औद्योगिक स्वचालन इंटरफेस में से एक 4-20mA करंट लूप है, जिसका उपयोग ट्रांसड्यूसर को नियंत्रकों को मापने से डेटा स्थानांतरित करने के लिए किया जाता है। इंटरफ़ेस में एनालॉग सिग्नल प्रस्तुत किया गया है: 0mA - ब्रेक, 4mA - न्यूनतम सिग्नल स्तर, 20mA - अधिकतम सिग्नल स्तर। कई औद्योगिक सेंसर 4-20mA करंट लूप इंटरफेस के साथ उपलब्ध हैं।
लेख में, मेरा सुझाव है कि आप अपने आप को एनालॉग सिग्नल 0-5V (अन्य श्रेणियों में परिवर्तित किया जा सकता है) के कनवर्टर के साथ एक एनालॉग सिग्नल 4-20mA - xtr115 microcircuit में परिचित कराएं।
माइक्रोक्रिकिट सार्वभौमिक है: इसे एक परिचालन एम्पलीफायर, एक मापने वाले पुल, एक एनालॉग सिग्नल (डीएसी) या एक माइक्रोकंट्रोलर आउटपुट के अतिरिक्त रूपांतरण और अन्य श्रेणियों के साथ एक प्रतिरोधी भार, वोल्टेज स्रोत 0-5V से जोड़ा जा सकता है। PWM सिग्नल फिल्टर से होकर गुजरा।
Iin (पिन 2) पर लागू इनपुट सिग्नल ट्रांजिस्टर Q1 चलाकर आउटपुट करंट को नियंत्रित करता है। लाइन 4-20 का पावर इनपुट (+) वी+ (पिन 7), आईओ आउटपुट (पिन 4) से जुड़ा है। सर्किट में 5V Vreg (पिन 8) और 2.5V (xtr115) या 4.096V (xtr116) Vref (पिन 1) के लिए बिल्ट-इन रेगुलेटर हैं, जिनका उपयोग बाहरी सर्किट को पावर देने के लिए किया जा सकता है, इसका उपयोग करते समय, आपको विचार करने की आवश्यकता है: अधिकतम करंट क्या है जिसे स्टेबलाइजर से हटाया जा सकता है, 3.7 mA से अधिक नहीं होना चाहिए (माइक्रोक्रिकिट लगभग 200 μA की खपत करता है, और न्यूनतम इंटरफ़ेस स्तर 4-20 - 4 mA है), साथ ही माइक्रोक्रिकिट द्वारा संपूर्ण वर्तमान आउटपुट इसके सभी आउटपुट को इरेट आउटपुट पर वापस जाना चाहिए। 4-20 इंटरफ़ेस पर 4mA का न्यूनतम वर्तमान स्तर प्राप्त करने के लिए Iin इनपुट पर इनपुट सिग्नल को ऑफ़सेट करने के लिए Vref पिन से वोल्टेज का उपयोग किया जा सकता है। Iin (पिन 2) के माध्यम से बहने वाली धारा Io (पिन 4) के माध्यम से 100 गुना बढ़ जाती है, आयो=100*मैं.
