4-20 એમએ સર્કિટ કેવી રીતે કામ કરે છે

"વર્તમાન લૂપ" નો ઉપયોગ 1950 ના દાયકામાં ડેટા ટ્રાન્સમિશન ઇન્ટરફેસ તરીકે કરવામાં આવ્યો હતો. શરૂઆતમાં, ઇન્ટરફેસનો ઓપરેટિંગ પ્રવાહ 60 mA હતો, અને પછીથી, 1962 માં શરૂ કરીને, 20 mA વર્તમાન લૂપ ઇન્ટરફેસ ટેલિટાઇપમાં વ્યાપક બન્યો.

1980 ના દાયકામાં, જ્યારે વિવિધ સેન્સર્સ, ઓટોમેશન સાધનો અને એક્ટ્યુએટર્સ તકનીકી સાધનોમાં વ્યાપકપણે રજૂ થવા લાગ્યા, ત્યારે "વર્તમાન સર્કિટ" ઇન્ટરફેસે તેના ઓપરેટિંગ પ્રવાહોની શ્રેણીને સંકુચિત કરી દીધી - તે 4 થી 20 mA સુધી બદલાવા લાગી.

RS-485 ઈન્ટરફેસ સ્ટાન્ડર્ડના આગમન સાથે 1983થી «વર્તમાન લૂપ»નો વધુ ફેલાવો ધીમો પડવા લાગ્યો અને આજે નવા સાધનોમાં લગભગ ક્યારેય પણ «વર્તમાન લૂપ»નો ઉપયોગ થતો નથી.

વર્તમાન લૂપ ટ્રાન્સમીટર RS-485 ટ્રાન્સમીટરથી અલગ છે જેમાં તે વોલ્ટેજ સ્ત્રોતને બદલે વર્તમાન સ્ત્રોતનો ઉપયોગ કરે છે.

વર્તમાન, વોલ્ટેજથી વિપરીત, સર્કિટ સાથે સ્ત્રોતમાંથી ખસેડવું, લોડ પરિમાણોને આધારે તેના વર્તમાન મૂલ્યને બદલતું નથી. તેથી, "વર્તમાન લૂપ" ક્યાં તો કેબલ પ્રતિકાર, લોડ પ્રતિકાર અથવા પ્રેરક અવાજ EMF માટે સંવેદનશીલ નથી.

વધુમાં, લૂપ વર્તમાન વર્તમાન સ્ત્રોતના સપ્લાય વોલ્ટેજ પર આધારિત નથી, પરંતુ તે ફક્ત કેબલ દ્વારા લિકેજને કારણે બદલાઈ શકે છે, જે સામાન્ય રીતે નજીવા હોય છે. વર્તમાન ચક્રની આ લાક્ષણિકતા તેના અમલીકરણની રીતોને સંપૂર્ણપણે નિર્ધારિત કરે છે.

એ નોંધવું જોઈએ કે કેપેસિટીવ પીકઅપનું EMF વર્તમાન સ્ત્રોતની સમાંતર રીતે અહીં લાગુ કરવામાં આવે છે, અને તેની પરોપજીવી અસરને નબળી બનાવવા માટે કવચનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

આ કારણોસર, સિગ્નલ ટ્રાન્સમિશન લાઇન સામાન્ય રીતે ઢાલવાળી ટ્વિસ્ટેડ જોડી હોય છે, જે, વિભેદક રીસીવર સાથે કામ કરીને, એકલા સામાન્ય સ્થિતિ અને પ્રેરક અવાજને ઓછી કરે છે.

સિગ્નલની પ્રાપ્તિની બાજુએ, લૂપ પ્રવાહને માપાંકિત રેઝિસ્ટરનો ઉપયોગ કરીને વોલ્ટેજમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે. અને 20 mA ના વર્તમાન પર, પ્રમાણભૂત શ્રેણી 2.5 V નો વોલ્ટેજ મેળવવામાં આવે છે; 5V; 10V; - અનુક્રમે 125, 250 અથવા 500 ઓહ્મના પ્રતિકાર સાથે રેઝિસ્ટરનો ઉપયોગ કરવા માટે તે પૂરતું છે.

