Kwa nini 4-20mA?

4-20mA ni nini?

Kiwango cha mawimbi cha 4-20mA DC (1-5V DC) kinafafanuliwa na Tume ya Kimataifa ya Ufundi Electrotechnical (IEC) na hutumiwa kwa mawimbi ya analogi katika mifumo ya udhibiti wa mchakato.

Kwa ujumla, sasa ishara ya vyombo na mita imewekwa kwa 4-20mA, na 4mA inawakilisha kiwango cha chini cha sasa na 20mA kinachowakilisha kiwango cha juu cha sasa.

Kwa nini pato la sasa?

Katika mipangilio ya viwanda, kutumia amplifier ya ishara kwa hali na kusambaza ishara kwa umbali mrefu kwa kutumia ishara za voltage inaweza kusababisha masuala kadhaa. Kwanza, ishara za voltage zinazopitishwa juu ya nyaya zinaweza kuathiriwa na kuingiliwa kwa kelele. Pili, upinzani uliosambazwa wa mistari ya maambukizi inaweza kusababisha kushuka kwa voltage. Tatu, kutoa nguvu kwa amplifier ya ishara kwenye uwanja inaweza kuwa changamoto.

Ili kushughulikia masuala haya na kupunguza athari za kelele, mkondo hutumiwa kusambaza mawimbi kwa sababu hausikii kelele. Kitanzi cha sasa cha 4-20mA hutumia 4mA kuwakilisha mawimbi sufuri na 20mA kuwakilisha mawimbi ya kiwango kamili, mawimbi yaliyo chini ya 4mA na zaidi ya 20mA yanatumika kwa kengele mbalimbali za hitilafu.

Kwa nini tunatumia 4-20mA DC (1-5V DC)?

Vyombo vya shamba vinaweza kutekeleza mfumo wa waya mbili, ambapo ugavi wa umeme na mzigo huunganishwa katika mfululizo na hatua ya kawaida, na waya mbili tu hutumiwa kwa mawasiliano ya ishara na ugavi wa umeme kati ya transmitter ya shamba na chombo cha kudhibiti chumba. Kutumia mawimbi ya 4mA DC kama mkondo wa kuanzia hutoa mkondo wa kufanya kazi tuli kwa kisambaza data, na kuweka nukta sufuri ya umeme kwenye 4mA DC, ambayo hailingani na nukta sufuri ya mitambo, huruhusu ugunduzi wa hitilafu kama vile kupotea kwa nguvu na kukatika kwa kebo. . Zaidi ya hayo, mfumo wa waya mbili unafaa kwa kutumia vikwazo vya usalama, kusaidia katika ulinzi wa mlipuko.

Vyombo vya chumba cha kudhibiti hutumia upokezaji wa mawimbi ya volti-sambamba, ambapo ala zinazomilikiwa na mfumo huo wa kudhibiti hushiriki terminal ya kawaida, na kuifanya iwe rahisi kwa majaribio ya ala, marekebisho, violesura vya kompyuta na vifaa vya kengele.

Sababu ya kutumia 4-20mA DC kwa mawasiliano ya ishara kati ya vyombo vya shamba na vyombo vya kudhibiti chumba ni kwamba umbali kati ya shamba na chumba cha kudhibiti inaweza kuwa muhimu, na kusababisha upinzani wa juu wa cable. Kusambaza ishara za voltage kwa umbali mrefu kunaweza kusababisha makosa makubwa kutokana na kushuka kwa voltage kunasababishwa na upinzani wa cable na upinzani wa pembejeo wa chombo cha kupokea. Kutumia mawimbi ya mara kwa mara ya chanzo kwa upitishaji wa mbali huhakikisha kwamba mkondo wa sasa kwenye kitanzi unabaki bila kubadilika bila kujali urefu wa kebo, na hivyo kuthibitisha usahihi wa maambukizi.

Sababu ya kutumia ishara ya 1-5V DC kwa uunganisho kati ya vyombo vya kudhibiti chumba ni kuwezesha vyombo vingi kupokea ishara sawa na kusaidia katika wiring na kuunda mifumo mbalimbali ya udhibiti tata. Ikiwa chanzo cha sasa kinatumika kama mawimbi ya muunganisho, vyombo vingi vinapopokea mawimbi sawa kwa wakati mmoja, upinzani wa ingizo lazima uunganishwe kwa mfululizo. Hili lingezidi uwezo wa upakiaji wa chombo cha kusambaza, na uwezo wa ardhi wa mawimbi wa ala zinazopokea ungekuwa tofauti, ikileta mwingiliano na kuzuia usambazaji wa umeme wa kati.

