Текущая петля - Current loop

Эта статья посвящена схеме аналоговой электрической сигнализации. Для цифровой последовательной связи см. Интерфейс цифровой токовой петли. Об океаническом явлении см. Контурный ток. Для переменной сетевого анализа см. контурный ток.

В электрическом сигнализация аналог токовая петля используется, когда устройство должно контролироваться или управляться удаленно по паре проводов. В любое время может присутствовать только один текущий уровень.

Основное применение токовых петель - промышленность стандарт де-факто Токовая петля 4–20 мА для контроль над процессом приложений, где они широко используются для передачи сигналов от процесса приборы к ПИД-регуляторы, SCADA системы и программируемые логические контроллеры (ПЛК). Они также используются для передачи выходных сигналов контроллера на регулирующие полевые устройства, такие как регулирующие клапаны. Эти петли имеют преимущества простоты и помехоустойчивости, а также имеют большую международную базу пользователей и поставщиков оборудования. Некоторые полевые устройства 4–20 мА могут получать питание от самой токовой петли, что устраняет необходимость в отдельных источниках питания и «умном» устройстве. Протокол HART использует петлю для связи между полевыми устройствами и контроллерами. Разные протоколы автоматизации может заменить аналоговые токовые петли, но 4–20 мА по-прежнему является основным промышленным стандартом.

Контур управления процессом 4–20 мА

Показывает эволюцию аналоговой сигнализации контура управления от эпохи пневматики к эпохе электроники.
Пример токовых петель, используемых для считывания и передачи управления. Показан конкретный пример интеллектуального позиционера клапана.

В промышленных контроль над процессом, аналог Токовые петли 4–20 мА обычно используются для электронной сигнализации, причем два значения 4 и 20 мА представляют 0–100% диапазона измерения или управления. Эти контуры используются как для передачи сенсорной информации от полевых приборов, так и для передачи сигналов управления в устройства регулирования процесса, такие как клапан.

Ключевые преимущества токовой петли:

  • Контур часто может питать удаленное устройство с питанием, подаваемым контроллером, тем самым устраняя необходимость в кабелях питания. Многие производители КИП производят датчики 4–20 мА с питанием от контура.
  • «Живой» или «повышенный» ноль 4 мА позволяет запитать устройство даже при отсутствии выходного сигнала процесса от полевого передатчика.
  • На точность сигнала не влияет падение напряжения в соединительной проводке.
  • Он имеет высокую помехозащищенность, поскольку представляет собой цепь с низким сопротивлением, обычно через витую пару.
  • Это самоконтроль; токи менее 3,8 мА или более 20,5 мА принимаются для индикации неисправности.[1]
  • Его можно переносить по длинным кабелям до предела сопротивления используемого напряжения.
  • Линейные дисплеи могут быть вставлены и запитаны от контура, если не превышено общее допустимое сопротивление контура.
  • Простое преобразование в напряжение с помощью резистора.
  • Преобразователи «I в P» (ток в давление) с питанием от контура могут преобразовывать сигнал 4–20 мА в пневматический выходной сигнал 3–15 фунтов на кв. Дюйм для регулирующих клапанов, что позволяет легко интегрировать сигналы 4–20 мА в существующую пневматическую установку.

Полевые приборы измерения, такие как давление, температура, уровень, поток, pH или другие переменные процесса. Токовая петля также может использоваться для управления позиционером клапана или другим выходом. привод. Поскольку входные клеммы приборов могут иметь одну сторону входа токовой петли, связанную с заземлением шасси, при последовательном соединении нескольких приборов могут потребоваться аналоговые изоляторы.

Связь между текущим значением и измерением переменной процесса устанавливается путем калибровки, которая присваивает различные диапазоны технических единиц диапазону от 4 до 20 мА. Отображение между инженерными единицами и током можно инвертировать, так что 4 мА представляет максимум, а 20 мА - минимум.

