Nell'applicazione delle prestazioni anti-interferenza degli attuatori elettrici, il segnale analogico 4-20 mA offre prestazioni nettamente superiori rispetto al segnale analogico 2-10 V. Perché?

Analisi del segnale 2-10V

Diagramma anti-interferenza per segnale 2-10V (controllo intelligente DCL Huayi)

Come illustrato nel diagramma sopra:

Quando si utilizza una tensione di 2-10 V, a causa dell'elevata resistenza di ingresso del modulo (R=34 kΩ), la corrente del segnale di ingresso è molto bassa (0,059 mA – 0,29 mA). Di conseguenza, il rapporto segnale/rumore lungo questo percorso è molto basso, il che significa che le prestazioni anti-interferenza conduttiva e radiativa sono scarse. In altre parole, dal punto di vista della progettazione elettronica, questa è la parte più vulnerabile.

Nel percorso del segnale 2-10V, il dispositivo di uscita può garantire solo la correttezza della tensione di uscita (Vo) sul lato del controller (perché il punto di feedback della tensione è vicino al pin di uscita). D'altra parte, non è possibile garantire la correttezza della tensione di ingresso (Vi) sul lato dell'attuatore, perché Vi=Vo+Vnoise+Vground−diffVi = Vo + V_{noise} + V_{ground-diff}, Dove VnoiseV_{noise} e Vground−diffV_{ground-diff} sono altamente suscettibili alle interferenze, che causano cambiamenti transitori inevitabili.

La lunghezza del cavo di segnale 2-10V, la sua resistenza interna e le misure di schermatura influenzano significativamente le prestazioni anti-interferenza del segnale 2-10V. Più lungo è il cavo, maggiore è la resistenza interna e peggiore è la schermatura, minore sarà la resistenza del segnale 2-10V alle interferenze. Pertanto, il segnale 2-10V è comunemente utilizzato per comunicazioni a brevissima distanza.

Analisi del segnale 4-20mA

Diagramma anti-interferenza per segnale 4-20 mA (controllo intelligente DCL Huayi)

Rispetto al segnale 2-10V, il segnale 4-20mA risolve due punti deboli critici del segnale 2-10V. Come mostrato nel diagramma sopra:

Quando si utilizza un segnale 4-20mA, grazie alla minore resistenza di ingresso del modulo (R=120 ohm), la corrente del segnale in ingresso è relativamente elevata (4mA – 20mA). Ciò si traduce in un rapporto segnale/rumore più elevato lungo questo percorso, il che significa che le prestazioni anti-interferenza conduttiva e radiativa sono migliori. Di conseguenza, il segnale 4-20mA è molto più difficile da interferire.

Nel percorso del segnale 4-20 mA, il dispositivo di uscita garantisce la correttezza dell'intera corrente del circuito di uscita, inclusa sia la corrente sul lato di uscita che quella all'ingresso dell'attuatore. Questo perché il campione di riferimento del circuito di uscita è la corrente all'estremità di uscita del circuito 4-20 mA, e la corrente è uniforme lungo tutto il circuito del segnale. Pertanto, la corrente campionata all'estremità dell'attuatore deve essere uguale alla corrente di uscita del controller. Anche in presenza di interferenze e incongruenze del potenziale di terra, il circuito di uscita 4-20 mA garantisce la correttezza della corrente del segnale grazie alla regolazione attiva tramite feedback negativo.

La lunghezza del cavo di segnale 4-20 mA e la sua resistenza interna hanno un impatto minimo sulle prestazioni anti-interferenza del segnale 4-20 mA. Pertanto, il segnale 4-20 mA è comunemente utilizzato per le comunicazioni a lunga distanza.

Conclusione

In conclusione, il segnale 4-20 mA offre prestazioni anti-interferenza significativamente migliori rispetto al segnale 2-10 V in ambienti industriali. Ciò vale anche per le applicazioni che coinvolgono attuatori elettrici.