0-5V के एनालॉग इनपुट के साथ xtr115u कनवर्टर के स्विचिंग सर्किट पर विचार करें।
कनवर्टर का आधार xtr115 चिप है। ट्रांजिस्टर Q1 कम से कम 0.8W, 40V और 20mA होना चाहिए, उदाहरण के लिए MMBT2222A, BC817, लेकिन कुछ अधिक शक्तिशाली लेना बेहतर है। कैपेसिटर C2 4-20 लाइन पर तरंगों को सुचारू करता है, रोकनेवाला R3 अधिकतम प्रवाहित धारा को सीमित करता है, इस पर 0.1W तक आवंटित किया जा सकता है, आकार 1206 की सिफारिश की जाती है। इनपुट पर, कैपेसिटर C1 एक इनपुट फिल्टर के रूप में कार्य करता है। रोकनेवाला R1 160uA पर 5V के लिए इनपुट Iin के इनपुट करंट के प्रवाह को सीमित करता है, जो आउटपुट Io पर 16mA से मेल खाता है, R1 का परिकलित मान 31.25kΩ है। 62.5 kΩ के नाममात्र मूल्य के साथ रोकनेवाला R2 आउटपुट Io (पिन 4) पर 4 mA का पूर्वाग्रह सेट करता है, इसके लिए, 40 μA का करंट संदर्भ वोल्टेज स्रोत Vref के आउटपुट से सिग्नल इनपुट Iin तक प्रवाहित होना चाहिए। बायस रेसिस्टर R2 के माध्यम से करंट का प्रवाह 40 µA पर और रेसिस्टर R1 के माध्यम से करंट का प्रवाह 160 µA तक सीमित होता है, इनपुट Iin पर 40 से 200 µA की सीमा देता है, माइक्रोक्रिकिट इस मान को 100 से गुणा करता है और आउटपुट Iout पर वर्तमान प्रवाह की सीमा 4-20 mA है।
ध्यान! आरेख के अतिरिक्त। Sot23 पैकेज में ट्रांजिस्टर इस सर्किट के लिए उपयुक्त नहीं हैं, उनका उपयोग केवल 15V तक कम वोल्टेज और करंट-लिमिटिंग रेसिस्टर (R3) की उपस्थिति में किया जा सकता है। ट्रांजिस्टर पर अधिकतम गर्मी अपव्यय 0.8W तक पहुंच सकता है, और ये पहले से ही डी-पैक मामले हैं, कम वोल्टेज पर एक एसओटी-223 खिंचाव के साथ। रोकनेवाला R3 पर, लगभग 0.1W की शक्ति जारी की जा सकती है, इष्टतम आकार 1206 है।
लेख में दिखाया गया बोर्ड इस माइक्रोक्रिकिट से परिचित होने के लिए डिज़ाइन किया गया था और 15V से नीचे के वर्तमान इंटरफ़ेस पर वोल्टेज पर काम करता है, इसे 30V पर संक्षेप में परीक्षण किया गया था।
कनवर्टर का आंतरिक उपकरण।
प्रतिरोधों R1 और R2 के चयन की सुविधा के लिए और न्यूनतम और अधिकतम सेटिंग/अंशांकन जोड़ने के लिए, तालिका E से प्रतिरोधक मानों को अधिक सामान्य मान तक कम कर दिया गया है और उनमें ट्रिमर मल्टी-टर्न प्रतिरोधों को जोड़ा गया है।
R3 - शून्य सेटिंग, सर्किट के आउटपुट पर 4mA ट्रिम जब विन इनपुट आम तार से जुड़ा होता है। R1 - अधिकतम मान सेट करना, सर्किट के आउटपुट पर 20mA को ट्रिम करना जब विन इनपुट VDD 5V से जुड़ा हो।
मुद्रित सर्किट बोर्ड इस तरह दिखता है:
SO8 पैकेज में xtr115 कन्वर्टर IC, Sot-23 पैकेज में ट्रांजिस्टर (बिना पावर मार्जिन के चुना गया ट्रांजिस्टर, बेहतर गर्मी लंपटता वाले बड़े पैकेज में चुनना बेहतर होता है)। सभी प्रतिरोधक और कैपेसिटर 0805 पैकेज में हैं। 30K के नाममात्र मूल्य के साथ रोकनेवाला R2 को 2: 10K और 20K में विभाजित किया गया है। 3296W पैकेज में ट्रिमर रेसिस्टर्स R1 और R3 मल्टी-टर्न हैं। कनेक्टर X1 को PLS-3R के रूप में बनाया गया है, स्क्वायर आउटपुट - GND, टर्मिनल ब्लॉक X2 - 350-021-14 में 3.5 मिमी की पिच है।
