2mV/V, 0-5V dan 0-10V, juga digunakan untuk mengendalikan isyarat penderia dengan lebih baik dan menyokong pelbagai sistem kawalan.