4-20ma變送器不同電路的相關(guān)設計
工業(yè)上普遍需要測量各類(lèi)非電物理量，例如溫度、壓力、速度、角度等，都需要轉換成模擬量電信號才能傳輸到幾百米外的控制室或顯示設備上。這種將物理量轉換成電信號的設備稱(chēng)為變送器。如研華的ADAM-4017,深圳誠控的DAM-8021都是；工業(yè)上 廣泛采用的是用4-20ma電流來(lái)傳輸模擬量。
采用電流信號的原因是不容易受干擾。并且電流源內阻無(wú)窮大，導線(xiàn)電阻串聯(lián)在回路中不影響精度，在普通雙絞線(xiàn)上可以傳輸數百米。上限取20mA是因為防爆的要求：20mA的電流通斷引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限沒(méi)有取0mA的原因是為了能檢測斷線(xiàn)：正常工作時(shí)不會(huì )低于4mA，當傳輸線(xiàn)因故障斷路，環(huán)路電流降為0。常取2mA作為斷線(xiàn)報警值。電流型變送器將物理量轉換成4-20ma電流輸出，必然要有外電源為其供電。 典型的是變送器需要兩根電源線(xiàn)，加上兩根電流輸出線(xiàn)，總共要接4根線(xiàn)，稱(chēng)之為四線(xiàn)制變送器。當然電流輸出可以與電源公用 根線(xiàn)，可節省 根線(xiàn)，稱(chēng)之為三線(xiàn)制變送器。
其實(shí)4-20ma電流本身就可以為變送器供電，變送器在電路中相當于 個(gè)特殊的負載，特殊之處在于變送器的耗電電流在4-20ma之間根據傳感器輸出而變化。顯示儀表只需要串在電路中即可。這種變送器只需外接2根線(xiàn)，因而被稱(chēng)為兩線(xiàn)制變送器。工業(yè)電流環(huán)標準下限為4mA，因此只要在量程范圍內，變送器至少有4mA供電，這使得兩線(xiàn)制傳感器的設計成為可能。而在工業(yè)應用中，測量點(diǎn) 般在現場(chǎng)，而顯示設備或者控制設備 般都在控制室或控制柜上。兩者之間距離可能數十至數百米。按 百米距離計算，省去2根導線(xiàn)意味著(zhù)成本降低近百元，因此在應用中兩線(xiàn)制傳感器必然是 選。
兩線(xiàn)制變送器的原理是利用了4-20ma信號為自身提供電能。如果變送器自身耗電大于4mA，那么將不可能輸出下限4mA值。因此 般要求兩線(xiàn)制變送器自身耗電不大于3.5mA，這是兩線(xiàn)制變送器的設計根本原則之 。而V/I變換器是 種可以用電壓信號控制輸出電流的電路。兩線(xiàn)制V/I變換器與 般V/I變換電路不同點(diǎn)在：電壓信號不是直接控制輸出電流，而是控制整個(gè)電路自身耗電電流。同時(shí)還要從電流環(huán)路上提取穩定的電壓為調理電路和傳感器供電。另外要注意的是工業(yè)環(huán)境惡劣對可靠性要求高，因此兩線(xiàn)制變送器的設計上，需要考慮到 定的保護和增強穩定性措施。穩定性和安全性的考慮需要從這幾個(gè)方面著(zhù)手，電源保護、過(guò)流保護、寬電壓適應能力以及退藕電容。
分析PLC模擬量輸入模塊在工控行業(yè)的應用
隨著(zhù)工控行業(yè)的發(fā)展，自動(dòng)化系統的控制能力日益增強，作為信號采集與處理的模擬量信號，作用也越來(lái)越重要。模擬量控制技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中得到了廣泛的應用，模擬量模塊已成為自動(dòng)化行業(yè)和機器設備中的重要部件。模擬量作為我們平時(shí)信號采集當中的 個(gè)重要來(lái)源，它區別與我們普通的IO控制，我們傳統的IO控制，比如三菱的X0、X1，這些是開(kāi)關(guān)量的輸入端子，這些信號要么就是0，信號要么就是1，那么對于模擬量信號，就不單純的是0或1了，它是 個(gè)連續變化的數值。研華的ADAM-4117,深圳誠控的DAM-8021都是模擬量采集模塊
比如說(shuō)我們的溫度信號、流量信號、位移信號等，它不是單純的開(kāi)或是關(guān)，是個(gè)連續變化的量，那么這個(gè)時(shí)候，僅僅是通過(guò)0或者1是沒(méi)有辦法表達外部所采集的溫度信號，比如溫度的取值范圍在零下十度或者零上三十度，那么這個(gè)溫度信號就不可能通過(guò)0或是1的狀態(tài)來(lái)表示了，那么這樣的數字信號就要通過(guò)相應的模擬量信號來(lái)表達，這樣的信號采集也不是通過(guò)X0、X1等能夠采集到的。
那么就要相應的通過(guò) 些模擬量的模塊來(lái)采集，要采集模擬量信號，就要用模擬量輸入模塊，要控制外部的設備，控制其他設備做 些動(dòng)作，比如控制變頻器的頻率，那么這個(gè)時(shí)候就要用到模擬量輸出模塊，通過(guò)plc數字量轉模擬量這種模擬量輸出模塊，去輸出標準的模擬量信號，如0—10V，4—20MA等，那么像這樣的控制要求，必須要有模擬量輸入、輸出模塊。模擬量其實(shí)是自動(dòng)化應用中 常見(jiàn)的信號傳遞方式，是PLC主要輸入輸出模塊之 。使用模擬量輸入時(shí)，輸入電壓電流在規定范圍內，不能超過(guò) 大額定輸入。
而對plc模擬量輸入模塊進(jìn)行校準則是采用硬件校準法或者軟件校準法校準時(shí)，應準備高精度的測量?jì)x表和穩定的輸入信號源，平均值濾波的采樣次數應取較人的值。像硬件校準法的話(huà)就以EM235模擬量輸入模塊為例，它有 個(gè)調整增益的電位器和 個(gè)調整偏移量的電位器。當輸入信號為4-20mA時(shí)，將4mA電流加到 個(gè)通道的輸入端，用軟件讀出轉換后的數字，調節偏移量電位器，直到讀數為6400，然后將滿(mǎn)刻度值信號，就像20mA加到 個(gè)通道的輸入端，讀出轉換后的數字，調節增益電位器，直到讀數為32000。而軟件校準法，由于輸入信號總與轉換后的數值成線(xiàn)性比例關(guān)系，因此只需找到兩組已知的實(shí)際值對應的轉換后數據即可，利用比例關(guān)系可求出任意轉換后的數值對應的實(shí)際值，簡(jiǎn)單方便。
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