4-20mA xtr115 वर्तमान लूप इंटरफ़ेस का उपयोग करने के उदाहरण:
कनवर्टर से जुड़ी सबसे सरल चीज 3.3 kOhm के प्रतिरोध या एक चर आउटपुट प्रतिरोध वाले सेंसर के साथ एक चर अवरोधक (R1, ऊपर के उदाहरण के साथ आरेख में) है।
आप DAC या PWM माइक्रोकंट्रोलर के आउटपुट को एक फिल्टर (उपरोक्त आरेख में C1, R2, C2 पर U- आकार का फ़िल्टर) के माध्यम से xtr115 से भी जोड़ सकते हैं, जो नियंत्रक के PWM सिग्नल को एक एनालॉग सिग्नल में बराबर कर देगा। कि इसे कन्वर्टर के विन इनपुट में फीड किया जा सकता है। स्तरों के बारे में मत भूलना: माइक्रोकंट्रोलर के आउटपुट सिग्नल को कनवर्टर की पूरी ऑपरेटिंग रेंज (4-20mA) को कवर करना चाहिए, इसके लिए माइक्रोकंट्रोलर आपूर्ति वोल्टेज कनवर्टर के समान 5V होना चाहिए, या आपको करना होगा अतिरिक्त मिलान तत्व स्थापित करें।
वेरिएबल आउटपुट वोल्टेज वाले रेडी-मेड सेंसर को भी कन्वर्टर से जोड़ा जा सकता है। उदाहरण के लिए: एक रैखिक तापमान संवेदक LM35 (U1, ऊपर आरेख देखें), जिसके लिए आपको केवल 2kΩ पुल-अप रोकनेवाला R3 की आवश्यकता होती है, जिसे xtr115 में निर्मित 5V वोल्टेज नियामक तक खींचा जा सकता है। ऐसा समाधान केवल 3.7mA तक की कम वर्तमान खपत वाले सेंसर के लिए मान्य होगा, यदि इससे अधिक वे अपनी खपत के साथ 4-20mA इंटरफ़ेस के संचालन को विकृत करते हैं, तो ऐसे कार्यों के लिए एक बाहरी बिजली आपूर्ति का उपयोग करना होगा।
और पिछले खंडों से यह स्पष्ट है कि असंसाधित सिग्नलबहुत विविध से और उनके परिवर्तन की सीमा कुछ मिलीवोल्ट्स (एक थर्मोकपल के लिए) से लेकर एक टैचोजेनरेटर के लिए सौ वोल्ट से अधिक तक फैली हुई है। इसके अलावा, वे डीसी वोल्टेज, एसी वोल्टेज, या प्रतिरोध में परिवर्तन के कारण भी हो सकते हैं। इसलिए, यह बिल्कुल स्पष्ट है कि यदि एनालॉग इनपुट बोर्ड केवल संकेतों की सीमा में हैं, तो कुछ का उपयोग करना आवश्यक है।
इनपुट सिग्नल की उत्पत्ति को अंजीर में दिखाए गए अनुसार दर्शाया जा सकता है। 4.13। साइट पर सेंसर से प्राथमिक संकेत में परिवर्तित हो जाता है मानक संकेत, और सेंसर और इस डिवाइस के संयोजन को ट्रांसमीटर या कहा जाता है। उसके बाद, मापा चर के बारे में जानकारी रखने वाला एक मानकीकृत संकेत एक पारंपरिक एनालॉग इनपुट बोर्ड पर लागू किया जा सकता है।
