Схема подключения датчика давления 4-20 мА: объяснение 2-проводного, 3-проводного и 4-проводного вариантов.

В промышленной системе измерения давления 4-20 мА используется токовая петля для передачи показаний давления на расстояние. Она выбирает этот метод вместо обычного сигнала напряжения, чтобы избежать потери точности. Токовые петли гасят электрические помехи от заводского оборудования, позволяя панели управления получать точные данные независимо от расстояния между датчиком и диспетчерской.

Как работает токовая петля 4-20 мА в реальных условиях

При контроле давления в трубопроводе проводка датчика часто проходит мимо сварочного оборудования и высоковольтных кабелей электродвигателей. Если подать сигнал 0,10 В на такое расстояние, внутреннее сопротивление провода снизит напряжение до того, как оно достигнет диспетчерской. Таким образом, показание 5 В может отображаться на дисплее как 4,7 В. Кроме того, показания могут быть искажены из-за магнитных полей поблизости, которые создают статическое электричество в трубопроводе.

Токовая петля обходит эту проблему, пропуская через провод точно заданный ток. Этот ток может составлять от 4 мА (нулевое давление) до 2 мА (полное давление). Поскольку ток остается постоянным в каждой точке цепи, контроллер считывает одно и то же значение независимо от расстояния до датчика.

Как только вы разберетесь с этим, следующим шагом будет правильная физическая проводка. Четкая схема подключения датчика давления 4-20 мА перед прокладкой кабеля поможет избежать выхода из строя входной платы или образования контура заземления.

Двухпроводная петля: питание и сигнал по одним линиям.

Двухпроводная схема — это, пожалуй, самая простая схема подключения измерительного прибора. Одна и та же пара проводов выполняет двойную функцию: подает на датчик постоянное напряжение 24 В и возвращает сигнал 4-20 мА на панель.

Эта двухпроводная схема подключения 4-20 мА показывает, как это работает на практике.

Положительный провод от источника питания подключается непосредственно к положительному выводу датчика. Затем отрицательный вывод датчика проходит через аналоговый вход ПЛК, после чего возвращается на землю. Поскольку дополнительных проводов не требуется, этот метод считается недорогим в установке.

На клеммной колодке три соединения: положительный вывод источника питания 24 В (V+) к положительному выводу передатчика (L+), отрицательный вывод передатчика (L-) к положительному выводу платы ПЛК (AI+) и отрицательный вывод платы ПЛК (AI-) обратно к отрицательному общему выводу источника питания (V-), замыкая контур.

Трехпроводная и четырехпроводная конфигурации: работа с более яркими дисплеями

Иногда датчику требуется больше энергии, чем может обеспечить базовый показатель в 4 мА, обычно из-за яркого дисплея или локальной обработки данных на самом устройстве. В этом случае вам потребуется три или четыре провода вместо двух.

Трехпроводная схема использует общую землю для питания и сигнала. Отдельный провод питания и общий провод обеспечивают работу дисплея и электроники датчика, а третий провод передает сигнал 4-20 мА на ПЛК, используя ту же общую землю для замыкания контура. На клеммной колодке: положительный полюс питания (V+) подключается к входу питания датчика (Vcc), отрицательный полюс питания (V-) — к земле датчика (GND), а перемычка от GND подключается к отрицательному общему выводу ПЛК (AI-). Выходной сигнал датчика поступает непосредственно на положительный вход ПЛК (AI+).

В четырехпроводной схеме питание полностью отделено от сигнала. Два провода обеспечивают только питание, будь то 24 В постоянного тока или 110/220 В переменного тока, а два других остаются изолированными и предназначены исключительно для измерения тока 4-20 мА, что предотвращает воздействие высоковольтных скачков на управляющую электронику. Внешние линии питания подключаются к клеммам питания датчика, а клеммы сигнала+ и сигнала- датчика подключаются непосредственно к клеммам AI+ и AI- ПЛК, располагаясь вдали от любых общих проводов заземления со стороны питания.

Большинство проблем с контуром заземления связаны с одной из нескольких причин: экранирование с обоих концов вместо одного, что создает контур заземления, искажающий чистый сигнал; источник питания, не способный поддерживать напряжение 24 В под нагрузкой, что приводит к дрейфу показаний, более заметному на 3-проводных и 4-проводных датчиках, поскольку дисплеи потребляют дополнительный ток; или несоответствие входного импеданса ПЛК, поскольку контур ожидает 250 Ом для чистого преобразования в сигнал, который может считывать ПЛК.

Выбор изолированного ПЛК Аналоговый модуль ввода/вывода

Когда в контуре управления присутствует сильный фоновый шум, аналоговая входная плата на стороне ПЛК имеет такое же значение, как и датчик. В первую очередь стоит проверить несколько моментов.

Большинство стандартных плат обеспечивают только групповую изоляцию, что по-прежнему позволяет контуру заземления распространяться между соседними каналами и искажать несвязанные показания. На самом деле вам нужна изоляция между каналами, рассчитанная как минимум на 500 В переменного тока или 700 В постоянного тока, чтобы скачок напряжения на линии одного датчика не распространялся на остальную сеть. 

Убедитесь также, что входное сопротивление платы действительно составляет 250 Ом, поскольку именно оно преобразует сигнал 4-20 мА в диапазон 1-5 В, который считывает ПЛК. И подберите количество каналов в соответствии с будущими потребностями панели, а не только с сегодняшними: например, 8-канальная изолированная плата. Siemens SIMATIC S7-1200 Модуль SM 1231 или модуль Mitsubishi MELSEC-F позволяют добавить датчики позже, не занимая сейчас место на направляющих.

Датчики давления Autonics PSAN

Номинальное потребление тока: Макс. 50 мА, Макс. 75 мА
Рабочее напряжение: 12–24 В постоянного тока
Время отклика: 2,5 мс, 5 мс, 100 мс, 500 мс, 1000 мс
Диапазон влажности: 30 до 80% RH

Просмотреть продукт

Поставка измерительного оборудования (преимущества Simply Buy)

Если вы пытаетесь решить проблему с проводкой или боретесь с помехами сигнала, обычно все сводится к подбору правильного датчика к правильной панели. Simply Buy помогает в этом, проверяя схемы цепей и поставляя сертифицированное оборудование различных производителей.

Для гигиенических или фармацевтических процессов с постоянной промывкой датчик давления IFM PG2799 сочетает в себе полностью сварную лицевую панель из нержавеющей стали 316L с чистой петлей 4-20 мА. Для уменьшения габаритов на газовых или вакуумных линиях предлагается... Омрон E8F2 обеспечивает отображение показаний светодиодной гистограммы в реальном времени с высокой воспроизводимостью, а также Автоника PSAN Линейка включает в себя системы общего мониторинга воздуха, масла и воды с простым подключением одним нажатием кнопки.

Шум в сигнале не всегда возникает на уровне датчика. Иногда проблема кроется на стороне ПЛК, поэтому мы также предлагаем изолированные аналоговые входные платы и процессоры от Siemens, ABB и Mitsubishi, что позволяет модернизировать контур датчика давления 4-20 мА и плату для его считывания одновременно. На каждый компонент распространяется гарантия подлинности 100%, полная заводская гарантия и надежная международная логистика.