Neden 4-20mA?

4-20mA nedir?

4-20mA DC (1-5V DC) sinyal standardı, Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC) tarafından tanımlanır ve proses kontrol sistemlerinde analog sinyaller için kullanılır.

Genel olarak, aletler ve sayaçlar için sinyal akımı 4-20mA'ya ayarlanır; 4mA minimum akımı ve 20mA maksimum akımı temsil eder.

Akım çıkışı neden?

Endüstriyel ortamlarda, voltaj sinyallerini kullanarak uzun mesafelerdeki sinyalleri koşullandırmak ve iletmek için bir sinyal amplifikatörü kullanmak çeşitli sorunlara yol açabilir. İlk olarak, kablolar üzerinden iletilen voltaj sinyalleri gürültü girişimine karşı duyarlı olabilir. İkincisi, iletim hatlarının dağıtılmış direnci voltaj düşüşlerine neden olabilir. Üçüncüsü, sahadaki sinyal amplifikatörüne güç sağlamak zor olabilir.

Bu sorunları çözmek ve gürültünün etkisini en aza indirmek için, gürültüye daha az duyarlı olduğundan sinyalleri iletmek için akım kullanılır. 4-20mA akım döngüsü sıfır sinyali temsil etmek için 4mA ve tam ölçekli sinyali temsil etmek için 20mA kullanır; 4mA'nın altındaki ve 20mA'nın üzerindeki sinyaller çeşitli arıza alarmları için kullanılır.

Neden 4-20mA DC (1-5V DC) kullanıyoruz?

Saha cihazları, güç kaynağının ve yükün ortak bir noktaya seri olarak bağlandığı ve saha vericisi ile kontrol odası cihazı arasındaki sinyal iletişimi ve güç kaynağı için yalnızca iki kablonun kullanıldığı iki kablolu bir sistemi uygulayabilir. Başlatma akımı olarak 4mA DC sinyalinin kullanılması, vericiye statik çalışma akımı sağlar ve mekanik sıfır noktasıyla örtüşmeyen elektriksel sıfır noktasının 4mA DC'ye ayarlanması, güç kaybı ve kablo kopması gibi arızaların tespitine olanak tanır. . Ek olarak, iki kablolu sistem güvenlik bariyerlerinin kullanılmasına uygundur ve patlama korumasına yardımcı olur.

Kontrol odası cihazları, aynı kontrol sistemine ait cihazların ortak bir terminali paylaştığı gerilim-paralel sinyal iletimini kullanır; bu da cihazı test etme, ayarlama, bilgisayar arayüzleri ve alarm cihazları için uygun hale getirir.

Saha cihazları ile kontrol odası cihazları arasındaki sinyal iletişimi için 4-20mA DC kullanılmasının nedeni, saha ile kontrol odası arasındaki mesafenin önemli olabilmesi ve bu durumun daha yüksek kablo direncine yol açabilmesidir. Gerilim sinyallerinin uzun mesafelere iletilmesi, kablo direnci ve alıcı cihazın giriş direncinden kaynaklanan gerilim düşüşü nedeniyle önemli hatalara neden olabilir. Uzaktan iletim için sabit bir akım kaynağı sinyalinin kullanılması, kablo uzunluğundan bağımsız olarak döngüdeki akımın değişmeden kalmasını sağlayarak iletim doğruluğunu garanti eder.

Kontrol odası cihazları arasında ara bağlantı için 1-5V DC sinyal kullanılmasının nedeni, birden fazla cihazın aynı sinyali almasını kolaylaştırmak ve çeşitli karmaşık kontrol sistemlerinin kablolanmasına ve oluşturulmasına yardımcı olmaktır. Ara bağlantı sinyali olarak bir akım kaynağı kullanılıyorsa, birden fazla cihaz aynı sinyali aynı anda aldığında giriş dirençleri seri olarak bağlanmalıdır. Bu, verici cihazın yük kapasitesini aşacaktır ve alıcı cihazların sinyal toprak potansiyelleri farklı olacak, girişime neden olacak ve merkezi güç beslemesini engelleyecektir.