एक स्वाभाविक प्रश्न उठता है: यह मानकीकृत संकेत क्या होना चाहिए? एनालॉग सिग्नल निम्न स्तर के सिग्नल होते हैं और इसलिए हस्तक्षेप (या शोर जैसा कि उन्हें सबसे अधिक कहा जाता है) के अधीन होते हैं। वोल्टेज द्वारा दर्शाए गए सिग्नल की तुलना में विद्युत प्रवाह द्वारा प्रदर्शित सिग्नल शोर से कम प्रभावित होता है, इसलिए वर्तमान लूप को आमतौर पर चुना जाता है। कन्वर्टर और रिसीविंग डिवाइस अंजीर में दिखाई गई योजना के अनुसार जुड़े हुए हैं। 4.14, और प्राप्त पक्ष पर वर्तमान संकेत एक गिट्टी रोकनेवाला का उपयोग करके वोल्टेज में परिवर्तित हो जाता है। वर्तमान लूप का उपयोग श्रृंखला में जुड़े कई रिसीवर (जैसे मीटर, चार्ट रिकॉर्डर या पीएलसी इनपुट) के साथ किया जा सकता है।
सबसे आम मानक 4-20mA की सीमा के साथ एक वर्तमान के रूप में एक एनालॉग सिग्नल का प्रतिनिधित्व करता है, जहां 4mA न्यूनतम सिग्नल स्तर है और 20mA अधिकतम है। यदि, उदाहरण के लिए, एक दबाव ट्रांसमीटर 0-10 बार की सीमा में दबाव का प्रतिनिधित्व करने वाला 4-20 एमए संकेत देता है, तो 8 बार 8 x (20 - 4)/10 + 4 = 16.8 एमए के वर्तमान के अनुरूप होगा। 4-20 mA सिग्नल को अक्सर 250 ओम गिट्टी रोकनेवाला का उपयोग करके 1-5 V सिग्नल में बदल दिया जाता है।
4 एमए "शून्य" सिग्नल (जिसे बायस कहा जाता है) दो उद्देश्यों को पूरा करता है। सबसे पहले, इसका उपयोग ट्रांसड्यूसर या केबल कॉर्ड को नुकसान के रूप में किया जाता है। यदि एक कनवर्टर या कॉर्ड टूट जाता है, या संचार लाइन में एक शॉर्ट सर्किट होता है, तो गिट्टी रोकनेवाला के माध्यम से वर्तमान शून्य होगा, जो प्राप्त पक्ष पर 0 वी के "नकारात्मक" संकेत से मेल खाता है। यह बहुत आसानी से पता लगाया जा सकता है और "इन्वर्टर विफलता" अलार्म के रूप में उपयोग किया जा सकता है।
4mA बायस करंट लेआउट को भी सरल करता है। अंजीर पर। 4.14 यह मान लिया गया था कि कनवर्टर के पास एक स्थानीय था
चावल। 4.15। 2-तार ट्रांसमीटर 4-20 एमए
शक्ति स्रोत और एक वर्तमान संकेत प्रदान किया। एक समान व्यवस्था संभव है, लेकिन अधिक सामान्य (और सरल) व्यवस्था अंजीर में दिखाई गई है। 4.15। यहां, बिजली की आपूर्ति (आमतौर पर 24-30 वीडीसी) प्राप्त डिवाइस के किनारे रखी जाती है, और सिग्नल लाइनें कनवर्टर को शक्ति देने और वर्तमान को ले जाने के लिए दोनों की सेवा करती हैं। कनवर्टर मापा संकेत के अनुसार 4-20 mA की सीमा में बिजली की आपूर्ति से करंट खींचता है। यह वर्तमान, पहले की तरह, गिट्टी रोकनेवाला का उपयोग करके वोल्टेज में परिवर्तित हो जाता है।
4 एमए ऑफ़सेट सामान्य ऑपरेशन के लिए ट्रांसमीटर द्वारा आवश्यक वर्तमान प्रदान करता है। जाहिर है, अगर सिग्नल रेंज 0-20 एमए है तो इसे हासिल नहीं किया जा सकता है। अंजीर की योजना के तहत शामिल कन्वर्टर्स। 4.15 को आमतौर पर टू-वायर कहा जाता है।
4..20mA करंट लूप ऑपरेशन के फंडामेंटल1950 के दशक से, निगरानी और नियंत्रण प्रक्रियाओं में ट्रांसड्यूसर से डेटा संचारित करने के लिए वर्तमान लूप का उपयोग किया गया है। कम कार्यान्वयन लागत, उच्च शोर प्रतिरक्षा और लंबी दूरी पर संकेतों को प्रसारित करने की क्षमता के साथ, वर्तमान लूप औद्योगिक वातावरण के लिए विशेष रूप से उपयुक्त साबित हुआ है। यह सामग्री वर्तमान लूप के मूल सिद्धांतों, डिजाइन की मूल बातें, कॉन्फ़िगरेशन के विवरण के लिए समर्पित है।
