4-20ma變送器不同電路的相關(guān)設(shè)計

工業(yè)上普遍需要測量各類非電物理量，例如溫度、壓力、速度、角度等，都需要轉(zhuǎn)換成模擬量電信號才能傳輸?shù)綆装倜淄獾目刂剖一蝻@示設(shè)備上。這種將物理量轉(zhuǎn)換成電信號的設(shè)備稱為變送器。如研華的ADAM-4017,深圳誠控的DAM-8021都是；工業(yè)上最廣泛采用的是用4-20ma電流來傳輸模擬量。

采用電流信號的原因是不容易受干擾。并且電流源內(nèi)阻無窮大，導(dǎo)線電阻串聯(lián)在回路中不影響精度，在普通雙絞線上可以傳輸數(shù)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。下限沒有取0mA的原因是為了能檢測斷線：正常工作時不會低于4mA，當傳輸線因故障斷路，環(huán)路電流降為0。常取2mA作為斷線報警值。電流型變送器將物理量轉(zhuǎn)換成4-20ma電流輸出，必然要有外電源為其供電。最典型的是變送器需要兩根電源線，加上兩根電流輸出線，總共要接4根線，稱之為四線制變送器。當然電流輸出可以與電源公用一根線，可節(jié)省一根線，稱之為三線制變送器。

其實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一個特殊的負載，特殊之處在于變送器的耗電電流在4-20ma之間根據(jù)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，因而被稱為兩線制變送器。工業(yè)電流環(huán)標準下限為4mA，因此只要在量程范圍內(nèi)，變送器至少有4mA供電，這使得兩線制傳感器的設(shè)計成為可能。而在工業(yè)應(yīng)用中，測量點一般在現(xiàn)場，而顯示設(shè)備或者控制設(shè)備一般都在控制室或控制柜上。兩者之間距離可能數(shù)十至數(shù)百米。按一百米距離計算，省去2根導(dǎo)線意味著成本降低近百元，因此在應(yīng)用中兩線制傳感器必然是首選。

兩線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。因此一般要求兩線制變送器自身耗電不大于3.5mA，這是兩線制變送器的設(shè)計根本原則之一。而V/I變換器是一種可以用電壓信號控制輸出電流的電路。兩線制V/I變換器與一般V/I變換電路不同點在：電壓信號不是直接控制輸出電流，而是控制整個電路自身耗電電流。同時還要從電流環(huán)路上提取穩(wěn)定的電壓為調(diào)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，因此兩線制變送器的設(shè)計上，需要考慮到一定的保護和增強穩(wěn)定性措施。穩(wěn)定性和安全性的考慮需要從這幾個方面著手，電源保護、過流保護、寬電壓適應(yīng)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(yīng)用

隨著工控行業(yè)的發(fā)展，自動化系統(tǒng)的控制能力日益增強，作為信號采集與處理的模擬量信號，作用也越來越重要。模擬量控制技術(shù)在實際生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，模擬量模塊已成為自動化行業(yè)和機器設(shè)備中的重要部件。模擬量作為我們平時信號采集當中的一個重要來源，它區(qū)別與我們普通的IO控制，我們傳統(tǒng)的IO控制，比如三菱的X0、X1，這些是開關(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，它是一個連續(xù)變化的數(shù)值。研華的ADAM-4117,深圳誠控的DAM-8021都是模擬量采集模塊

比如說我們的溫度信號、流量信號、位移信號等，它不是單純的開或是關(guān)，是個連續(xù)變化的量，那么這個時候，僅僅是通過0或者1是沒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，那么這個溫度信號就不可能通過0或是1的狀態(tài)來表示了，那么這樣的數(shù)字信號就要通過相應(yīng)的模擬量信號來表達，這樣的信號采集也不是通過X0、X1等能夠采集到的。

那么就要相應(yīng)的通過一些模擬量的模塊來采集，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(shè)備，控制其他設(shè)備做一些動作，比如控制變頻器的頻率，那么這個時候就要用到模擬量輸出模塊，通過plc數(shù)字量轉(zhuǎn)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。模擬量其實是自動化應(yīng)用中最常見的信號傳遞方式，是PLC主要輸入輸出模塊之一。使用模擬量輸入時，輸入電壓電流在規(guī)定范圍內(nèi)，不能超過最大額定輸入。

而對plc模擬量輸入模塊進行校準則是采用硬件校準法或者軟件校準法校準時，應(yīng)準備高精度的測量儀表和穩(wěn)定的輸入信號源，平均值濾波的采樣次數(shù)應(yīng)取較人的值。像硬件校準法的話就以EM235模擬量輸入模塊為例，它有一個調(diào)整增益的電位器和一個調(diào)整偏移量的電位器。當輸入信號為4-20mA時，將4mA電流加到一個通道的輸入端，用軟件讀出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字，調(diào)節(jié)偏移量電位器，直到讀數(shù)為6400，然后將滿刻度值信號，就像20mA加到一個通道的輸入端，讀出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字，調(diào)節(jié)增益電位器，直到讀數(shù)為32000。而軟件校準法，由于輸入信號總與轉(zhuǎn)換后的數(shù)值成線性比例關(guān)系，因此只需找到兩組已知的實際值對應(yīng)的轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)即可，利用比例關(guān)系可求出任意轉(zhuǎn)換后的數(shù)值對應(yīng)的實際值，簡單方便。

審核編輯 黃昊宇