Mengapa 4-20mA?

Apa itu 4-20mA?

Standar sinyal 4-20mA DC (1-5V DC) ditentukan oleh International Electrotechnical Commission (IEC) dan digunakan untuk sinyal analog dalam sistem kontrol proses.

Secara umum, arus sinyal untuk instrumen dan meter diatur ke 4-20mA, dengan 4mA mewakili arus minimum dan 20mA mewakili arus maksimum.

Mengapa keluaran saat ini?

Dalam lingkungan industri, penggunaan penguat sinyal untuk mengkondisikan dan mengirimkan sinyal jarak jauh menggunakan sinyal tegangan dapat menyebabkan beberapa masalah.Pertama, sinyal tegangan yang ditransmisikan melalui kabel rentan terhadap gangguan kebisingan.Kedua, resistansi terdistribusi pada saluran transmisi dapat menyebabkan penurunan tegangan.Ketiga, menyediakan daya ke penguat sinyal di lapangan merupakan suatu tantangan.

Untuk mengatasi masalah ini dan meminimalkan dampak kebisingan, arus digunakan untuk mengirimkan sinyal karena kurang sensitif terhadap kebisingan.Loop arus 4-20mA menggunakan 4mA untuk mewakili sinyal nol dan 20mA untuk mewakili sinyal skala penuh, dengan sinyal di bawah 4mA dan di atas 20mA digunakan untuk berbagai alarm kesalahan.

Mengapa kita menggunakan 4-20mA DC (1-5V DC)?

Instrumen lapangan dapat menerapkan sistem dua kabel, dimana catu daya dan beban dihubungkan secara seri dengan titik yang sama, dan hanya dua kabel yang digunakan untuk komunikasi sinyal dan catu daya antara pemancar lapangan dan instrumen ruang kendali.Menggunakan sinyal DC 4mA sebagai arus awal memberikan arus operasi statis ke pemancar, dan mengatur titik nol listrik pada 4mA DC, yang tidak bertepatan dengan titik nol mekanis, memungkinkan deteksi kesalahan seperti kehilangan daya dan putusnya kabel. .Selain itu, sistem dua kabel cocok untuk menggunakan penghalang keselamatan, membantu perlindungan ledakan.

Instrumen ruang kontrol menggunakan transmisi sinyal tegangan-paralel, di mana instrumen yang termasuk dalam sistem kontrol yang sama berbagi terminal yang sama, sehingga memudahkan pengujian instrumen, penyesuaian, antarmuka komputer, dan perangkat alarm.

Alasan penggunaan DC 4-20mA untuk komunikasi sinyal antara instrumen lapangan dan instrumen ruang kendali adalah karena jarak antara lapangan dan ruang kendali bisa sangat jauh, sehingga menyebabkan resistansi kabel lebih tinggi.Transmisi sinyal tegangan jarak jauh dapat mengakibatkan kesalahan yang signifikan akibat penurunan tegangan yang disebabkan oleh resistansi kabel dan resistansi input instrumen penerima.Menggunakan sinyal sumber arus konstan untuk transmisi jarak jauh memastikan bahwa arus dalam loop tetap tidak berubah terlepas dari panjang kabel, sehingga menjamin keakuratan transmisi.

Alasan penggunaan sinyal 1-5V DC untuk interkoneksi antar instrumen ruang kendali adalah untuk memfasilitasi beberapa instrumen menerima sinyal yang sama dan untuk membantu pengkabelan dan membentuk berbagai sistem kendali yang kompleks.Jika sumber arus digunakan sebagai sinyal interkoneksi, ketika beberapa instrumen menerima sinyal yang sama secara bersamaan, resistansi masukannya harus dihubungkan secara seri.Hal ini akan melebihi kapasitas beban instrumen pemancar, dan potensi ground sinyal dari instrumen penerima akan berbeda, sehingga menimbulkan interferensi dan mencegah pasokan daya terpusat.

