4-20mA क्यों?

4-20mA क्या है?

4-20mA DC (1-5V DC) सिग्नल मानक को अंतर्राष्ट्रीय इलेक्ट्रोटेक्निकल कमीशन (IEC) द्वारा परिभाषित किया गया है और इसका उपयोग प्रक्रिया नियंत्रण प्रणालियों में एनालॉग सिग्नल के लिए किया जाता है।

सामान्य तौर पर, उपकरणों और मीटरों के लिए सिग्नल करंट 4-20mA पर सेट होता है, जिसमें 4mA न्यूनतम करंट का प्रतिनिधित्व करता है और 20mA अधिकतम करंट का प्रतिनिधित्व करता है।

वर्तमान आउटपुट क्यों है?

औद्योगिक सेटिंग्स में, वोल्टेज सिग्नल का उपयोग करके लंबी दूरी पर सिग्नल को कंडीशन करने और प्रसारित करने के लिए सिग्नल एम्पलीफायर का उपयोग करने से कई समस्याएं हो सकती हैं। सबसे पहले, केबलों पर प्रसारित वोल्टेज सिग्नल शोर हस्तक्षेप के प्रति संवेदनशील हो सकते हैं। दूसरा, ट्रांसमिशन लाइनों का वितरित प्रतिरोध वोल्टेज ड्रॉप का कारण बन सकता है। तीसरा, क्षेत्र में सिग्नल एम्पलीफायर को शक्ति प्रदान करना चुनौतीपूर्ण हो सकता है।

इन मुद्दों को संबोधित करने और शोर के प्रभाव को कम करने के लिए, सिग्नल प्रसारित करने के लिए करंट का उपयोग किया जाता है क्योंकि यह शोर के प्रति कम संवेदनशील होता है। 4-20mA वर्तमान लूप शून्य सिग्नल का प्रतिनिधित्व करने के लिए 4mA और पूर्ण-स्केल सिग्नल का प्रतिनिधित्व करने के लिए 20mA का उपयोग करता है, 4mA से नीचे और 20mA से ऊपर के सिग्नल विभिन्न गलती अलार्म के लिए उपयोग किए जाते हैं।

हम 4-20mA DC (1-5V DC) का उपयोग क्यों करते हैं?

फ़ील्ड उपकरण दो-तार प्रणाली को कार्यान्वित कर सकते हैं, जहां बिजली की आपूर्ति और लोड एक सामान्य बिंदु के साथ श्रृंखला में जुड़े हुए हैं, और फ़ील्ड ट्रांसमीटर और नियंत्रण कक्ष उपकरण के बीच सिग्नल संचार और बिजली की आपूर्ति के लिए केवल दो तारों का उपयोग किया जाता है। शुरुआती करंट के रूप में 4mA DC सिग्नल का उपयोग करना ट्रांसमीटर को स्थिर ऑपरेटिंग करंट प्रदान करता है, और विद्युत शून्य बिंदु को 4mA DC पर सेट करना, जो यांत्रिक शून्य बिंदु से मेल नहीं खाता है, बिजली हानि और केबल टूटने जैसे दोषों का पता लगाने की अनुमति देता है। . इसके अतिरिक्त, दो-तार प्रणाली विस्फोट सुरक्षा में सहायता के लिए सुरक्षा बाधाओं का उपयोग करने के लिए उपयुक्त है।

नियंत्रण कक्ष के उपकरण वोल्टेज-समानांतर सिग्नल ट्रांसमिशन का उपयोग करते हैं, जहां एक ही नियंत्रण प्रणाली से संबंधित उपकरण एक सामान्य टर्मिनल साझा करते हैं, जिससे यह उपकरण परीक्षण, समायोजन, कंप्यूटर इंटरफेस और अलार्म उपकरणों के लिए सुविधाजनक हो जाता है।

