¿Por qué los transmisores y sensores deberían usar una señal de transmisión de 4 a 20 mA?

¿Por qué los transmisores y sensores deberían usar una señal de transmisión de 4 a 20 mA?

I. ¿Qué es un sistema de señalización de 4～20mA.DC (1～5V.DC)?

El sistema de señales de 4 a 20 mA CC (1 a 5 V CC) es el estándar de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) para sistemas de control de procesos analógicos. Nuestro país, a partir de la instrumentación eléctrica tipo DDZ-III, comenzó a utilizar este sistema de señalización estándar internacional. La señal de transmisión del instrumento utiliza 4 a 20 mA CC y la señal de contacto utiliza 1 a 5 V CC; es decir, se utiliza un sistema de transmisión de corriente y recepción de tensión.

Principio de funcionamiento del circuito de corriente de 4~20 mA:

En el ámbito industrial, el uso de un amplificador de instrumentación para acondicionar la señal y transmitirla a través de una línea larga genera los siguientes problemas: en primer lugar, dado que la señal transmitida es una señal de voltaje, la línea de transmisión se ve afectada por el ruido; en segundo lugar, la resistencia de distribución de la línea de transmisión genera una caída de voltaje; en tercer lugar, también resulta problemático cómo proporcionar el voltaje de funcionamiento del amplificador de instrumentación en el campo.

Para solucionar los problemas mencionados y evitar la influencia del ruido, utilizamos corriente para transmitir la señal, ya que la corriente no es sensible al ruido. El bucle de corriente de 4 a 20 mA se utiliza para indicar la señal cero con 4 mA y la señal a escala completa con 20 mA. Las señales inferiores a 4 mA y superiores a 20 mA se utilizan para diversos tipos de alarmas de fallos.

(Fuente de la imagen: Internet)

Segundo, ¿cuáles son las ventajas del sistema de señal de 4 ~ 20 mA CC (1 ~ 5 V CC)?

La instrumentación de campo se puede realizar mediante un sistema de dos cables, el llamado sistema de dos cables en el que la fuente de alimentación y la carga están en serie, hay un punto común, y el transmisor de campo y la instrumentación de la sala de control antes del contacto de señal y la fuente de alimentación tienen solo dos cables. Debido a que la corriente de arranque de la señal de Sensor de temperatura 4-20 mA El transmisor proporciona una corriente de funcionamiento estática, mientras que el punto cero eléctrico del instrumento, de 4 mA CC, no coincide con el punto cero mecánico. Este "cero dinámico" facilita la identificación de cortes de energía, desconexiones y otras fallas. Además, el sistema de dos hilos permite el uso de la red de seguridad, lo que contribuye a la seguridad y la protección contra explosiones.

La instrumentación de la sala de control utiliza transmisión de señal de voltaje en paralelo, el mismo sistema de control pertenece a la instrumentación entre el terminal público, fácil de detectar el instrumento, instrumentación reguladora, computadoras, dispositivos de alarma y cableado conveniente.

La razón para usar 4~20mA.DC como señal de contacto entre el instrumento de campo y el instrumento de la sala de control es que: debido a que la distancia entre el campo y la sala de control es grande, la resistencia de los cables de conexión es grande, si se usa la señal de voltaje para la transmisión remota, es mejor que la resistencia de los cables y la división de voltaje de la resistencia de entrada del instrumento receptor, lo que producirá un gran error mientras que usar la señal de la fuente de corriente constante como transmisión remota siempre que el bucle de transmisión no se ramifique, la corriente en el bucle no cambiará con la longitud de los cables, y la corriente en el bucle no cambiará con la longitud de los cables, lo que garantiza la precisión de la transmisión.

La razón para usar 1~5 V CC como señal de contacto entre los instrumentos en la sala de control es facilitar la recepción común de la misma señal por múltiples instrumentos y simplificar el cableado y la configuración de diversos sistemas de control complejos. Si se utiliza una fuente de corriente como señal de contacto, cuando más de un instrumento recibe la misma señal, sus resistencias de entrada deben conectarse en serie, lo que provoca que la resistencia de carga máxima supere la capacidad de carga del instrumento transmisor. Además, el potencial del extremo negativo de la señal del instrumento receptor es diferente, lo que introduce interferencias y no se puede realizar con una única fuente de alimentación centralizada.

El uso de la señal de contacto de la fuente de voltaje, el contacto con la instrumentación de campo con la señal de corriente debe convertirse en una señal de voltaje, la forma más simple es: en el bucle de transmisión de corriente en serie con una resistencia estándar de 250Ω, el sensor de temperatura de 4-20mA.DC se convierte a 1 ~ 5V.DC, generalmente por el distribuidor para completar esta tarea.

En tercer lugar, ¿por qué los transmisores eligen entre 4 y 20 mA CC para la señal de transmisión?

1. Primero, aplicación práctica de las consideraciones de seguridad.

La seguridad se centra en instrumentos de chispa de seguridad a prueba de explosiones para considerar, y controlar la energía del instrumento como requisito previo para mantener el funcionamiento normal del instrumento, el consumo de energía estática y dinámica se reduce al mínimo. Salida 4 ~ 20 mA.DC transmisor de señal estándar, su voltaje de alimentación es generalmente 24 V.DC, la razón principal para el uso de voltaje DC es que no se pueden usar condensadores e inductores de gran capacidad, solo es necesario considerar el transmisor y la instrumentación de la sala de control conectados a la distribución de capacitancia e inductancia del cable, por ejemplo, 2 mm 2 cable y su distribución de capacitancia de 0,05 μ/km aproximadamente; para un solo cable inductancia de 0,4 mH/km aproximadamente; mucho menor que la detonación de hidrógeno.km aproximadamente; mucho menor que el valor de la detonación de hidrógeno, lo que obviamente es muy favorable a la protección contra explosiones.

