В контексте применения электрических актуаторов для обеспечения помехоустойчивости аналоговый сигнал 4-20 мА значительно превосходит аналоговый сигнал 2-10 В. Почему это так?

Анализ сигнала 2-10 В

Схема защиты от помех для сигнала 2-10 В (интеллектуальное управление DCL Huayi)

Как показано на диаграмме выше:

При использовании напряжения 2-10 В из-за более высокого входного сопротивления модуля (R=34 кОм) входной сигнальный ток очень низок (0,059 мА – 0,29 мА). В результате отношение сигнал/шум на этом участке очень низкое, что означает низкую помехоустойчивость как по проводимости, так и по излучению. Другими словами, с точки зрения проектирования электронных схем, это наиболее уязвимая часть.

В сигнальном тракте 2-10 В выходное устройство может гарантировать корректность выходного напряжения (Vo) только на стороне контроллера (поскольку точка обратной связи по напряжению находится близко к выходному выводу). С другой стороны, корректность входного напряжения (Vi) на стороне исполнительного механизма не может быть гарантирована, поскольку Vi = Vo + Vnoise + Vground−diff Vi = Vo + V_{noise} + V_{ground-diff}, где VnoiseV_{noise} и Vground−diffV_{ground-diff} Они очень восприимчивы к помехам, вызывая кратковременные изменения, которых невозможно избежать.

Длина сигнального кабеля 2-10 В, его внутреннее сопротивление и степень экранирования существенно влияют на помехоустойчивость сигнала 2-10 В. Чем длиннее кабель, тем выше внутреннее сопротивление и хуже экранирование, тем хуже устойчивость сигнала 2-10 В к помехам. Поэтому кабель 2-10 В обычно используется для связи на очень коротких расстояниях.

Анализ сигнала 4-20 мА

Схема защиты от помех для сигнала 4-20 мА (интеллектуальное управление DCL Huayi)

По сравнению с диапазоном 2-10 В, диапазон 4-20 мА устраняет два критических недостатка сигнала 2-10 В. Как показано на схеме выше:

При использовании тока 4-20 мА, благодаря более низкому входному сопротивлению модуля (R=120 Ом), входной сигнальный ток относительно высок (4–20 мА). Это приводит к более высокому соотношению сигнал/шум на этом пути, что означает лучшую защиту от помех как по проводимости, так и по излучению. В результате сигнал 4-20 мА гораздо сложнее подвергнуть воздействию помех.

В сигнальном тракте 4-20 мА выходное устройство может обеспечить корректность всего выходного контура тока, включая как ток на выходе, так и ток на входе исполнительного механизма. Это связано с тем, что целевым значением обратной связи выходной цепи является ток на выходе контура 4-20 мА, и этот ток одинаков по всему сигнальному контуру. Следовательно, ток, измеренный на конце исполнительного механизма, должен совпадать с выходным током контроллера. Даже при наличии помех и несоответствий потенциала земли выходная цепь 4-20 мА может обеспечить корректность сигнального тока за счет активной отрицательной обратной связи.

Длина сигнального кабеля 4-20 мА и его внутреннее сопротивление мало влияют на помехоустойчивость сигнала 4-20 мА. Поэтому кабель 4-20 мА обычно используется для дальней связи.

Заключение

В заключение, сигнал 4-20 мА обладает значительно лучшей помехоустойчивостью, чем сигнал 2-10 В в промышленных условиях. Это также справедливо для применений, связанных с электрическими приводами.