फ़ील्ड उपकरणों और नियंत्रण कक्ष उपकरणों के बीच सिग्नल संचार के लिए 4-20mA DC का उपयोग करने का कारण यह है कि फ़ील्ड और नियंत्रण कक्ष के बीच की दूरी महत्वपूर्ण हो सकती है, जिससे केबल प्रतिरोध अधिक हो सकता है। लंबी दूरी पर वोल्टेज सिग्नल संचारित करने से केबल प्रतिरोध और प्राप्तकर्ता उपकरण के इनपुट प्रतिरोध के कारण वोल्टेज ड्रॉप के कारण महत्वपूर्ण त्रुटियां हो सकती हैं। रिमोट ट्रांसमिशन के लिए निरंतर वर्तमान स्रोत सिग्नल का उपयोग यह सुनिश्चित करता है कि केबल की लंबाई की परवाह किए बिना लूप में करंट अपरिवर्तित रहता है, जिससे ट्रांसमिशन सटीकता की गारंटी होती है।

नियंत्रण कक्ष के उपकरणों के बीच इंटरकनेक्शन के लिए 1-5V डीसी सिग्नल का उपयोग करने का कारण एक ही सिग्नल प्राप्त करने वाले कई उपकरणों की सुविधा प्रदान करना और वायरिंग और विभिन्न जटिल नियंत्रण प्रणालियों को बनाने में सहायता करना है। यदि एक वर्तमान स्रोत का उपयोग इंटरकनेक्शन सिग्नल के रूप में किया जाता है, जब कई उपकरण एक साथ एक ही सिग्नल प्राप्त करते हैं, तो उनके इनपुट प्रतिरोधों को श्रृंखला में जोड़ा जाना चाहिए। यह ट्रांसमिटिंग उपकरण की भार क्षमता से अधिक होगा, और प्राप्त करने वाले उपकरणों की सिग्नल ग्राउंड क्षमता अलग होगी, हस्तक्षेप शुरू करेगी और केंद्रीकृत बिजली आपूर्ति को रोक देगी।

इंटरकनेक्शन के लिए वोल्टेज स्रोत सिग्नल का उपयोग करने के लिए फ़ील्ड उपकरणों के साथ संचार के लिए उपयोग किए जाने वाले वर्तमान सिग्नल को वोल्टेज सिग्नल में परिवर्तित करने की आवश्यकता होती है। सबसे सरल तरीका वर्तमान ट्रांसमिशन सर्किट में श्रृंखला में एक मानक 250-ओम अवरोधक को जोड़ना है, जो 4-20mA DC को 1-5V DC में परिवर्तित करता है। आमतौर पर, यह कार्य एक ट्रांसमीटर द्वारा पूरा किया जाता है।

यह आरेख 4-20mA वर्तमान सिग्नल को 1-5V वोल्टेज सिग्नल में परिवर्तित करने के लिए 250-ओम अवरोधक का उपयोग करता है, और फिर यह एक आरसी फ़िल्टर और माइक्रोकंट्रोलर के एडी रूपांतरण पिन से जुड़े डायोड का उपयोग करता है।

"यहां 4-20mA करंट सिग्नल को वोल्टेज सिग्नल में परिवर्तित करने के लिए एक सरल सर्किट आरेख संलग्न है:

ट्रांसमिशन के लिए 4-20mA DC सिग्नल का उपयोग करने के लिए ट्रांसमीटर का चयन क्यों किया जाता है?