कनवर्टर से डेटा संचारित करने के लिए करंट का उपयोग करना
औद्योगिक ग्रेड सेंसर अक्सर डेटा संचारित करने के लिए वर्तमान सिग्नल का उपयोग करते हैं, अधिकांश अन्य ट्रांसड्यूसर जैसे कि थर्माकोउल्स या तनाव गेज जो वोल्टेज सिग्नल का उपयोग करते हैं, के विपरीत। यद्यपि कन्वर्टर्स जो संचार पैरामीटर के रूप में वोल्टेज का उपयोग करते हैं, वास्तव में कई औद्योगिक अनुप्रयोगों में प्रभावी होते हैं, ऐसे कई अनुप्रयोग हैं जहां वर्तमान विशेषताओं का उपयोग बेहतर होता है। औद्योगिक परिस्थितियों में सिग्नल ट्रांसमिशन के लिए वोल्टेज का उपयोग करते समय एक महत्वपूर्ण नुकसान यह है कि वायर्ड संचार लाइनों में प्रतिरोध की उपस्थिति के कारण लंबी दूरी पर प्रसारित होने पर सिग्नल कमजोर हो जाता है। आप निश्चित रूप से सिग्नल हानि से बचने के लिए उच्च इनपुट प्रतिबाधा उपकरणों का उपयोग कर सकते हैं। हालाँकि, ऐसे उपकरण आस-पास की मोटरों, ड्राइव बेल्ट, या प्रसारण ट्रांसमीटरों द्वारा उत्पन्न शोर के प्रति बहुत संवेदनशील होंगे।
किरचॉफ के प्रथम नियम के अनुसार, एक नोड में बहने वाली धाराओं का योग नोड से बहने वाली धाराओं के योग के बराबर होता है।
सिद्धांत रूप में, सर्किट की शुरुआत में प्रवाहित होने वाली धारा को अपने अंत तक पूर्ण रूप से पहुंचना चाहिए,
जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है। एक।
चित्र .1। किरचॉफ के पहले नियम के अनुसार, सर्किट की शुरुआत में करंट इसके अंत में करंट के बराबर होता है।
यह मूल सिद्धांत है जिस पर मापन पाश संचालित होता है वर्तमान पाश (माप लूप) में कहीं भी वर्तमान को मापने से एक ही परिणाम मिलता है। कम इनपुट प्रतिबाधा वाले वर्तमान संकेतों और डेटा अधिग्रहण रिसीवरों का उपयोग करके, औद्योगिक अनुप्रयोगों को बेहतर शोर प्रतिरक्षा और बढ़ी हुई लिंक लंबाई से बहुत फायदा हो सकता है।
वर्तमान लूप घटक
वर्तमान लूप के मुख्य घटकों में एक डीसी स्रोत, एक सेंसर, एक डेटा अधिग्रहण उपकरण और उन्हें एक पंक्ति में जोड़ने वाले तार शामिल हैं, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है।
रेखा चित्र नम्बर 2। वर्तमान लूप का कार्यात्मक आरेख।
एक डीसी स्रोत सिस्टम को शक्ति प्रदान करता है। ट्रांसमीटर तारों में करंट को 4 से 20 mA तक नियंत्रित करता है, जहां 4 mA एक लाइव शून्य है और 20 mA अधिकतम सिग्नल है।
0 mA (कोई करंट नहीं) का अर्थ है ओपन सर्किट। डेटा अधिग्रहण डिवाइस विनियमित वर्तमान को मापता है। वर्तमान को मापने का एक कुशल और सटीक तरीका डेटा अधिग्रहण डिवाइस (चित्र 2 में) के मापने वाले एम्पलीफायर के इनपुट पर एक सटीक शंट प्रतिरोधी स्थापित करना है ताकि वर्तमान को मापने वाले वोल्टेज में परिवर्तित किया जा सके, अंत में परिणाम प्राप्त करने के लिए स्पष्ट रूप से कनवर्टर के आउटपुट पर संकेत को दर्शाता है।