"વર્તમાન લૂપ" ઇન્ટરફેસનો પ્રથમ અને મુખ્ય ગેરલાભ એ તેની ઓછી ઝડપ છે, જે ટ્રાન્સમિટિંગ બાજુ પર સ્થિત ઉપરોક્ત વર્તમાન સ્ત્રોતમાંથી ટ્રાન્સમિશન કેબલની ક્ષમતાને ચાર્જ કરવાની ઝડપ દ્વારા મર્યાદિત છે.

તેથી, 75 pF/m ની રેખીય કેપેસીટન્સ સાથે 2 કિમી લાંબી કેબલનો ઉપયોગ કરતી વખતે, તેની કેપેસીટન્સ 150 nF હશે, જેનો અર્થ છે કે 20 mA ના પ્રવાહ પર આ કેપેસીટન્સને 5 વોલ્ટ સુધી ચાર્જ કરવામાં 38 μs લે છે, જે અનુરૂપ છે. 4.5 kbps ના ડેટા ટ્રાન્સફર રેટ પર.

નીચે વિકૃતિના વિવિધ સ્તરો (જીટર) અને વિવિધ વોલ્ટેજ પર ઉપયોગમાં લેવાતી કેબલની લંબાઈ પર «વર્તમાન લૂપ» દ્વારા મહત્તમ ઉપલબ્ધ ડેટા ટ્રાન્સમિશન દરની ગ્રાફિકલ અવલંબન છે, મૂલ્યાંકન એ જ રીતે હાથ ધરવામાં આવ્યું હતું જેમ કે આરએસ ઇન્ટરફેસ -485.

"વર્તમાન લૂપ" નો બીજો ગેરલાભ એ કનેક્ટર્સની ડિઝાઇન અને કેબલના વિદ્યુત પરિમાણો માટે ચોક્કસ ધોરણનો અભાવ છે, જે આ ઇન્ટરફેસના વ્યવહારિક ઉપયોગને પણ મર્યાદિત કરે છે. વાજબીતામાં, તે નોંધી શકાય છે કે હકીકતમાં, સામાન્ય રીતે સ્વીકૃત રાશિઓ 0 થી 20 mA અને 4 થી 20 mA સુધીની હોય છે. શ્રેણી 0 - 60 mA ઘણી ઓછી વાર વપરાય છે.

સૌથી વધુ આશાસ્પદ વિકાસ કે જેને "વર્તમાન લૂપ" ઈન્ટરફેસનો ઉપયોગ કરવાની જરૂર પડે છે, મોટા ભાગના ભાગ માટે આજે ફક્ત 4 ... 20 mA ઈન્ટરફેસનો ઉપયોગ થાય છે, જે લાઇન બ્રેકનું સરળતાથી નિદાન કરવાનું શક્ય બનાવે છે. વધુમાં, "વર્તમાન લૂપ " વિકાસકર્તાની જરૂરિયાતોને આધારે ડિજિટલ અથવા એનાલોગ હોઈ શકે છે (તેના પર પછીથી વધુ).

કોઈપણ પ્રકારનાં "વર્તમાન લૂપ" (એનાલોગ અથવા ડિજિટલ) નો વ્યવહારીક રીતે ઓછો ડેટા દર તેને શ્રેણીમાં જોડાયેલા ઘણા રીસીવરો સાથે એકસાથે ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે, અને લાંબી લાઈનો સાથે મેચિંગની જરૂર નથી.

"વર્તમાન ચક્ર" નું એનાલોગ સંસ્કરણ

એનાલોગ "વર્તમાન લૂપ" ને ટેક્નોલોજીમાં એપ્લિકેશન મળી છે જ્યાં તે જરૂરી છે, ઉદાહરણ તરીકે, સેન્સરથી કંટ્રોલર સુધી અથવા કંટ્રોલર અને એક્ટ્યુએટર વચ્ચે સિગ્નલ ટ્રાન્સમિટ કરવા. અહીં, વર્તમાન ચક્ર ઘણા ફાયદાઓ પ્રદાન કરે છે.

