4-20mA圧力トランスミッター配線ガイド：2線式、3線式、4線式について解説

産業用圧力トランスミッター4-20mAシステムは、電流ループを利用して圧力測定値を遠距離に送信します。これは、精度低下を避けるために、単純な電圧信号ではなく電流ループを採用しているためです。電流ループは工場機械からの電気ノイズを遮断するため、センサーが制御室からどれだけ離れていても、制御盤はクリーンなデータを取得できます。.

4-20mA電流ループが実際の世界でどのように機能するか

パイプラインの圧力を監視する際、センサーの配線は溶接装置や高電圧モーターケーブルの近くを通ることがよくあります。その距離に0.10Vの信号を送ると、配線の内部抵抗によって電圧が低下し、制御室に到達する前に電圧が下がります。そのため、5Vの測定値がディスプレイ上で4.7Vと表示されることがあります。さらに、近くの磁場が配線に静電気を注入することで、表示がさらに歪む可能性もあります。.

電流ループ方式では、ワイヤに正確な電流を流すことで、この問題を回避します。電流値は4mA（圧力ゼロ）から2mA（フルスケール圧力）の間です。回路のどの点でも電流が一定に保たれるため、センサーの位置に関係なく、コントローラは常に同じ値を読み取ります。.

その部分を理解したら、次のステップは物理的な配線を正しく行うことです。ケーブルを配線する前に、4-20mA圧力トランスミッターの配線図を分かりやすく確認しておけば、入力カードを焼損させたり、グランドループを発生させたりするのを防ぐことができます。.

2線式ループ：電源と信号を同一線で伝送

2線式配線は、計測機器の配線の中でも最もシンプルな部類に入る。同じ2本の線が2つの役割を果たす。センサーに24Vの直流電源を供給すると同時に、4～20mAの信号をパネルに送り返すのだ。.

この2線式4-20mA配線図は、それが現場でどのように機能するかを示しています。.

電源からのプラス線はセンサーのプラス端子に直接接続されます。一方、センサーのマイナス端子はPLCのアナログ入力を経由してアースに戻ります。余分な配線が不要なため、この方法は設置コストが安価です。.

端子台には3つの接続があります。24V電源の正端子（V+）から送信機の正端子（L+）へ、送信機の負端子（L-）からPLCカードの正端子（AI+）へ、そしてPLCカードの負端子（AI-）から電源の負共通端子（V-）へ接続され、ループが閉じられます。.

3線式および4線式構成：より明るいディスプレイへの対応

センサーによっては、基本的な4mAのベースラインでは供給できないほどの電力が必要になる場合があります。これは通常、センサーのディスプレイが明るかったり、ユニット内でローカル処理が行われたりするためです。そのような場合は、2本ではなく3本または4本の配線が必要になります。.

3線式構成では、電源と信号が共通のグランドを共有します。専用の電源線と共通線でセンサーのディスプレイと電子回路を動作させ、3本目の線で4-20mA信号をPLCに伝送し、同じ共通線を参照してループを閉じます。端子台では、電源プラス（V+）をセンサーの電源入力（Vcc）に、電源マイナス（V-）をセンサーのグランド（GND）に、そしてそのGNDからPLCのマイナス共通線（AI-）にジャンパー線を接続します。センサーの信号出力はPLCのプラス入力（AI+）に直接接続します。.

4線式構成では、電源と信号を完全に分離します。2本の線は24V DCまたは110/220V ACの電源のみを供給し、残りの2本は4-20mAの読み取り専用として分離されているため、高電圧スパイクが制御回路に侵入するのを防ぎます。外部電源線はセンサーの電源端子に接続され、センサーの信号+端子と信号-端子はPLCのAI+端子とAI-端子に直接接続され、電源側の共通アース線から十分に離れた場所に配置されます。.

ループの問題のほとんどは、いくつかの原因のいずれかに起因します。例えば、シールドが片側ではなく両端で接地されているため、クリーンな信号を劣化させるグランドループが発生している、負荷がかかった状態で24Vを維持できない電源のため、読み取り値のずれが発生している（3線式および4線式センサーでは、ディスプレイが余分な電流を消費するため、このずれがより顕著になる）、またはPLCの入力インピーダンスが一致していない（ループは250オームのインピーダンスを期待して、PLCが読み取れる値にきれいに変換する）などです。.

孤立した PLC アナログ入出力モジュール

ループが強いバックグラウンドノイズに悩まされている場合、PLC側のアナログ入力カードはセンサーと同じくらい重要になります。まずはいくつか確認しておくべき点があります。.

ほとんどの標準カードはグループ分離しか提供しておらず、これではグランドループが隣接するチャンネル間を伝播し、無関係な測定値を破損させてしまう可能性があります。実際に必要なのは、少なくとも500V ACまたは700V DCの定格を持つチャンネル間分離です。これにより、あるセンサーのライン上のスパイクがネットワーク全体に漏れ出すのを防ぐことができます。. 

カードの入力インピーダンスが本当に250オームであることを確認してください。これは、4-20mA信号をPLCが内部で読み取る1-5Vの範囲にきれいに変換するためです。また、パネルの将来的な用途に合わせてチャンネル数を決定してください。例えば、8チャンネルの絶縁カードなどです。 シーメンス SIMATIC S7-1200 SM 1231または三菱電機製MELSEC-Fモジュールを使用すれば、レールスペースを消費することなく、後からセンサーを追加できる余地が残ります。.

オートニクスPSAN圧力センサー

定格電流消費量: 最大 50 mA、最大 75 mA
動作電圧: 12～24V DC
応答時間: 2.5 ms、5 ms、100 ms、500 ms、1000 ms
湿度範囲: 30～80% RH

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計測機器の調達（Simply Buyのメリット）

配線の問題を解決したり、信号干渉に対処したりする場合、通常は適切なセンサーを適切なパネルに組み合わせることが重要になります。Simply Buyは、回路レイアウトの検証や、様々なブランドの認証済みハードウェアの調達を通じて、こうした問題を解決します。.

衛生的なプロセスや医薬品製造プロセスで、洗浄が頻繁に行われる場合、IFM フラッシュ圧力センサー PG2799 は、完全に溶接された 316L ステンレス鋼の前面とクリーンな 4-20mA ループを組み合わせています。ガスまたは真空ラインの設置面積を小さくするには、 オムロン E8F2 高い再現性でリアルタイムのLEDバーグラフ表示を提供し、 オートニクスPSAN 本製品は、一般的な空気、油、水の監視を、簡単なワンタッチ配線でカバーします。.

信号ノイズは必ずしもセンサー側で発生するとは限りません。場合によってはPLC側で解決する必要があるため、当社ではシーメンス、ABB、三菱電機製の絶縁型アナログ入力カードと処理ユニットも取り扱っており、圧力トランスミッター4-20mAループとそれを読み取るカードを同時にアップグレードできます。すべてのコンポーネントには100%の真正性保証、完全なメーカー保証、そして信頼できる国際物流サービスが付いています。.