वर्तमान लूप कैसे काम करता है इसे बेहतर ढंग से समझने में आपकी मदद करने के लिए, एक उदाहरण के रूप में एक कनवर्टर के साथ एक सिस्टम डिज़ाइन पर विचार करें जिसमें निम्नलिखित विनिर्देश हैं:
ट्रांसड्यूसर का उपयोग दबाव मापने के लिए किया जाता है
ट्रांसमीटर मापने वाले उपकरण से 2000 फीट की दूरी पर स्थित है
डेटा अधिग्रहण डिवाइस द्वारा मापा गया वर्तमान ऑपरेटर को ट्रांसड्यूसर पर लागू दबाव की मात्रा के बारे में जानकारी प्रदान करता है
उदाहरण को ध्यान में रखते हुए, हम एक उपयुक्त कनवर्टर के चयन से शुरू करते हैं।
वर्तमान प्रणाली डिजाइन
कनवर्टर चयन
मौजूदा प्रणाली को डिजाइन करने में पहला कदम एक ट्रांसड्यूसर चुनना है। मापी गई मात्रा (प्रवाह, दबाव, तापमान, आदि) के प्रकार के बावजूद, एक ट्रांसमीटर चुनने में एक महत्वपूर्ण कारक इसका ऑपरेटिंग वोल्टेज है। केवल बिजली की आपूर्ति को कनवर्टर से जोड़ने से आप संचार लाइन में वर्तमान की मात्रा को समायोजित कर सकते हैं। बिजली आपूर्ति का वोल्टेज मान स्वीकार्य सीमा के भीतर होना चाहिए: आवश्यक न्यूनतम से अधिक, अधिकतम मूल्य से कम, जो इन्वर्टर को नुकसान पहुंचा सकता है।
उदाहरण के लिए वर्तमान प्रणाली के लिए, चयनित ट्रांसड्यूसर दबाव को मापता है और इसमें 12 से 30 वी का ऑपरेटिंग वोल्टेज होता है। जब ट्रांसड्यूसर का चयन किया जाता है, तो ट्रांसमीटर पर लागू दबाव का सटीक प्रतिनिधित्व प्रदान करने के लिए वर्तमान सिग्नल को सही ढंग से मापा जाना चाहिए।
वर्तमान मापन के लिए डेटा अधिग्रहण डिवाइस का चयन करना
वर्तमान प्रणाली का निर्माण करते समय ध्यान देने वाला एक महत्वपूर्ण पहलू ग्राउंड सर्किट में करंट लूप की उपस्थिति को रोकना है। ऐसे मामलों में एक सामान्य तकनीक अलगाव है। इन्सुलेशन का उपयोग करके, आप ग्राउंड लूप के प्रभाव से बच सकते हैं, जिसकी घटना को चित्र 3 में समझाया गया है।
चित्र 3। ग्रुप लूप
ग्राउंड लूप तब बनते हैं जब दो टर्मिनल अलग-अलग संभावित स्थानों पर एक सर्किट में जुड़े होते हैं। यह अंतर संचार लाइन में अतिरिक्त करंट की उपस्थिति की ओर जाता है, जिससे माप त्रुटियां हो सकती हैं।
डेटा अधिग्रहण अलगाव उपकरण इनपुट एम्पलीफायर ग्राउंड से सिग्नल स्रोत ग्राउंड के विद्युत पृथक्करण को संदर्भित करता है, जैसा चित्र 4 में दिखाया गया है।
चूंकि आइसोलेशन बैरियर के माध्यम से कोई करंट प्रवाहित नहीं हो सकता है, इसलिए एम्पलीफायर और सिग्नल स्रोत के ग्राउंड पॉइंट समान क्षमता पर हैं। यह अनजाने में ग्राउंड लूप बनाने की संभावना को समाप्त करता है।
चित्र 4। एक पृथक सर्किट में सामान्य-मोड वोल्टेज और सिग्नल वोल्टेज
