Στην εφαρμογή της αντιπαρεμβατικής απόδοσης των ηλεκτρικών ενεργοποιητών, το αναλογικό σήμα 4-20mA υπερτερεί σημαντικά του αναλογικού σήματος 2-10V. Γιατί συμβαίνει αυτό;

Ανάλυση σήματος 2-10V

Διάγραμμα αντιπαρεμβολών για σήμα 2-10V (DCL Huayi Intelligent Control)

Όπως φαίνεται στο παραπάνω διάγραμμα:

Όταν χρησιμοποιούνται 2-10V, λόγω της υψηλότερης αντίστασης εισόδου στη μονάδα (R=34K), το ρεύμα σήματος εισόδου είναι πολύ χαμηλό (0,059mA – 0,29mA). Το αποτέλεσμα είναι ότι ο λόγος σήματος προς θόρυβο κατά μήκος αυτής της διαδρομής είναι πολύ χαμηλός, πράγμα που σημαίνει ότι η απόδοση αγώγιμης και ακτινοβολικής αντι-παρεμβολής είναι κακή. Με άλλα λόγια, από την άποψη του ηλεκτρονικού σχεδιασμού, αυτό είναι το πιο ευάλωτο μέρος.

Στη διαδρομή σήματος 2-10V, η συσκευή εξόδου μπορεί να διασφαλίσει μόνο την ορθότητα της τάσης εξόδου (Vo) στην πλευρά του ελεγκτή (επειδή το σημείο ανάδρασης τάσης βρίσκεται κοντά στον ακροδέκτη εξόδου). Από την άλλη πλευρά, η τάση εισόδου (Vi) στην πλευρά του ενεργοποιητή δεν μπορεί να εγγυηθεί ότι είναι σωστή, επειδή Vi=Vo+Vθόρυβος+Vεδάφος−διαφοράVi = Vo + V_{θόρυβος} + V_{εδάφος-διαφορά}, όπου VnoiseV_{θόρυβος} και Vground−diffV_{ground-diff} είναι ιδιαίτερα ευάλωτα σε παρεμβολές, προκαλώντας παροδικές αλλαγές που είναι αναπόφευκτες.

Το μήκος του καλωδίου σήματος 2-10V, η εσωτερική του αντίσταση και τα μέτρα θωράκισης επηρεάζουν σημαντικά την απόδοση κατά των παρεμβολών του σήματος 2-10V. Όσο μεγαλύτερο είναι το καλώδιο, τόσο υψηλότερη είναι η εσωτερική αντίσταση και όσο χειρότερη είναι η θωράκιση, τόσο χειρότερη είναι η αντίσταση του σήματος 2-10V στις παρεμβολές. Επομένως, το 2-10V χρησιμοποιείται συνήθως για επικοινωνία πολύ μικρών αποστάσεων.

Ανάλυση σήματος 4-20mA

Διάγραμμα αντιπαρεμβολών για σήμα 4-20mA (DCL Huayi Intelligent Control)

Σε σύγκριση με τα 2-10V, τα 4-20mA αντιμετωπίζουν δύο κρίσιμες αδυναμίες του σήματος 2-10V. Όπως φαίνεται στο παραπάνω διάγραμμα:

Όταν χρησιμοποιούνται 4-20mA, λόγω της χαμηλότερης αντίστασης εισόδου στη μονάδα (R=120 ohms), το ρεύμα σήματος εισόδου είναι σχετικά υψηλό (4mA – 20mA). Αυτό έχει ως αποτέλεσμα υψηλότερο λόγο σήματος προς θόρυβο κατά μήκος αυτής της διαδρομής, που σημαίνει ότι η απόδοση αγώγιμης και ακτινοβολικής αντι-παρεμβολής είναι καλύτερη. Ως αποτέλεσμα, το σήμα 4-20mA είναι πολύ πιο δύσκολο να επηρεαστεί.

Στη διαδρομή σήματος 4-20mA, η συσκευή εξόδου μπορεί να διασφαλίσει την ορθότητα ολόκληρου του ρεύματος του βρόχου εξόδου, συμπεριλαμβανομένου τόσο του ρεύματος στην πλευρά εξόδου όσο και του ρεύματος στην είσοδο του ενεργοποιητή. Αυτό συμβαίνει επειδή ο στόχος δειγματοληψίας ανάδρασης του κυκλώματος εξόδου είναι το ρεύμα στο άκρο εξόδου του βρόχου 4-20mA και το ρεύμα είναι ίσο σε ολόκληρο τον βρόχο σήματος. Επομένως, το ρεύμα που δειγματοληπτείται στο άκρο του ενεργοποιητή πρέπει να είναι το ίδιο με το ρεύμα εξόδου από τον ελεγκτή. Ακόμα και παρουσία παρεμβολών και ασυνεπειών δυναμικού γείωσης, το κύκλωμα εξόδου 4-20mA μπορεί να διασφαλίσει την ορθότητα του ρεύματος σήματος μέσω ενεργής ρύθμισης αρνητικής ανάδρασης.

Το μήκος του καλωδίου σήματος 4-20mA και η εσωτερική του αντίσταση έχουν μικρή επίδραση στην απόδοση κατά των παρεμβολών του σήματος 4-20mA. Επομένως, το 4-20mA χρησιμοποιείται συνήθως για επικοινωνία μεγάλων αποστάσεων.

Σύναψη

Συμπερασματικά, το σήμα 4-20mA έχει σημαντικά καλύτερη απόδοση κατά των παρεμβολών από το σήμα 2-10V σε βιομηχανικά περιβάλλοντα. Αυτό ισχύει και για εφαρμογές που περιλαμβάνουν ηλεκτρικούς ενεργοποιητές.