Активные и пассивные устройства

В зависимости от источника тока в контуре устройства можно классифицировать как активный (поставка или "источник" энергии) или пассивный (полагаясь на мощность контура или «опускающуюся»). Например, самописец может обеспечивать питание контура для датчика давления. Датчик давления модулирует ток в контуре для отправки сигнала на ленточный самописец, но сам по себе не подает питание на контур и поэтому является пассивным. Другой контур может содержать два пассивных самописца, пассивный датчик давления и батарею на 24 В. (Аккумулятор - активное устройство). Обратите внимание, что 4-х проводный у прибора есть вход источника питания, отдельный от токовой петли.

Монтируемые на панели дисплеи и самописцы обычно называют «индикаторными устройствами» или «мониторами процесса». Несколько пассивных индикаторных устройств могут быть подключены последовательно, но в контуре должно быть только одно передающее устройство и только один источник питания (активное устройство).

Развитие аналоговых сигналов управления

Регулирующий клапан с пневматическим мембранным приводом и «интеллектуальным» позиционером 4–20 мА, который также передает информацию о фактическом положении и состоянии клапана по токовой петле.

Соглашение о 4–20 мА родилось в 1950-х годах из более раннего весьма успешного стандарта пневматического управляющего сигнала 3–15 фунтов на квадратный дюйм, когда электроника стала достаточно дешевой и надежной, чтобы электрически имитировать старый стандарт. Стандарт 3–15 фунтов на квадратный дюйм имел те же функции, что и возможность питания некоторых удаленных устройств, и имел «живой» ноль. Однако стандарт 4–20 мА лучше подходил для разрабатываемых тогда электронных контроллеров.

Переход был постепенным и продолжился до 21 века из-за огромной установленной базы устройств на 3–15 фунтов на квадратный дюйм. Поскольку использование пневматических клапанов по сравнению с моторизованными клапанами имеет много преимуществ по стоимости и надежности, пневматическое срабатывание по-прежнему является отраслевым стандартом. Для создания гибридных систем, в которых 4–20 мА вырабатывается контроллером, но допускает использование пневматических клапанов, производители предлагают ряд преобразователей тока в давление (I в P). Обычно они действуют локально для регулирующего клапана и преобразуют 4–20 мА в 3–15 фунтов на кв. Дюйм (или 0,2–1,0 бар). Затем этот сигнал подается на привод клапана или, чаще, на пневматический позиционер. Позиционер - это специальный контроллер, который механически связан с движением привода. Это гарантирует, что проблемы трения будут преодолены, и элемент управления клапаном переместится в желаемое положение. Это также позволяет использовать более высокое давление воздуха для срабатывания клапана.

С появлением дешевых промышленных микропроцессоров «умные» позиционеры клапанов стали доступны с середины 1980-х годов и очень популярны для новых установок. К ним относятся преобразователь I в P, а также мониторинг положения клапана и состояния. Эти последние возвращаются через токовый контур в контроллер с использованием таких протоколов, как HART.

Длинные цепи

Аналоговые токовые петли исторически иногда переносились между зданиями сухие пары в телефонных кабелях, арендованных у местной телефонной компании. Петли 4–20 мА были более распространены во времена аналоговой телефонии. Эти схемы требуют непрерывности непрерывного постоянного тока (DC), и, если не была подключена выделенная пара проводов, их использование прекратилось с введением полупроводниковой коммутации. Непрерывность постоянного тока недоступна через микроволновое радио, оптоволокно или мультиплексную телефонную сеть. Базовая теория цепей постоянного тока показывает, что ток одинаков по всей линии. Было обычным явлением видеть цепи 4–20 мА с длиной петли в милях или цепи, работающие по парам телефонных кабелей, длина которых от конца до конца превышала десять тысяч футов. По-прежнему существуют устаревшие системы, использующие эту технологию. В Bell System цепи, напряжение до 125 В постоянного тока.

Дискретное управление

Дискретные функции управления могут быть представлены дискретными уровнями тока, передаваемыми по контуру. Это позволит управлять несколькими функциями управления по одной паре проводов. Токи, необходимые для конкретной функции, варьируются от одного приложения или производителя к другому. Не существует определенного течения, связанного с одним значением. Почти всегда 0 мА указывает на неисправность цепи. В случае пожарной тревоги, 6 мА может быть нормальным, 15 мА может означать, что пожар был обнаружен, а 0 мА вызовет индикацию неисправности, сообщая месту мониторинга, что цепь тревоги вышла из строя. Некоторые устройства, например двустороннее радио пульты дистанционного управления, могут изменять полярность токов и могут мультиплексировать звук в постоянный ток.