अलगाव उच्च सामान्य-मोड वोल्टेज की उपस्थिति में DAQ डिवाइस को नुकसान से बचाता है। कॉमन मोड एक ही ध्रुवता का वोल्टेज है जो एक इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर के दोनों इनपुट पर मौजूद होता है। उदाहरण के लिए, Fig.4 में। एम्पलीफायर के सकारात्मक (+) और नकारात्मक (-) दोनों इनपुट में +14 वी सामान्य मोड वोल्टेज है। कई डेटा अधिग्रहण उपकरणों में ±10 V की अधिकतम इनपुट सीमा होती है। यदि डेटा अधिग्रहण डिवाइस अलग नहीं है और सामान्य मोड वोल्टेज अधिकतम इनपुट सीमा के बाहर है, तो आप डिवाइस को नुकसान पहुंचा सकते हैं। हालांकि अंजीर में एम्पलीफायर के इनपुट पर सामान्य (सिग्नल) वोल्टेज 4 केवल +2 वी है, +14 वी जोड़ने से +16 वी का वोल्टेज हो सकता है
(सिग्नल वोल्टेज एम्पलीफायर के "+" और "-" के बीच का वोल्टेज है, ऑपरेटिंग वोल्टेज सामान्य और सामान्य मोड वोल्टेज का योग है), जो कम ऑपरेटिंग वोल्टेज वाले उपकरणों के लिए एक खतरनाक वोल्टेज स्तर है।
अलगाव के साथ, एम्पलीफायर का सामान्य बिंदु विद्युत रूप से ग्राउंड ज़ीरो से अलग होता है। चित्रा 4 में सर्किट में, एम्पलीफायर के सामान्य बिंदु पर क्षमता +14 वी तक "बढ़ी" है। यह तकनीक इनपुट वोल्टेज मान को 16 से 2 वी तक छोड़ने का कारण बनती है। अब डेटा एकत्र किया जा रहा है, डिवाइस है अब ओवरवॉल्टेज क्षति का खतरा नहीं है। (ध्यान दें कि इंसुलेटर के पास अधिकतम सामान्य मोड वोल्टेज होता है जिसे वे अस्वीकार कर सकते हैं।)
एक बार जब डेटा संग्राहक पृथक और सुरक्षित हो जाता है, तो वर्तमान लूप को कॉन्फ़िगर करने का अंतिम चरण एक उपयुक्त शक्ति स्रोत का चयन करना है।
बिजली आपूर्ति चयन
यह निर्धारित करना आसान है कि कौन सी बिजली आपूर्ति आपकी आवश्यकताओं के लिए सबसे उपयुक्त है। करंट लूप में काम करते समय, बिजली की आपूर्ति को सिस्टम के सभी तत्वों में वोल्टेज ड्रॉप्स के योग के बराबर या उससे अधिक वोल्टेज प्रदान करना चाहिए।
हमारे उदाहरण में डाटा अधिग्रहण उपकरण वर्तमान को मापने के लिए एक सटीक शंट का उपयोग करता है।
इस प्रतिरोधक के पार वोल्टेज ड्रॉप की गणना करना आवश्यक है। एक विशिष्ट शंट प्रतिरोध का प्रतिरोध 249 Ω होता है। करंट लूप करंट रेंज 4 .. 20 mA के लिए बेसिक कैलकुलेशन
निम्नलिखित दिखाएं:
मैं * आर = यू
0.004A*249Ω=0.996V
0.02A*249Ω=4.98V
249 Ω शंट के साथ, हम दबाव ट्रांसड्यूसर के आउटपुट सिग्नल के मूल्य के साथ डेटा कलेक्टर के इनपुट पर वोल्टेज मान को जोड़कर 1 से 5 वी तक की सीमा में वोल्टेज को हटा सकते हैं।
जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, दबाव ट्रांसमीटर को अधिकतम 30 वी के साथ 12 वी के न्यूनतम ऑपरेटिंग वोल्टेज की आवश्यकता होती है। ट्रांसमीटर के ऑपरेटिंग वोल्टेज के लिए सटीक शंट रेसिस्टर में वोल्टेज ड्रॉप जोड़ने से निम्नलिखित मिलता है:
12वी+ 5वी=17वी