સૌ પ્રથમ, માપેલ મૂલ્યની વિવિધતાની શ્રેણી, જ્યારે તે પ્રમાણભૂત શ્રેણીમાં ઘટાડવામાં આવે છે, ત્યારે તમને સિસ્ટમના ઘટકોને બદલવાની મંજૂરી આપે છે. નોંધપાત્ર અંતર પર ઉચ્ચ ચોકસાઈ (+ -0.05% થી વધુ ભૂલ) સાથે સિગ્નલ ટ્રાન્સમિટ કરવાની ક્ષમતા પણ નોંધપાત્ર છે. છેલ્લે, વર્તમાન ચક્ર ધોરણ મોટાભાગના ઔદ્યોગિક ઓટોમેશન વિક્રેતાઓ દ્વારા સમર્થિત છે.

4 … 20 mA વર્તમાન લૂપમાં સિગ્નલ સંદર્ભ બિંદુ તરીકે ન્યૂનતમ 4 mA વર્તમાન છે.આમ, જો કેબલ તૂટી જાય, તો વર્તમાન શૂન્ય હશે. 0 … 20 mA વર્તમાન લૂપનો ઉપયોગ કરતી વખતે, કેબલ બ્રેકનું નિદાન કરવું વધુ મુશ્કેલ હશે, કારણ કે 0 mA ફક્ત ટ્રાન્સમિટેડ સિગ્નલનું ન્યૂનતમ મૂલ્ય સૂચવી શકે છે. 4 … 20 mA શ્રેણીનો બીજો ફાયદો એ છે કે 4 mA ના સ્તરે પણ કોઈપણ સમસ્યા વિના સેન્સરને પાવર આપવાનું શક્ય છે.

નીચે બે એનાલોગ વર્તમાન આકૃતિઓ છે. પ્રથમ સંસ્કરણમાં, પાવર સપ્લાય ટ્રાન્સમીટરમાં બનેલ છે, જ્યારે બીજા સંસ્કરણમાં, વીજ પુરવઠો બાહ્ય છે.

બિલ્ટ-ઇન પાવર સપ્લાય ઇન્સ્ટોલેશનની દ્રષ્ટિએ અનુકૂળ છે, અને બાહ્ય એક તમને ઉપકરણના હેતુ અને ઑપરેટિંગ શરતોને આધારે તેના પરિમાણોને બદલવાની મંજૂરી આપે છે જેની સાથે વર્તમાન લૂપનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

વર્તમાન લૂપના સંચાલનનો સિદ્ધાંત બંને સર્કિટ માટે સમાન છે. આદર્શરીતે, ઓપ-એમ્પમાં તેના ઇનપુટ્સ પર અનંતપણે મોટો આંતરિક પ્રતિકાર અને શૂન્ય પ્રવાહ હોય છે, જેનો અર્થ છે કે તેના ઇનપુટ્સમાં વોલ્ટેજ પણ શરૂઆતમાં શૂન્ય હોય છે.

આમ, ટ્રાન્સમીટરમાં રેઝિસ્ટર દ્વારા પ્રવાહ ફક્ત ઇનપુટ વોલ્ટેજના મૂલ્ય પર આધાર રાખે છે અને સમગ્ર લૂપમાં વર્તમાનની સમાન હશે, જ્યારે તે લોડ પ્રતિકાર પર આધારિત રહેશે નહીં. તેથી, રીસીવર ઇનપુટ વોલ્ટેજ સરળતાથી નક્કી કરી શકાય છે.

ઑપ-એમ્પ સર્કિટમાં તમને રીસીવર કેબલને કનેક્ટ કર્યા વિના ટ્રાન્સમીટરને માપાંકિત કરવાની મંજૂરી આપવાનો ફાયદો છે, કારણ કે રીસીવર અને કેબલ દ્વારા રજૂ કરવામાં આવેલી ભૂલ ઘણી નાની છે.