Penggunaan sinyal sumber tegangan untuk interkoneksi memerlukan konversi sinyal arus yang digunakan untuk komunikasi dengan instrumen lapangan menjadi sinyal tegangan.Metode paling sederhana adalah dengan menghubungkan resistor standar 250 ohm secara seri di rangkaian transmisi arus, mengubah 4-20mA DC menjadi 1-5V DC.Biasanya, tugas ini diselesaikan oleh pemancar.

Diagram ini menggunakan resistor 250 ohm untuk mengubah sinyal arus 4-20mA menjadi sinyal tegangan 1-5V, kemudian menggunakan filter RC dan dioda yang dihubungkan ke pin konversi AD mikrokontroler.

“Di sini terlampir diagram rangkaian sederhana untuk mengubah sinyal arus 4-20mA menjadi sinyal tegangan:

Mengapa pemancar dipilih untuk menggunakan sinyal DC 4-20mA untuk transmisi?

1. Pertimbangan keselamatan untuk lingkungan berbahaya: Keselamatan di lingkungan berbahaya, khususnya untuk instrumen tahan ledakan, memerlukan minimalisasi konsumsi daya statis dan dinamis yang diperlukan untuk menjaga instrumen tetap beroperasi.Pemancar yang mengeluarkan sinyal standar DC 4-20mA biasanya menggunakan catu daya 24V DC.Penggunaan tegangan DC terutama karena menghilangkan kebutuhan akan kapasitor dan induktor yang besar dan berfokus pada kapasitansi terdistribusi dan induktansi kabel penghubung antara pemancar dan instrumen ruang kontrol, yang jauh lebih rendah daripada arus penyalaan gas hidrogen.

2. Transmisi sumber arus lebih disukai daripada sumber tegangan: Dalam kasus di mana jarak antara lapangan dan ruang kendali cukup jauh, penggunaan sinyal sumber tegangan untuk transmisi dapat menimbulkan kesalahan yang signifikan karena penurunan tegangan yang disebabkan oleh hambatan kabel dan masukan. resistensi instrumen penerima.Menggunakan sinyal sumber arus untuk transmisi jarak jauh memastikan bahwa arus dalam loop tetap konstan, berapa pun panjang kabelnya, sehingga menjaga keakuratan transmisi.

3. Pemilihan arus maksimum 20mA: Pemilihan arus maksimum 20mA didasarkan pada pertimbangan keamanan, kepraktisan, konsumsi daya, dan biaya.Instrumen tahan ledakan hanya dapat menggunakan tegangan rendah dan arus rendah.Arus 4-20mA dan 24V DC aman digunakan di hadapan gas yang mudah terbakar.Arus pengapian untuk gas hidrogen dengan 24V DC adalah 200mA, jauh lebih tinggi dari 20mA.Selain itu, faktor-faktor seperti jarak antara instrumen lokasi produksi, beban, konsumsi daya, persyaratan komponen elektronik, dan persyaratan catu daya juga diperhitungkan.

4. Pemilihan 4mA sebagai arus awal: Kebanyakan pemancar dengan keluaran 4-20mA beroperasi dalam sistem dua kabel, di mana catu daya dan beban dihubungkan secara seri dengan titik yang sama, dan hanya dua kabel yang digunakan untuk komunikasi sinyal dan catu daya antara pemancar lapangan dan instrumen ruang kontrol.Pemilihan arus awal 4mA sangat penting agar rangkaian pemancar dapat beroperasi.Arus awal 4mA, yang tidak bertepatan dengan titik nol mekanis, memberikan “titik nol aktif” yang membantu mengidentifikasi kesalahan seperti kehilangan daya dan putusnya kabel.

Penggunaan sinyal 4-20mA memastikan interferensi, keamanan, dan keandalan yang minimal, menjadikannya standar yang diadopsi secara luas dalam aplikasi industri.Namun, format sinyal keluaran lainnya, seperti 3,33mV/V, 2mV/V, 0-5V, dan 0-10V, juga digunakan untuk menangani sinyal sensor dengan lebih baik dan mendukung berbagai sistem kontrol.