Per què 4-20mA?

Què és 4-20mA?

L'estàndard de senyal de 4-20 mA DC (1-5 V DC) està definit per la Comissió Electrotècnica Internacional (IEC) i s'utilitza per a senyals analògics en sistemes de control de processos.

En general, el corrent de senyal per als instruments i comptadors s'estableix en 4-20 mA, amb 4 mA que representa el corrent mínim i 20 mA que representa el corrent màxim.

Per què és la sortida actual?

En entorns industrials, l'ús d'un amplificador de senyal per condicionar i transmetre senyals a llargues distàncies mitjançant senyals de tensió pot provocar diversos problemes.En primer lloc, els senyals de tensió transmesos per cables poden ser susceptibles a interferències de soroll.En segon lloc, la resistència distribuïda de les línies de transmissió pot provocar caigudes de tensió.En tercer lloc, proporcionar energia a l'amplificador de senyal al camp pot ser un repte.

Per abordar aquests problemes i minimitzar l'impacte del soroll, s'utilitza corrent per transmetre senyals perquè és menys sensible al soroll.El bucle de corrent de 4-20 mA utilitza 4 mA per representar el senyal zero i 20 mA per representar el senyal a escala completa, amb senyals per sota de 4 mA i per sobre de 20 mA utilitzats per a diverses alarmes d'error.

Per què fem servir 4-20mA DC (1-5V DC)?

Els instruments de camp poden implementar un sistema de dos cables, on la font d'alimentació i la càrrega es connecten en sèrie amb un punt comú, i només s'utilitzen dos cables per a la comunicació del senyal i l'alimentació entre el transmissor de camp i l'instrument de la sala de control.L'ús d'un senyal de 4 mA DC com a corrent d'arrencada proporciona corrent de funcionament estàtic al transmissor i l'establiment del punt zero elèctric a 4 mA DC, que no coincideix amb el punt zero mecànic, permet la detecció de fallades com la pèrdua de potència i les ruptures de cable. .A més, el sistema de dos cables és adequat per utilitzar barreres de seguretat, ajudant a la protecció contra explosions.

Els instruments de la sala de control utilitzen la transmissió de senyals en paral·lel de tensió, on els instruments que pertanyen al mateix sistema de control comparteixen un terminal comú, cosa que fa que sigui convenient per a proves d'instruments, ajust, interfícies d'ordinador i dispositius d'alarma.

El motiu d'utilitzar 4-20 mA DC per a la comunicació de senyal entre instruments de camp i instruments de sala de control és que la distància entre el camp i la sala de control pot ser significativa, donant lloc a una major resistència del cable.La transmissió de senyals de tensió a llargues distàncies pot provocar errors significatius a causa de la caiguda de tensió causada per la resistència del cable i la resistència d'entrada de l'instrument receptor.L'ús d'un senyal de font de corrent constant per a la transmissió remota garanteix que el corrent del bucle es mantingui sense canvis independentment de la longitud del cable, garantint la precisió de la transmissió.

El motiu d'utilitzar un senyal d'1-5 V CC per a la interconnexió entre els instruments de la sala de control és facilitar que diversos instruments rebin el mateix senyal i ajudar a cablejar i formar diversos sistemes de control complexos.Si s'utilitza una font de corrent com a senyal d'interconnexió, quan diversos instruments reben el mateix senyal simultàniament, les seves resistències d'entrada s'han de connectar en sèrie.Això superaria la capacitat de càrrega de l'instrument transmissor i els potencials de terra del senyal dels instruments receptors serien diferents, introduint interferències i impedint l'alimentació centralitzada.

L'ús d'un senyal de font de tensió per a la interconnexió requereix convertir el senyal de corrent utilitzat per a la comunicació amb instruments de camp en un senyal de tensió.El mètode més senzill és connectar una resistència estàndard de 250 ohms en sèrie al circuit de transmissió actual, convertint 4-20 mA DC a 1-5 V DC.Normalment, aquesta tasca es realitza mitjançant un transmissor.

Aquest diagrama utilitza una resistència de 250 ohms per convertir el senyal de corrent de 4-20 mA en un senyal de tensió d'1-5 V, i després utilitza un filtre RC i un díode connectat al pin de conversió AD del microcontrolador.

"Aquí s'adjunta un diagrama de circuit senzill per convertir un senyal de corrent de 4-20 mA en un senyal de tensió:

Per què es selecciona el transmissor per utilitzar un senyal de CC de 4-20 mA per a la transmissió?

1. Consideracions de seguretat per a entorns perillosos: la seguretat en entorns perillosos, especialment per als instruments a prova d'explosió, requereix minimitzar el consum d'energia estàtica i dinàmica necessària per mantenir l'instrument en funcionament.Els transmissors que emeten un senyal estàndard de 4-20 mA CC solen utilitzar una font d'alimentació de 24 V CC.L'ús de la tensió de corrent continu és principalment perquè elimina la necessitat de grans condensadors i inductors i se centra en la capacitat distribuïda i la inductància dels cables de connexió entre el transmissor i l'instrument de la sala de control, que és molt inferior al corrent d'encesa del gas hidrogen.

2. Es prefereix la transmissió de la font de corrent per sobre de la font de tensió: en els casos en què la distància entre el camp i la sala de control és considerable, l'ús de senyals de font de tensió per a la transmissió pot introduir errors significatius a causa de la caiguda de tensió causada per la resistència del cable i l'entrada. resistència de l'instrument receptor.L'ús d'un senyal de font de corrent per a la transmissió remota garanteix que el corrent en el bucle es mantingui constant, independentment de la longitud del cable, mantenint així la precisió de la transmissió.

3. L'elecció de 20mA com a corrent màxim: L'elecció d'un corrent màxim de 20mA es basa en consideracions de seguretat, practicitat, consum d'energia i cost.Els instruments a prova d'explosió només poden utilitzar baixa tensió i baix corrent.El corrent de 4-20 mA i 24 V CC són segurs per al seu ús en presència de gasos inflamables.El corrent d'encesa del gas d'hidrogen amb 24 V CC és de 200 mA, significativament superior a 20 mA.A més, es tenen en compte factors com la distància entre els instruments del lloc de producció, la càrrega, el consum d'energia, els requisits dels components electrònics i els requisits de la font d'alimentació.

4. L'elecció de 4 mA com a corrent d'arrencada: la majoria dels transmissors que emeten 4-20 mA funcionen en un sistema de dos cables, on la font d'alimentació i la càrrega es connecten en sèrie amb un punt comú i només s'utilitzen dos cables per a la comunicació del senyal i font d'alimentació entre el transmissor de camp i l'instrument de la sala de control.L'elecció d'un corrent d'arrencada de 4 mA és essencial perquè el circuit transmissor funcioni.Un corrent d'arrencada de 4 mA, que no coincideix amb el punt zero mecànic, proporciona un "punt zero actiu" que ajuda a identificar errors com ara pèrdues de potència i trencaments de cables.

L'ús de senyals de 4-20 mA garanteix una interferència mínima, seguretat i fiabilitat, cosa que el converteix en l'estàndard àmpliament adoptat en aplicacions industrials.Tanmateix, altres formats de senyal de sortida, com ara 3,33 mV/V, 2 mV/V, 0-5V i 0-10V, també s'utilitzen per gestionar millor els senyals del sensor i donar suport a diversos sistemes de control.