Kutumia ishara ya chanzo cha voltage kwa uunganisho kunahitaji kubadilisha ishara ya sasa inayotumika kwa mawasiliano na vyombo vya shamba kuwa ishara ya voltage. Njia rahisi zaidi ni kuunganisha upinzani wa kawaida wa 250-ohm katika mfululizo katika mzunguko wa sasa wa maambukizi, kubadilisha 4-20mA DC hadi 1-5V DC. Kwa kawaida, kazi hii inakamilishwa na transmitter.

Mchoro huu hutumia kipingamizi cha 250-ohm kubadilisha mawimbi ya sasa ya 4-20mA kuwa mawimbi ya voltage ya 1-5V, na kisha hutumia kichujio cha RC na diodi iliyounganishwa kwenye pini ya ubadilishaji ya AD ya microcontroller.

"Hapa imeambatanisha mchoro rahisi wa mzunguko wa kubadilisha ishara ya sasa ya 4-20mA kuwa ishara ya voltage:

Kwa nini transmita huchaguliwa kutumia ishara ya 4-20mA DC kwa usambazaji?

1. Mazingatio ya usalama kwa mazingira hatari: Usalama katika mazingira hatarishi, hasa kwa vyombo visivyolipuka, unahitaji kupunguza matumizi ya nguvu tuli na yanayobadilika yanayohitajika ili kufanya chombo kifanye kazi. Transmita zinazotoa mawimbi ya kawaida ya 4-20mA DC kwa kawaida hutumia usambazaji wa umeme wa 24V DC. Matumizi ya voltage ya DC ni hasa kwa sababu huondoa hitaji la capacitors kubwa na inductors na inalenga katika capacitance iliyosambazwa na inductance ya waya za kuunganisha kati ya transmita na chombo cha kudhibiti chumba, ambacho ni cha chini sana kuliko sasa ya moto ya gesi ya hidrojeni.

2. Usambazaji wa chanzo cha sasa unapendelewa zaidi ya chanzo cha voltage: Katika hali ambapo umbali kati ya uwanja na chumba cha kudhibiti ni mkubwa, matumizi ya ishara za chanzo cha voltage kwa upitishaji inaweza kuanzisha makosa makubwa kutokana na kushuka kwa voltage kunakosababishwa na upinzani wa kebo na pembejeo. upinzani wa chombo cha kupokea. Kutumia ishara ya chanzo cha sasa kwa upitishaji wa mbali huhakikisha kwamba sasa katika kitanzi inabaki bila kubadilika, bila kujali urefu wa cable, na hivyo kudumisha usahihi wa maambukizi.

3. Chaguo la 20mA kama kiwango cha juu cha sasa: Chaguo la kiwango cha juu cha sasa cha 20mA inategemea masuala ya usalama, vitendo, matumizi ya nguvu na gharama. Vyombo visivyoweza kulipuka vinaweza tu kutumia volti ya chini na mkondo wa chini. Ya sasa ya 4-20mA na 24V DC ni salama kwa matumizi mbele ya gesi zinazowaka. Mkondo wa kuwasha kwa gesi ya hidrojeni yenye 24V DC ni 200mA, juu sana kuliko 20mA. Zaidi ya hayo, mambo kama vile umbali kati ya zana za tovuti ya uzalishaji, mzigo, matumizi ya nguvu, mahitaji ya sehemu ya kielektroniki na mahitaji ya usambazaji wa nishati huzingatiwa.

4. Chaguo la 4mA kama mkondo wa kuanzia: Visambazaji vingi vinavyotoa 4-20mA hufanya kazi katika mfumo wa waya mbili, ambapo usambazaji wa umeme na mzigo huunganishwa kwa mfululizo na hatua ya kawaida, na waya mbili tu hutumiwa kwa mawasiliano ya ishara. na usambazaji wa nguvu kati ya kisambazaji cha shamba na chombo cha kudhibiti chumba. Uchaguzi wa sasa wa kuanzia 4mA ni muhimu kwa mzunguko wa transmitter kufanya kazi. Mkondo wa kuanzia wa 4mA, usiolandana na nukta sufuri ya mitambo, hutoa "pointi sifuri inayotumika" ambayo husaidia kutambua hitilafu kama vile kupotea kwa nishati na kukatika kwa kebo.

Matumizi ya mawimbi ya 4-20mA huhakikisha kuingiliwa kidogo, usalama, na kutegemewa, na kuifanya kuwa kiwango kinachokubalika sana katika matumizi ya viwandani. Hata hivyo, miundo mingine ya mawimbi ya pato, kama vile 3.33mV/V, 2mV/V, 0-5V, na 0-10V, pia hutumiwa kushughulikia vyema mawimbi ya vitambuzi na kusaidia mifumo mbalimbali ya udhibiti.