W zastosowaniach przeciwzakłóceniowych siłowników elektrycznych, sygnał analogowy 4-20 mA znacznie przewyższa sygnał analogowy 2-10 V. Dlaczego tak się dzieje?

Analiza sygnału 2-10 V

Schemat przeciwzakłóceniowy dla sygnału 2-10 V (inteligentne sterowanie DCL Huayi)

Jak pokazano na powyższym schemacie:

Przy napięciu 2–10 V, ze względu na wyższą rezystancję wejściową modułu (R=34 kΩ), prąd sygnału wejściowego jest bardzo niski (0,059 mA – 0,29 mA). W rezultacie stosunek sygnału do szumu na tej ścieżce jest bardzo niski, co oznacza słabą przewodność i odporność na zakłócenia radiacyjne. Innymi słowy, z punktu widzenia projektowania układów elektronicznych, jest to najbardziej podatny na zakłócenia element.

W torze sygnałowym 2-10 V układ wyjściowy może jedynie zapewnić poprawność napięcia wyjściowego (Vo) po stronie sterownika (ponieważ punkt sprzężenia zwrotnego napięcia znajduje się blisko pinu wyjściowego). Z drugiej strony, nie można zagwarantować poprawności napięcia wejściowego (Vi) po stronie siłownika, ponieważ Vi=Vo+Vszum+Vgrud−różnicaVi = Vo + V_{szum} + V_{grud-różnica}, Gdzie VszumV_{szum} I Vground−diffV_{ground-diff} są bardzo podatne na zakłócenia powodujące nieuniknione przejściowe zmiany.

Długość kabla sygnałowego 2-10 V, jego rezystancja wewnętrzna oraz sposób ekranowania znacząco wpływają na odporność sygnału 2-10 V na zakłócenia. Im dłuższy kabel, tym wyższa rezystancja wewnętrzna, a im słabsze ekranowanie, tym gorsza odporność sygnału 2-10 V na zakłócenia. Dlatego też kabel 2-10 V jest powszechnie stosowany do komunikacji na bardzo krótkie odległości.

Analiza sygnału 4-20mA

Schemat przeciwzakłóceniowy dla sygnału 4-20 mA (inteligentne sterowanie DCL Huayi)

W porównaniu z napięciem 2-10 V, napięcie 4-20 mA eliminuje dwie krytyczne słabości sygnału 2-10 V. Jak pokazano na powyższym schemacie:

Przy użyciu 4-20 mA, ze względu na niższą rezystancję wejściową modułu (R = 120 omów), prąd sygnału wejściowego jest stosunkowo wysoki (4 mA – 20 mA). Skutkuje to wyższym stosunkiem sygnału do szumu na tej ścieżce, co przekłada się na lepszą przewodność i odporność na zakłócenia radiacyjne. W rezultacie sygnał 4-20 mA jest znacznie trudniejszy do zakłócenia.

W torze sygnałowym 4-20 mA układ wyjściowy może zapewnić poprawność prądu całej pętli wyjściowej, zarówno prądu po stronie wyjściowej, jak i prądu na wejściu siłownika. Wynika to z faktu, że celem próbkowania sprzężenia zwrotnego obwodu wyjściowego jest prąd na wyjściu pętli 4-20 mA, a prąd ten jest równy w całej pętli sygnałowej. Dlatego prąd próbkowany po stronie siłownika musi być taki sam, jak prąd wyjściowy sterownika. Nawet w przypadku zakłóceń i niespójności potencjału masy, obwód wyjściowy 4-20 mA może zapewnić poprawność prądu sygnału poprzez aktywną regulację ujemnego sprzężenia zwrotnego.

Długość kabla sygnałowego 4-20 mA i jego rezystancja wewnętrzna mają niewielki wpływ na odporność na zakłócenia sygnału 4-20 mA. Dlatego sygnał 4-20 mA jest powszechnie stosowany w komunikacji na duże odległości.

Wniosek

Podsumowując, sygnał 4-20 mA charakteryzuje się znacznie lepszą odpornością na zakłócenia niż sygnał 2-10 V w środowiskach przemysłowych. Dotyczy to również zastosowań z siłownikami elektrycznymi.