Paano gumagana ang 4-20 mA circuit

Ang "kasalukuyang loop" ay ginamit bilang interface ng paghahatid ng data noong 1950s. Sa una, ang operating kasalukuyang ng interface ay 60 mA, at nang maglaon, simula noong 1962, ang 20 mA kasalukuyang loop interface ay naging laganap sa teletype.

Noong 1980s, nang ang iba't ibang mga sensor, kagamitan sa automation at actuator ay nagsimulang malawak na ipinakilala sa mga teknolohikal na kagamitan, ang interface ng "kasalukuyang circuit" ay pinaliit ang saklaw ng mga operating currents nito - nagsimula itong mag-iba mula 4 hanggang 20 mA.

Ang karagdagang pagkalat ng «kasalukuyang loop» ay nagsimulang bumagal mula 1983, sa pagdating ng RS-485 interface standard, at ngayon ang «kasalukuyang loop» ay halos hindi na ginagamit sa mga bagong kagamitan tulad nito.

Ang kasalukuyang loop transmitter ay naiiba sa isang RS-485 transmitter dahil ito ay gumagamit ng kasalukuyang pinagmumulan sa halip na isang pinagmumulan ng boltahe.

Ang kasalukuyang, hindi katulad ng boltahe, na lumilipat mula sa pinagmulan kasama ang circuit, ay hindi nagbabago sa kasalukuyang halaga nito depende sa mga parameter ng pag-load. Samakatuwid, ang «kasalukuyang loop» ay hindi sensitibo sa alinman sa cable resistance, load resistance, o kahit na inductive noise EMF.

Bilang karagdagan, ang kasalukuyang loop ay hindi nakasalalay sa supply boltahe ng kasalukuyang pinagmulan mismo, ngunit maaari lamang magbago dahil sa mga pagtagas sa pamamagitan ng cable, na kadalasang hindi gaanong mahalaga. Ang katangiang ito ng kasalukuyang cycle ay ganap na tumutukoy sa mga paraan ng pagpapatupad nito.

Dapat pansinin na ang EMF ng capacitive pickup ay inilapat dito kahanay sa kasalukuyang pinagmulan, at ang shielding ay ginagamit upang pahinain ang parasitic effect nito.

Para sa kadahilanang ito, ang linya ng paghahatid ng signal ay karaniwang isang shielded twisted pair, na, nagtatrabaho kasama ng isang differential receiver, nag-iisa attenuates karaniwang mode at inductive ingay.

Sa gilid ng pagtanggap ng signal, ang kasalukuyang loop ay na-convert sa boltahe gamit ang isang naka-calibrate na risistor. At sa isang kasalukuyang ng 20 mA, isang boltahe ng karaniwang serye 2.5 V ay nakuha; 5V; 10V; - sapat lamang na gumamit ng isang risistor na may pagtutol na 125, 250 o 500 Ohm ayon sa pagkakabanggit.

Ang una at pangunahing kawalan ng interface ng «kasalukuyang loop» ay ang mababang bilis nito, na limitado sa bilis ng pagsingil sa kapasidad ng transmission cable mula sa nabanggit na kasalukuyang pinagmumulan na matatagpuan sa gilid ng pagpapadala.

Kaya, kapag gumagamit ng isang cable na 2 km ang haba, na may isang linear na kapasidad na 75 pF / m, ang kapasidad nito ay magiging 150 nF, na nangangahulugang ito ay tumatagal ng 38 μs upang singilin ang kapasidad na ito sa 5 volts sa isang kasalukuyang 20 mA, na tumutugma. sa rate ng paglilipat ng data na 4.5 kbps.

Nasa ibaba ang isang graphical na pag-asa ng maximum na magagamit na rate ng paghahatid ng data sa pamamagitan ng «kasalukuyang loop» sa haba ng cable na ginamit sa iba't ibang antas ng pagbaluktot (jitter) at sa iba't ibang mga boltahe, ang pagsusuri ay isinagawa sa parehong paraan tulad ng para sa RS Interface -485.

Ang isa pang kawalan ng «kasalukuyang loop» ay ang kakulangan ng isang tiyak na pamantayan para sa disenyo ng mga konektor at para sa mga de-koryenteng parameter ng mga cable, na naglilimita rin sa praktikal na aplikasyon ng interface na ito. Sa pagiging patas, mapapansin na sa katunayan, ang mga karaniwang tinatanggap ay mula 0 hanggang 20 mA at mula 4 hanggang 20 mA. Ang saklaw na 0 — 60 mA ay hindi gaanong ginagamit.

Ang pinaka-maaasahan na mga pag-unlad na nangangailangan ng paggamit ng "kasalukuyang loop" na interface, para sa karamihan sa ngayon ay gumagamit lamang ng 4 ... 20 mA na interface, na ginagawang posible upang madaling masuri ang isang line break. Bilang karagdagan, ang "kasalukuyang loop " ay maaaring digital o analog, depende sa mga kinakailangan ng developer (higit pa sa na mamaya).

Ang halos mababang rate ng data ng anumang uri ng «kasalukuyang loop» (analog o digital) ay nagpapahintulot na magamit ito nang sabay-sabay sa ilang mga receiver na konektado sa serye, at walang pagtutugma ng mahabang linya ay kinakailangan.

Analogue na bersyon ng "kasalukuyang cycle"

Ang analog na "kasalukuyang loop" ay nakahanap ng aplikasyon sa teknolohiya kung saan kinakailangan, halimbawa, upang magpadala ng mga signal mula sa mga sensor patungo sa mga controller o sa pagitan ng mga controller at actuator. Dito, ang kasalukuyang cycle ay nagbibigay ng ilang mga pakinabang.