1. खतरनाक वातावरण के लिए सुरक्षा विचार: खतरनाक वातावरण में सुरक्षा, विशेष रूप से विस्फोट-प्रूफ उपकरणों के लिए, उपकरण को चालू रखने के लिए आवश्यक स्थैतिक और गतिशील बिजली की खपत को कम करने की आवश्यकता होती है। ट्रांसमीटर जो 4-20mA DC मानक सिग्नल आउटपुट करते हैं, आमतौर पर 24V DC बिजली आपूर्ति का उपयोग करते हैं। डीसी वोल्टेज का उपयोग मुख्य रूप से इसलिए होता है क्योंकि यह बड़े कैपेसिटर और इंडक्टर्स की आवश्यकता को समाप्त करता है और ट्रांसमीटर और नियंत्रण कक्ष उपकरण के बीच कनेक्टिंग तारों के वितरित कैपेसिटेंस और इंडक्शन पर ध्यान केंद्रित करता है, जो हाइड्रोजन गैस के इग्निशन करंट से बहुत कम है।

2. वर्तमान स्रोत ट्रांसमिशन को वोल्टेज स्रोत से अधिक प्राथमिकता दी जाती है: ऐसे मामलों में जहां क्षेत्र और नियंत्रण कक्ष के बीच की दूरी काफी है, ट्रांसमिशन के लिए वोल्टेज स्रोत सिग्नल का उपयोग केबल प्रतिरोध और इनपुट के कारण वोल्टेज ड्रॉप के कारण महत्वपूर्ण त्रुटियां पेश कर सकता है। प्राप्तकर्ता उपकरण का प्रतिरोध। रिमोट ट्रांसमिशन के लिए करंट सोर्स सिग्नल का उपयोग यह सुनिश्चित करता है कि केबल की लंबाई की परवाह किए बिना लूप में करंट स्थिर रहता है, जिससे ट्रांसमिशन सटीकता बनी रहती है।

3. अधिकतम करंट के रूप में 20mA का चुनाव: 20mA के अधिकतम करंट का चुनाव सुरक्षा, व्यावहारिकता, बिजली की खपत और लागत के विचारों पर आधारित है। विस्फोट-रोधी उपकरण केवल कम वोल्टेज और कम धारा का उपयोग कर सकते हैं। 4-20mA करंट और 24V DC ज्वलनशील गैसों की उपस्थिति में उपयोग के लिए सुरक्षित हैं। 24V DC के साथ हाइड्रोजन गैस के लिए इग्निशन करंट 200mA है, जो 20mA से काफी अधिक है। इसके अतिरिक्त, उत्पादन स्थल उपकरणों के बीच की दूरी, भार, बिजली की खपत, इलेक्ट्रॉनिक घटक आवश्यकताओं और बिजली आपूर्ति आवश्यकताओं जैसे कारकों को ध्यान में रखा जाता है।

4. शुरुआती करंट के रूप में 4mA का विकल्प: 4-20mA आउटपुट वाले अधिकांश ट्रांसमीटर दो-तार प्रणाली में काम करते हैं, जहां बिजली की आपूर्ति और लोड एक सामान्य बिंदु के साथ श्रृंखला में जुड़े होते हैं, और सिग्नल संचार के लिए केवल दो तारों का उपयोग किया जाता है। और फ़ील्ड ट्रांसमीटर और नियंत्रण कक्ष उपकरण के बीच बिजली की आपूर्ति। ट्रांसमीटर सर्किट को संचालित करने के लिए 4mA शुरुआती करंट का चुनाव आवश्यक है। एक 4mA प्रारंभिक धारा, जो यांत्रिक शून्य बिंदु से मेल नहीं खाती, एक "सक्रिय शून्य बिंदु" प्रदान करती है जो बिजली हानि और केबल टूटने जैसे दोषों की पहचान करने में मदद करती है।

4-20mA सिग्नल का उपयोग न्यूनतम हस्तक्षेप, सुरक्षा और विश्वसनीयता सुनिश्चित करता है, जिससे यह औद्योगिक अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से अपनाया जाने वाला मानक बन जाता है। हालाँकि, अन्य आउटपुट सिग्नल प्रारूप, जैसे 3.33mV/V, 2mV/V, 0-5V, और 0-10V, का उपयोग सेंसर सिग्नल को बेहतर ढंग से संभालने और विभिन्न नियंत्रण प्रणालियों का समर्थन करने के लिए भी किया जाता है।