なぜ 4 ～ 20mA なのでしょうか?

4-20mAとは何ですか?

4 ～ 20mA DC (1 ～ 5V DC) 信号規格は国際電気標準会議 (IEC) によって定義されており、プロセス制御システムのアナログ信号に使用されます。

一般に、計器やメーターの信号電流は 4 ～ 20mA に設定されており、4mA が最小電流、20mA が最大電流を表します。

なぜ電流が出力されるのでしょうか？

産業環境では、信号アンプを使用して電圧信号を使用して信号を調整し、長距離にわたって信号を送信すると、いくつかの問題が発生する可能性があります。まず、ケーブルを介して伝送される電圧信号はノイズ干渉の影響を受けやすい可能性があります。第 2 に、伝送線路の分布抵抗により電圧降下が発生する可能性があります。第三に、現場で信号増幅器に電力を供給するのは困難な場合があります。

これらの問題に対処し、ノイズの影響を最小限に抑えるために、ノイズの影響を受けにくい電流を使用して信号を送信します。4 ～ 20mA 電流ループは、ゼロ信号を表すのに 4mA、フルスケール信号を表すのに 20mA を使用し、4mA 未満の信号と 20mA を超える信号はさまざまな障害アラームに使用されます。

なぜ DC 4 ～ 20mA (DC 1 ～ 5V) を使用するのでしょうか?

フィールド計測器は、電源と負荷が共通点で直列に接続され、フィールドトランスミッタと制御室計測器の間の信号通信と電源供給に 2 本の線だけが使用される 2 線システムを実装できます。始動電流として 4mA DC 信号を使用すると、トランスミッタに静的動作電流が供給され、電気的ゼロ点を機械的ゼロ点と一致しない 4mA DC に設定することで、電力損失やケーブル断線などの障害を検出できます。 。さらに、2 線システムは安全バリアの使用に適しており、防爆に役立ちます。

制御室の計器は電圧パラレル信号伝送を使用しており、同じ制御システムに属する計器が共通の端子を共有するため、計器のテスト、調整、コンピュータインターフェイス、および警報装置に便利です。

フィールド機器と制御室機器間の信号通信に 4 ～ 20mA DC を使用する理由は、フィールドと制御室の間の距離が大きくなり、ケーブル抵抗が高くなる可能性があるためです。長距離にわたって電圧信号を送信すると、ケーブル抵抗と受信機器の入力抵抗によって引き起こされる電圧降下により、重大な誤差が発生する可能性があります。リモート伝送に定電流源信号を使用すると、ケーブルの長さに関係なくループ内の電流が変化せず、伝送精度が保証されます。

制御室機器間の相互接続に 1 ～ 5V DC 信号を使用する理由は、複数の機器が同じ信号を受信することを容易にし、さまざまな複雑な制御システムの配線と形成を支援するためです。相互接続信号として電流源が使用されている場合、複数の機器が同じ信号を同時に受信する場合、それらの入力抵抗を直列に接続する必要があります。これは送信機器の負荷容量を超え、受信機器の信号グランド電位が異なるため、干渉が発生し、集中電源供給ができなくなります。

相互接続に電圧源信号を使用するには、フィールド機器との通信に使用される電流信号を電圧信号に変換する必要があります。最も簡単な方法は、標準の 250 オーム抵抗を電流伝送回路に直列に接続し、4 ～ 20mA DC を 1 ～ 5V DC に変換することです。通常、このタスクは送信機によって実行されます。

この図では、250 オームの抵抗を使用して 4 ～ 20 mA の電流信号を 1 ～ 5 V の電圧信号に変換し、次に RC フィルターとマイクロコントローラーの AD 変換ピンに接続されたダイオードを使用します。

「ここに、4 ～ 20mA の電流信号を電圧信号に変換するための簡単な回路図を添付します。

送信機が送信に 4 ～ 20mA DC 信号を使用するように選択されているのはなぜですか?

1. 危険な環境における安全上の考慮事項: 危険な環境、特に防爆機器の安全性を確保するには、機器の動作を維持するために必要な静的および動的電力消費を最小限に抑える必要があります。4 ～ 20mA DC 標準信号を出力するトランスミッタは通常、24V DC 電源を使用します。DC 電圧を使用する主な理由は、大きなコンデンサやインダクタの必要性を排除し、水素ガスの点火電流よりもはるかに低い送信機と制御室計器の間の接続ワイヤの分布容量とインダクタンスに焦点を当てているからです。

2. 電流源伝送は電圧源よりも優先されます。フィールドと制御室の間の距離がかなり離れている場合、伝送に電圧源信号を使用すると、ケーブル抵抗と入力によって引き起こされる電圧降下により重大な誤差が生じる可能性があります。受信機器の抵抗。リモート伝送に電流源信号を使用すると、ケーブルの長さに関係なくループ内の電流が一定に保たれるため、伝送精度が維持されます。

3. 最大電流として 20mA を選択: 最大電流 20mA は、安全性、実用性、消費電力、コストを考慮して選択されています。防爆機器は低電圧、低電流しか使用できません。4 ～ 20mA の電流と 24V DC は、可燃性ガスの存在下でも安全に使用できます。DC24Vの水素ガスの点火電流は200mAで、20mAよりも大幅に大きくなります。さらに、生産現場の機器間の距離、負荷、消費電力、電子部品要件、電源要件などの要因も考慮されます。

4. 開始電流として 4mA を選択: 4 ～ 20mA を出力するほとんどのトランスミッタは、電源と負荷が共通点で直列に接続され、信号通信に 2 本の線だけが使用される 2 線式システムで動作します。およびフィールドトランスミッタと制御室計器間の電源。送信回路が動作するには、4mA の開始電流を選択することが不可欠です。機械的ゼロ点と一致しない 4mA の開始電流は、電力損失やケーブル断線などの障害の特定に役立つ「アクティブ ゼロ点」を提供します。

4 ～ 20mA 信号の使用により、最小限の干渉、安全性、信頼性が確保され、産業用途で広く採用されている標準となっています。ただし、センサー信号をより適切に処理し、さまざまな制御システムをサポートするために、3.33mV/V、2mV/V、0 ～ 5V、0 ～ 10V などの他の出力信号形式も使用されます。