Una sa lahat, ang hanay ng pagkakaiba-iba ng sinusukat na halaga, kapag ito ay nabawasan sa karaniwang hanay, ay nagbibigay-daan sa iyo na baguhin ang mga bahagi ng system. Ang kakayahang magpadala ng signal na may mataas na katumpakan (hindi hihigit sa + -0.05% na error) sa isang malaking distansya ay kapansin-pansin din. Sa wakas, ang kasalukuyang cycle standard ay sinusuportahan ng karamihan sa mga industriyal na automation vendor.

Ang 4 … 20 mA current loop ay may pinakamababang kasalukuyang 4 mA bilang signal reference point.Kaya, kung ang cable ay nasira, ang kasalukuyang ay magiging zero. Habang gumagamit ng 0 … 20 mA na kasalukuyang loop, magiging mas mahirap ang pag-diagnose ng cable break, dahil maaaring ipahiwatig lamang ng 0 mA ang minimum na halaga ng ipinadalang signal. Ang isa pang bentahe ng 4 … 20 mA na hanay ay na kahit na sa isang antas ng 4 mA ay posible na paganahin ang sensor nang walang anumang mga problema.

Nasa ibaba ang dalawang analog kasalukuyang diagram. Sa unang bersyon, ang power supply ay itinayo sa transmitter, habang sa pangalawang bersyon, ang power supply ay panlabas.

Ang built-in na power supply ay maginhawa sa mga tuntunin ng pag-install, at ang panlabas ay nagpapahintulot sa iyo na baguhin ang mga parameter nito depende sa layunin at mga kondisyon ng operating ng device kung saan ginagamit ang kasalukuyang loop.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng kasalukuyang loop ay pareho para sa parehong mga circuit. Sa isip, ang isang op-amp ay may walang katapusang malaking panloob na resistensya at zero current sa mga input nito, na nangangahulugan na ang boltahe sa mga input nito ay zero din sa simula.

Kaya, ang kasalukuyang sa pamamagitan ng risistor sa transmitter ay depende lamang sa halaga ng input boltahe at magiging katumbas ng kasalukuyang sa buong loop, habang hindi ito nakasalalay sa paglaban ng pagkarga. Samakatuwid, ang boltahe ng input ng receiver ay madaling matukoy.

Ang op-amp circuit ay may kalamangan na nagpapahintulot sa iyo na i-calibrate ang transmitter nang hindi kinakailangang ikonekta ang isang receiver cable dito, dahil ang error na ipinakilala ng receiver at cable ay napakaliit.

Ang output boltahe ay pinili batay sa mga pangangailangan ng transistor ng paghahatid para sa normal na operasyon nito sa aktibong mode, pati na rin sa kondisyon para sa pagpunan ng pagbaba ng boltahe sa mga wire, ang transistor mismo at ang mga resistors.

Sabihin na ang resistors ay 500 ohms at ang cable ay 100 ohms. Pagkatapos, upang makakuha ng kasalukuyang 20 mA, kinakailangan ang isang boltahe na pinagmumulan ng 22 V. Ang pinakamalapit na karaniwang boltahe ay pinili - 24 V. Ang labis na kapangyarihan mula sa limitasyon ng boltahe ay mawawala lamang sa transistor.

Tandaan na ipinapakita ang parehong mga chart galvanic na paghihiwalay sa pagitan ng yugto ng transmitter at ng input ng transmitter. Ginagawa ito upang maiwasan ang anumang maling koneksyon sa pagitan ng transmitter at ng receiver.

Bilang isang halimbawa ng isang transmitter para sa pagbuo ng isang analog kasalukuyang loop, maaari naming banggitin ang isang tapos na produkto NL-4AO na may apat na analog output channel para sa pagkonekta ng isang computer sa isang actuator gamit ang 4 ... 20 mA o 0 ... 20 mA » kasalukuyang cycle « protocol.

Nakikipag-ugnayan ang module sa computer sa pamamagitan ng RS-485 protocol. Ang aparato ay kasalukuyang naka-calibrate upang mabayaran ang mga error sa conversion at isagawa ang mga utos na ibinigay ng computer. Ang mga coefficient ng pagkakalibrate ay nakaimbak sa memorya ng device. Ang digital data ay na-convert sa analog gamit ang isang DAC.

Digital na bersyon ng «kasalukuyang cycle»

Gumagana ang digital current loop, bilang panuntunan, sa 0 ... 20 mA mode, dahil mas madaling kopyahin ang digital signal sa form na ito. Ang katumpakan ng mga antas ng lohika ay hindi napakahalaga dito, kaya ang kasalukuyang pinagmumulan ng loop ay maaaring magkaroon ng hindi masyadong mataas na panloob na pagtutol at medyo mababa ang katumpakan.

Sa diagram sa itaas, na may boltahe ng supply na 24 V, ang 0.8 V ay bumaba sa input ng receiver, na nangangahulugang sa isang risistor na 1.2 kΩ, ang kasalukuyang ay magiging 20 mA. Ang pagbaba ng boltahe sa cable, kahit na ang paglaban nito ay 10% ng kabuuang resistensya ng loop, ay maaaring mapabayaan, pati na rin ang pagbaba ng boltahe sa optocoupler.Sa pagsasagawa, sa ilalim ng mga kundisyong ito, ang transmiter ay maaaring ituring na isang kasalukuyang pinagmulan.