Како функционише коло од 4-20 мА

„Тренутна петља“ је коришћена као интерфејс за пренос података 1950-их. У почетку је радна струја интерфејса била 60 мА, а касније, почевши од 1962. године, интерфејс струјне петље од 20 мА постао је широко распрострањен у телетајпу.

Осамдесетих година прошлог века, када су различити сензори, опрема за аутоматизацију и актуатори почели да се широко уводе у технолошку опрему, интерфејс „струјног кола” је сузио опсег својих радних струја - почео је да варира од 4 до 20 мА.

Даље ширење „струјне петље“ почело је да успорава од 1983. године, појавом стандарда интерфејса РС-485, а данас се „струјна петља“ скоро никада не користи у новој опреми као таквој.

Предајник струјне петље разликује се од РС-485 предајника по томе што користи извор струје, а не извор напона.

Струја, за разлику од напона, крећући се од извора дуж кола, не мења своју тренутну вредност у зависности од параметара оптерећења. Према томе, „струјна петља“ није осетљива ни на отпор кабла, ни на отпорност оптерећења, па чак ни на индуктивни шум ЕМФ.

Осим тога, струја петље не зависи од напона напајања самог извора струје, већ се може мењати само због цурења кроз кабл, која су обично безначајна. Ова карактеристика текућег циклуса у потпуности одређује начине његовог спровођења.

Треба напоменути да се ЕМФ капацитивног хватача овде примењује паралелно са извором струје, а екран се користи за слабљење његовог паразитског ефекта.

Из тог разлога, линија за пренос сигнала је обично заштићена упредена парица, која, радећи заједно са диференцијалним пријемником, сама умањује уобичајени мод и индуктивни шум.

На пријемној страни сигнала, струја петље се претвара у напон помоћу калибрисаног отпорника. А при струји од 20 мА добија се напон стандардне серије 2,5 В; 5В; 10В; — довољно је само користити отпорник са отпором од 125, 250 или 500 ома.

Први и главни недостатак интерфејса «струјне петље» је његова мала брзина, ограничена брзином пуњења капацитета преносног кабла из горе поменутог извора струје који се налази на страни предајника.

Дакле, када користите кабл дужине 2 км, са линеарном капацитивношћу од 75 пФ / м, његов капацитет ће бити 150 нФ, што значи да је потребно 38 μс да се овај капацитет напуни до 5 волти при струји од 20 мА, што одговара до брзине преноса података од 4,5 кбпс.

У наставку је приказана графичка зависност максималне доступне брзине преноса података кроз «струјну петљу» од дужине кабла који се користи на различитим нивоима изобличења (иттер) и при различитим напонима, процена је извршена на исти начин као и за РС Интерфејс -485.

Још један недостатак „струјне петље“ је недостатак специфичног стандарда за дизајн конектора и за електричне параметре каблова, што такође ограничава практичну примену овог интерфејса. Искрено, може се приметити да се у ствари општеприхваћени крећу од 0 до 20 мА и од 4 до 20 мА. Опсег 0 — 60 мА се користи много ређе.

Најперспективнији развоји који захтевају употребу интерфејса "тренутне петље" данас углавном користе само интерфејс од 4 ... 20 мА, што омогућава лако дијагностицирање прекида линије. Поред тога, "тренутна петља" " може бити дигитално или аналогно, у зависности од захтева програмера (више о томе касније).

Практично ниска брзина преноса података било које врсте «струјне петље» (аналогне или дигиталне) омогућава да се користи истовремено са неколико пријемника повезаних у низу, и није потребно подударање дугих линија.

Аналогна верзија «тренутног циклуса»

Аналогна „струјна петља” нашла је примену у техници где је потребно, на пример, пренети сигнале од сензора до контролера или између контролера и актуатора. Овде тренутни циклус пружа неколико предности.

Пре свега, опсег варијације мерене вредности, када се сведе на стандардни опсег, омогућава вам да промените компоненте система. Способност преноса сигнала са високом прецизношћу (не више од + -0,05% грешке) на значајној удаљености је такође изузетна. Коначно, тренутни стандард циклуса подржава већина произвођача индустријске аутоматизације.

Струјна петља од 4 … 20 мА има минималну струју од 4 мА као референтну тачку сигнала.Дакле, ако је кабл прекинут, струја ће бити нула. Док користите струјну петљу од 0 … 20 мА, биће теже дијагностиковати прекид кабла, јер 0 мА може једноставно указивати на минималну вредност емитованог сигнала. Још једна предност опсега од 4 … 20 мА је да је чак и на нивоу од 4 мА могуће без проблема напајати сензор.

Испод су два аналогна струјна дијаграма. У првој верзији напајање је уграђено у предајник, док је у другој верзији напајање екстерно.

Уграђено напајање је погодно у погледу инсталације, а екстерно вам омогућава да промените његове параметре у зависности од намене и услова рада уређаја са којим се користи струјна петља.

Принцип рада струјне петље је исти за оба кола. У идеалном случају, оп-појачало има бесконачно велики унутрашњи отпор и нулту струју на својим улазима, што значи да је напон на његовим улазима такође у почетку нула.

Тако ће струја кроз отпорник у предајнику зависити само од вредности улазног напона и биће једнака струји у целој петљи, док неће зависити од отпора оптерећења. Стога се улазни напон пријемника може лако одредити.

Коло оп-амп има предност што вам омогућава да калибришете предајник без потребе да повежете кабл пријемника на њега, пошто је грешка коју уносе пријемник и кабл веома мала.

Излазни напон се бира на основу потреба транзистора за пренос за његов нормалан рад у активном режиму, као и уз услов за компензацију пада напона на жицама, самом транзистору и отпорницима.

Рецимо да су отпорници 500 ома и да је кабл 100 ома. Затим, да би се добила струја од 20 мА, потребан је извор напона од 22 В. Бира се најближи стандардни напон — 24 В. Вишак снаге од границе напона једноставно ће се распршити на транзистору.

Имајте на уму да оба графикона показују галванску изолацију између степена предајника и улаза предајника. Ово се ради како би се избегла било каква лажна веза између предајника и пријемника.

Као пример предајника за изградњу аналогне струјне петље можемо навести готов производ НЛ-4АО са четири аналогна излазна канала за повезивање рачунара са актуатором помоћу 4 ... 20 мА или 0 ... 20 мА » текући циклус « протокол.

Модул комуницира са рачунаром преко РС-485 протокола. Уређај је тренутно калибрисан да компензује грешке конверзије и извршава команде које даје рачунар. Коефицијенти калибрације се чувају у меморији уређаја. Дигитални подаци се претварају у аналогне помоћу ДАЦ-а.

Дигитална верзија «тренутног циклуса»

Дигитална струјна петља ради, по правилу, у режиму 0 ... 20 мА, јер је лакше репродуковати дигитални сигнал у овом облику. Тачност логичких нивоа овде није толико битна, тако да струјни извор петље може имати не баш висок унутрашњи отпор и релативно ниску тачност.

На дијаграму изнад, са напоном напајања од 24 В, на улазу пријемника пада 0,8 В, што значи да ће са отпорником од 1,2 кΩ струја бити 20 мА. Пад напона у каблу, чак и ако његов отпор износи 10% укупног отпора петље, може се занемарити, као и пад напона на оптоспојници.У пракси, под овим условима, предајник се може сматрати извором струје.