આઉટપુટ વોલ્ટેજ ટ્રાન્સમિશન ટ્રાન્ઝિસ્ટરની જરૂરિયાતોને આધારે પસંદ કરવામાં આવે છે તેના સક્રિય મોડમાં સામાન્ય કામગીરી માટે, તેમજ વાયર, ટ્રાન્ઝિસ્ટર પોતે અને રેઝિસ્ટર પરના વોલ્ટેજ ડ્રોપને વળતર આપવાની શરત સાથે.

કહો કે રેઝિસ્ટર 500 ઓહ્મ છે અને કેબલ 100 ઓહ્મ છે. પછી, 20 mA નો કરંટ મેળવવા માટે, 22 V નો વોલ્ટેજ સ્ત્રોત જરૂરી છે. સૌથી નજીકનું પ્રમાણભૂત વોલ્ટેજ પસંદ કરવામાં આવે છે — 24 V. વોલ્ટેજ મર્યાદામાંથી વધારાની શક્તિ ટ્રાંઝિસ્ટર પર ખાલી થઈ જશે.

નોંધ કરો કે બંને ચાર્ટ દર્શાવે છે ગેલ્વેનિક અલગતા ટ્રાન્સમીટર સ્ટેજ અને ટ્રાન્સમીટરના ઇનપુટ વચ્ચે. ટ્રાન્સમીટર અને રીસીવર વચ્ચેના કોઈપણ ખોટા જોડાણને ટાળવા માટે આ કરવામાં આવે છે.

એનાલોગ વર્તમાન લૂપ બનાવવા માટેના ટ્રાન્સમીટરના ઉદાહરણ તરીકે, અમે 4 ... 20 mA અથવા 0 ... 20 mA નો ઉપયોગ કરીને કમ્પ્યુટરને એક્ટ્યુએટર સાથે કનેક્ટ કરવા માટે ચાર એનાલોગ આઉટપુટ ચેનલો સાથે તૈયાર ઉત્પાદન NL-4AO ટાંકી શકીએ છીએ. વર્તમાન ચક્ર « પ્રોટોકોલ.

મોડ્યુલ RS-485 પ્રોટોકોલ દ્વારા કમ્પ્યુટર સાથે વાતચીત કરે છે. રૂપાંતરણ ભૂલોની ભરપાઈ કરવા માટે ઉપકરણ વર્તમાન માપાંકિત છે અને કમ્પ્યુટર દ્વારા પૂરા પાડવામાં આવેલ આદેશોને એક્ઝિક્યુટ કરે છે. માપાંકન ગુણાંક ઉપકરણ મેમરીમાં સંગ્રહિત થાય છે. DAC નો ઉપયોગ કરીને ડિજિટલ ડેટાને એનાલોગમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે.

"વર્તમાન ચક્ર" નું ડિજિટલ સંસ્કરણ

ડિજિટલ વર્તમાન લૂપ, નિયમ તરીકે, 0 ... 20 એમએ મોડમાં કાર્ય કરે છે, કારણ કે આ ફોર્મમાં ડિજિટલ સિગ્નલનું પુનઃઉત્પાદન કરવું વધુ સરળ છે. તર્ક સ્તરોની ચોકસાઈ અહીં એટલી મહત્વપૂર્ણ નથી, તેથી લૂપ વર્તમાન સ્ત્રોતમાં ખૂબ ઊંચી આંતરિક પ્રતિકાર અને પ્રમાણમાં ઓછી ચોકસાઈ હોઈ શકે છે.

ઉપરના ચિત્રમાં, 24 V ના સપ્લાય વોલ્ટેજ સાથે, રીસીવરના ઇનપુટ પર 0.8 V છોડવામાં આવે છે, જેનો અર્થ છે કે 1.2 kΩ ના રેઝિસ્ટર સાથે, વર્તમાન 20 mA હશે. કેબલમાં વોલ્ટેજ ડ્રોપ, જો તેનો પ્રતિકાર કુલ લૂપ પ્રતિકારના 10% હોય, તો પણ તેને અવગણવામાં આવી શકે છે, જેમ કે ઓપ્ટોકપલરમાં વોલ્ટેજ ઘટી શકે છે.વ્યવહારમાં, આ શરતો હેઠળ, ટ્રાન્સમીટરને વર્તમાન સ્ત્રોત ગણી શકાય.