Ara bağlantı için bir voltaj kaynağı sinyalinin kullanılması, saha cihazlarıyla iletişim için kullanılan akım sinyalinin bir voltaj sinyaline dönüştürülmesini gerektirir. En basit yöntem, akım iletim devresine standart 250 ohm'luk bir direnci seri bağlayarak 4-20mA DC'yi 1-5V DC'ye dönüştürmektir. Tipik olarak bu görev bir verici tarafından gerçekleştirilir.

Bu şema, 4-20mA akım sinyalini 1-5V voltaj sinyaline dönüştürmek için 250 ohm'luk bir direnç kullanır ve ardından bir RC filtresi ve mikro denetleyicinin AD dönüştürme pinine bağlı bir diyot kullanır.

“Burada 4-20mA akım sinyalini voltaj sinyaline dönüştürmek için basit bir devre şeması eklenmiştir:

Verici neden iletim için 4-20mA DC sinyali kullanacak şekilde seçildi?

1. Tehlikeli ortamlar için güvenlik hususları: Tehlikeli ortamlardaki güvenlik, özellikle patlamaya dayanıklı cihazlar için, cihazın çalışır durumda kalması için gerekli statik ve dinamik güç tüketiminin en aza indirilmesini gerektirir. 4-20mA DC standart sinyali veren vericiler genellikle 24V DC güç kaynağı kullanır. DC voltajının kullanılmasının temel nedeni, büyük kapasitörlere ve indüktörlere olan ihtiyacı ortadan kaldırması ve hidrojen gazının ateşleme akımından çok daha düşük olan, verici ile kontrol odası cihazı arasındaki bağlantı kablolarının dağıtılmış kapasitansına ve endüktansına odaklanmasıdır.

2. Gerilim kaynağı yerine akım kaynağı iletimi tercih edilir: Saha ile kontrol odası arasındaki mesafenin önemli olduğu durumlarda, iletim için gerilim kaynağı sinyallerinin kullanılması, kablo direnci ve girişin neden olduğu gerilim düşüşü nedeniyle önemli hatalara neden olabilir. Alıcı cihazın direnci. Uzaktan iletim için bir akım kaynağı sinyalinin kullanılması, kablo uzunluğundan bağımsız olarak döngüdeki akımın sabit kalmasını sağlar ve böylece iletim doğruluğunu korur.

3. Maksimum akım olarak 20mA seçimi: Maksimum 20mA akımın seçimi güvenlik, pratiklik, güç tüketimi ve maliyet dikkate alınarak yapılır. Patlamaya dayanıklı aletler yalnızca düşük voltaj ve düşük akım kullanabilir. 4-20mA akım ve 24V DC, yanıcı gazların bulunduğu ortamlarda kullanım için güvenlidir. 24V DC ile hidrojen gazının ateşleme akımı 200mA'dır, bu da 20mA'dan önemli ölçüde yüksektir. Ayrıca üretim sahası enstrümanları arasındaki mesafe, yük, güç tüketimi, elektronik bileşen gereksinimleri ve güç kaynağı gereksinimleri gibi faktörler de dikkate alınır.

4. Başlangıç ​​akımı olarak 4mA seçimi: 4-20mA çıkış veren çoğu verici, güç kaynağının ve yükün ortak bir noktaya seri olarak bağlandığı ve sinyal iletişimi için yalnızca iki kablonun kullanıldığı iki kablolu bir sistemde çalışır. ve saha vericisi ile kontrol odası cihazı arasındaki güç kaynağı. Verici devresinin çalışması için 4mA başlatma akımının seçimi önemlidir. Mekanik sıfır noktasıyla çakışmayan 4mA başlatma akımı, güç kaybı ve kablo kopmaları gibi arızaların tespit edilmesine yardımcı olan bir "aktif sıfır noktası" sağlar.

4-20 mA sinyallerinin kullanımı minimum düzeyde parazit, güvenlik ve güvenilirlik sağlar ve bu da onu endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak benimsenen standart haline getirir. Ancak 3,33mV/V, 2mV/V, 0-5V ve 0-10V gibi diğer çıkış sinyali formatları da sensör sinyallerini daha iyi işlemek ve çeşitli kontrol sistemlerini desteklemek için kullanılır.