Эти устройства можно использовать для любых задач дистанционного управления, которые может вообразить дизайнер. Например, токовая петля может вызвать эвакуацию. сирена или команда синхронизирована сигналы светофора.

Двусторонняя радиосвязь

А Motorola Серия Т-1300 дистанционное управление построен в телефон Корпус. Циферблат заменен на оратор и регулятор громкости. Этот пульт дистанционного управления использует двухпроводную схему для управления базовая станция.

Цепи с токовой петлей - один из возможных способов управления радио базовые станции на удаленных сайтах. В индустрии двусторонней радиосвязи этот тип дистанционного управления называется Пульт постоянного тока. Это название связано с необходимостью обеспечения непрерывности цепи постоянного тока между точкой управления и радиостанцией. базовая станция. Дистанционное управление токовой петлей позволяет сэкономить на дополнительных парах проводов между рабочей точкой и радиоприемопередатчиком. Некоторое оборудование, такое как базовая станция Motorola MSF-5000, для некоторых функций использует токи ниже 4 мА. Альтернативный тип, тон удаленного, является более сложным, но требует только аудиотракта между контрольной точкой и базовой станцией.[2]

Например, такси отправлять базовая станция может физически располагаться на крыше восьмиэтажного здания. Офис компании такси может находиться в подвале другого здания поблизости. В офисе будет пульт дистанционного управления, который будет управлять базовой станцией компании такси по токовой петле. Цепь обычно проходит по телефонной линии или аналогичной проводке. Токи функции управления поступают с пульта дистанционного управления на стороне диспетчерской в ​​цепи. При использовании двусторонней радиосвязи в цепи холостого хода обычно отсутствует ток.

В двустороннее радио производители радиоприемников используют разные токи для определенных функций. Полярности изменены, чтобы получить больше возможных функций в одной цепи. Например, представьте себе одну возможную схему, в которой присутствие этих токов заставляет базовую станцию ​​изменять состояние:

  • нет текущих средств получать на канале 1, (по умолчанию).
  • +6 мА может означать передавать по каналу 1
  • −6 мА может означать оставаться в режиме приема, но переключиться на канал 2. Пока присутствует ток −6 мА, удаленная базовая станция будет продолжать прием на канале 2.
  • −12 мА может дать команду базовой станции передавать по каналу 2.

Эта схема чувствительна к полярности. Если сращиватель кабелей телефонной компании случайно перевернул провода, выбор канала 2 заблокировал бы включение передатчика.

Каждый уровень тока может замкнуть набор контактов или работать с твердотельной логикой на другом конце цепи. Это замыкание контакта вызвало изменение состояния управляемого устройства. Некоторое оборудование дистанционного управления может иметь настройки, обеспечивающие совместимость между производителями. То есть базовая станция, которая была сконфигурирована для передачи с током +18 мА, могла иметь параметры, измененные на (вместо этого), чтобы она передавала при наличии +6 мА.

При использовании двусторонней радиосвязи сигналы переменного тока также присутствовали в паре цепей. Если бы базовая станция была в режиме ожидания, принятый аудиосигнал передавался бы по линии от базовой станции в диспетчерскую. При наличии тока команды передачи пульт дистанционного управления будет отправлять аудио для передачи. Голос пользователя в диспетчерской будет модулироваться и накладываться на постоянный ток, который заставляет передатчик работать.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Стандарт NAMUR NE 043 «Стандартизация уровня сигнала для информации об отказе цифровых передатчиков»
  2. ^ США 6950653  «Дистанционный адаптер сканирующего тонального сигнала для наземно-мобильной радиосвязи для использования с рассредоточенными диспетчерскими станциями» (в патенте не описывается этот тональный пульт дистанционного управления, но подтверждается использование фразы для описания этой системы сигнализации).
  • Липтак, Бела Г. Справочник инженеров по КИПиА. Измерение и анализ процесса. CRC Press. 2003. HB. ISBN  0-8493-1083-0

внешняя ссылка