Analogowy sygnał wyjściowy 4-20 mA dominuje w przemyśle sterowania procesami. Dzięki temu wpisowi poznasz jego zasady działania oraz zalety i wady, co pozwoli Ci na podejmowanie świadomych decyzji dotyczących sterowania procesem.
We współczesnym świecie, który nie istniałby w obecnej formie bez sterowania procesami, istnieje niezliczona liczba różnych typów wejść procesowych. Jednym z rodzajów są sygnały analogowe, które występują w takich urządzeniach jak m.in. termopary i rezystancyjne czujniki temperatury. Kolejnym są sygnały cyfrowe, dzięki którym możliwa jest dokładna kontrola zmiennych procesowych i wyświetlanie danych.
Jednak to sygnały analogowe, w szczególności 4-20mA, są obecnie dominującym typem wejścia w branżach wymagających sterowania procesem. Są często stosowane w transmisji takich wartości jak temperatura, ciśnienie, wilgotność czy przepływ.
Wyróżniamy dwa rodzaje czujników ze względu na sygnał:
cyfrowe – nieciągły, dyskretny sygnał napięciowy. Wysyłają informacje w postaci bitów.
analogowe – ciągły sygnał. Przekształcają niezwiązane z elektrycznością parametry środowiskowe na sygnał elektryczny.
Pętla prądowa (current loop) 4-20 mA to prosta, analogowa metoda przesyłania informacji z czujników.
Czujnik – układ, który przetwarza mierzoną wartość fizyczną na elektryczną.
Przetwornik pętli prądowej/nadajnik – przetwarza sygnał wyjściowy czujnika na sygnał prądowy zgodny z standardem pętli prądowej 4-20 mA.
Źródło napięcia stałego – najczęściej 24 V.
Pętla prądowa składająca się z przewodów połączeniowych. Mają one swoją rezystancję, która musi być uwzględniona w budżecie pętli prądowej. Jest to szczególnie istotne w przypadku długich przewodów.
Odbiornik – urządzenie, które odbiera i odczytuje wyniki pomiarów.
Budżet pętli prądowej – do prawidłowego funkcjonowania pętli prądowej potrzebny jest jej dodatni budżet energetyczny. By ją obliczyć, musisz znać maksymalne wymagane natężenia prądu w pętli oraz poziom minimalnego napięcia zasilania lub rezystancji wszystkich elementów.
standard w wielu branżach – łatwość połączenia
większa odporność na zakłócenia i szumy elektryczne w tle – zakłócenia elektromagnetyczne przekazywane są do linii sygnałowej jako sygnały napięciowe, dzięki czemu powodują nieznaczne zmiany prądu i oporności wejścia odbiornika
najprostsza opcja do podłączenia i skonfigurowania
mniejsze koszty konfiguracji – wykorzystuje mniej okablowania
najlepszy wybór przesyłania na duże odległości – prąd w pętli 4-20 mA nie ulega takiej degradacji jak napięcie w przypadku długich połączeń
proste wykrywanie usterek (np. czy przewód czujnika nie uległ uszkodzeniu) ze względu na to, że prąd 4 mA jest równy 0% mocy wyjściowej
duży pobór prądu w porównaniu z czujnikiem, który ma sygnał napięciowy
wymaga wzbudzenia napięciem o wartości co najmniej 10 VDC, przez co ograniczone są możliwości zasilania bateryjnego
pętle prądowe 4-20 mA mogą transmitować tylko jeden określony czujnik lub sygnał procesowy na pętlę.
W przypadku aplikacji, w których istnieje wiele czujników lub wyjść procesowych, które muszą być przesyłane, wymagane jest zastosowanie wielu pętli
konieczne jest wykonanie dużej ilości okablowania w terenie, co może prowadzić do poważnych problemów z pętlami uziemienia, jeśli niezależne pętle prądowe nie są od siebie odpowiednio odizolowane
Większość kompaktowych sterowników JUMO posiada uniwersalne wejścia analogowe, do których podłączone są komponenty takie jak czujnik do rejestracji rzeczywistej wartości. W technice pomiarowej i sterowniczej transmisja zmierzonej wartości odbywa się za pomocą standardowych sygnałów. W tym celu stosowany jest głównie sygnał prądowy o natężeniu 4 do 20 mA, ale dostępne są również sygnały 0 do 20 mA, 2 do 10 V i 0 do 10 V. Grafika przedstawia przesyłanie informacji o wartości zmierzonego ciśnienia za pomocą sygnału o natężeniu 4-20 mA:
Przetwornik 4..20 mA – podłączenie i pomiary analogowe
Przedstawiony przetwornik ciśnienia JUMO dTRANS p20 zmierzył ciśnienie względne od 0 do 10 barów i przesyła tę informację do regulatora procesowego i programowego JUMO DICON touch za pomocą sygnału analogowego od 4 do 20 mA. Uniwersalne wejście sterownika jest ustawione na 4 do 20 mA i skalowane na 0 do 10 barów. Wartość zmierzonego ciśnienia jest dostępna w regulatorze i wszystkie ustawienia odnoszą się do jednostki skalowanej (bar). Zasilacz zapewnia zasilanie napięciowe przetwornika ciśnienia.
W JUMO posiadamy szeroką ofertę czujników z wyjściem analogowym 4 20 mA np. Czujnik temperatury Pt100 z wbudowanym przetwornikiem pętli prądowej 4 20ma JUMO E temp B.