2. La transmisión de señales con una fuente de corriente es mejor que con una fuente de voltaje.

Debido a la distancia entre el lugar del incidente y la sala de control, la resistencia del cable de conexión es grande. Si se transmite una señal de fuente de voltaje, debido a la resistencia del cable y la resistencia de entrada del instrumento receptor, se producirá un gran error. Si se transmite una señal de fuente de corriente de forma remota, siempre que el bucle de transmisión no presente ramificaciones, la corriente en el bucle no cambiará con la longitud del cable, lo que garantiza la precisión de la transmisión.

3. La selección de corriente de señal máxima de 20 mA se debe a:

La elección de una corriente máxima de 20 mA se basa en consideraciones de seguridad, practicidad, consumo de energía y costo. La instrumentación de chispa segura solo se puede utilizar para bajo voltaje, baja corriente, corriente de 4 ~ 20 mA y 24 V CC también es segura para hidrógeno inflamable, para 24 V CC corriente de detonación de hidrógeno de 200 mA, mucho más que 20 mA, además de considerar integralmente la distancia de conexión entre la instrumentación del sitio de producción, con la carga y otros factores; y problemas de consumo de energía y costo, los requisitos de los componentes electrónicos, requisitos de potencia de la fuente de alimentación y otros factores. Requisitos para componentes electrónicos, fuente de alimentación y otros factores.

4. La corriente de arranque de la señal debe elegirse por 4 mA.

Salida de transmisor de 4 ~ 20mA a la mayoría de sistemas de dos hilos, sistema de dos hilos, es decir, la fuente de alimentación, la carga está conectada en serie, hay un punto común, y el transmisor de campo y la instrumentación de la sala de control entre el contacto de señal y la fuente de alimentación con solo dos hilos. ¿Por qué la señal del punto de inicio no es 0mA? Esto se basa en dos puntos: Primero, el circuito del transmisor no funcionará sin corriente estática, la corriente del punto de inicio de la señal de 4mA.DC, no coincide con el cero mecánico, este "cero vivo" es propicio para la identificación de cortes de energía y desconexiones y otras fallas.

Cuatro, ¿el origen del sensor de 4 ~ 20 mA?

La razón para utilizar la señal actual es que no se ve fácilmente perturbada, y la fuente de corriente de resistencia interna es infinita, la resistencia del cable en serie en el bucle no afecta la precisión, en un cable de par trenzado común se puede transmitir a cientos de metros.

La razón para usar la señal de corriente es que no es fácil de perturbar, porque la amplitud del voltaje de ruido en el campo industrial puede alcanzar varios V, pero la potencia del ruido es muy débil, por lo que la corriente de ruido suele ser menor que el nivel de nA, por lo que el error llevado a la transmisión de 4-20mA es muy pequeño; la resistencia interna de la fuente de corriente tiende a ser infinita, y la resistencia del cable conductor está conectada en serie en el bucle sin afectar la precisión, por lo que puede transmitir cientos de metros en el cable de par trenzado común; debido a la gran resistencia interna de la fuente de corriente y la resistencia constante, la resistencia del cable conductor está conectada en serie en el bucle sin afectar la precisión, por lo que puede transmitir cientos de metros en el cable de par trenzado común. Debido a la gran resistencia interna de la fuente de corriente y la salida de corriente constante, solo necesitamos colocar una resistencia de 250 ohmios a tierra en el extremo receptor para obtener un voltaje de 0-5V, la ventaja del receptor de baja impedancia de entrada es que el nivel de nA del ruido de corriente de entrada produce solo un ruido de voltaje muy débil.

El límite superior de 20 mA se toma debido a los requisitos de seguridad contra explosiones: la energía de la chispa causada por la interrupción de una corriente de 20 mA no es suficiente para encender el gas. La razón por la que el límite inferior no se toma como 0 mA es para poder detectar cortes de línea: en operación normal no será inferior a 4 mA, y cuando la línea de transmisión se corta debido a una falla, la corriente del bucle cae a 0. A menudo se toma 2 mA como valor de alarma para una línea rota. El transmisor de corriente convertirá en cantidades físicas de salida de corriente de 4 a 20 mA, por lo que debe haber una fuente de alimentación externa para su alimentación. Lo más típico es que el transmisor necesite dos líneas de alimentación, más dos líneas de salida de corriente, un total de 4 cables que deben conectarse, lo que se denomina transmisor de cuatro cables. Por supuesto, la salida de corriente puede ser común con la fuente de alimentación, una línea común VCC o GND, lo que puede ahorrar un cable, lo que se denomina transmisor de tres cables. De hecho, puede observar que la propia corriente de 4-20 mA puede alimentar el transmisor. El transmisor en el circuito es equivalente a una carga especial, lo especial es que el consumo de corriente de potencia del transmisor está entre 4 y 20 mA según 4 sensores de temperatura de 20 mA Salida y cambio. El medidor de visualización simplemente se conecta al circuito. Este tipo de transmisor requiere solo dos cables externos y, por lo tanto, se denomina transmisor de dos hilos. El límite inferior del estándar de bucle de corriente industrial es de 4 mA, por lo que el transmisor se alimenta con al menos 4 mA siempre que esté dentro del rango.

Por lo tanto, la señal de salida de 4-20 mA generalmente no se ve afectada fácilmente, es segura y confiable, por lo que la industria la utiliza comúnmente en señales de salida de alimentación de dos hilos de 4-20 mA. Sin embargo, para gestionar mejor la señal del sensor de temperatura de 4-20 mA, existen otras formas de señales de salida: 3,33 mV/V; 2 mV/V; 0-5 V; 0-10 V, etc.