पहली नज़र में, 17V का वोल्टेज पर्याप्त है। हालांकि, बिजली की आपूर्ति पर अतिरिक्त भार को ध्यान में रखना आवश्यक है, जो कि विद्युत प्रतिरोध वाले तारों द्वारा निर्मित होता है।
ऐसे मामलों में जहां सेंसर माप उपकरणों से दूर स्थित है, आपको वर्तमान लूप की गणना करते समय तार प्रतिरोध कारक को ध्यान में रखना चाहिए। तांबे के तारों में डीसी प्रतिरोध होता है जो उनकी लंबाई के सीधे आनुपातिक होता है। इस उदाहरण में दबाव ट्रांसमीटर के साथ, बिजली आपूर्ति के ऑपरेटिंग वोल्टेज का निर्धारण करते समय आपको 2000 फीट लाइन की लंबाई का हिसाब देना होगा। सिंगल-कोर कॉपर केबल का रैखिक प्रतिरोध 2.62 Ω/100 फीट है। इस प्रतिरोध के लिए लेखांकन निम्नलिखित देता है:
2000 फीट लंबे एक स्ट्रैंड का प्रतिरोध 2000 * 2.62/100 = 52.4 मीटर होगा।
एक कोर पर वोल्टेज ड्रॉप 0.02 * 52.4 = 1.048 V होगा।
सर्किट को पूरा करने के लिए दो तारों की आवश्यकता होती है, फिर संचार लाइन की लंबाई दोगुनी हो जाती है, और
कुल वोल्टेज ड्रॉप 2.096 वोल्ट होगा। कनवर्टर के द्वितीयक से 2000 फीट दूर होने के कारण कुल लगभग 2.1 वोल्ट होगा। सर्किट के सभी तत्वों पर वोल्टेज की गिरावट को सारांशित करते हुए, हम प्राप्त करते हैं:
2.096V + 12V+ 5V=19.096V
यदि आपने प्रश्न में सर्किट को शक्ति देने के लिए 17 वी का उपयोग किया है, तो दबाव ट्रांसमीटर पर लागू वोल्टेज तार प्रतिरोध और शंट रोकनेवाला में गिरावट के कारण न्यूनतम ऑपरेटिंग वोल्टेज से नीचे होगा। एक विशिष्ट 24V बिजली आपूर्ति का चयन इन्वर्टर की बिजली आवश्यकताओं को पूरा करेगा। इसके अतिरिक्त, प्रेशर सेंसर को अधिक दूरी पर रखने के लिए एक वोल्टेज मार्जिन होता है।
ट्रांसड्यूसर, डेटा अधिग्रहण उपकरण, केबल की लंबाई और बिजली की आपूर्ति के सही विकल्प के साथ, एक साधारण करंट लूप का डिज़ाइन पूरा हो गया है। अधिक जटिल अनुप्रयोगों के लिए, आप सिस्टम में अतिरिक्त माप चैनल शामिल कर सकते हैं।
क्या होगा यदि आपको एक तापमान संवेदक पढ़ने की आवश्यकता है जो औद्योगिक वातावरण में संचालित होता है और नियंत्रण नियंत्रक से 30 मीटर की दूरी पर स्थित है? मौजूदा समाधानों के बहुत सोच-विचार और सावधानीपूर्वक अध्ययन के बाद, आप निश्चित रूप से वाई-फाई, ब्लूटूथ, ज़िगबी, ईथरनेट या RS-232/423 नहीं, बल्कि 20 mA करंट लूप चुनेंगे, जिसका 50 से अधिक वर्षों से सफलतापूर्वक उपयोग किया जा रहा है। इस इंटरफ़ेस के पुरातन प्रतीत होने के बावजूद, ऐसा विकल्प वास्तव में कई मामलों में उचित है।
प्रश्नों और उत्तरों के रूप में संरचित यह आलेख डेटा अधिग्रहण और नियंत्रण के लिए वर्तमान लूप का उपयोग करने की विशेषताओं का खुलासा करता है। लेख वर्तमान लूप में विभिन्न सुधारों और संशोधनों के बारे में भी बात करता है जो इसके व्यावहारिक उपयोग के पूरे इतिहास में किए गए हैं।
20 mA करंट लूप क्या है?
0-20mA करंट लूप या 4-20mA करंट लूप एक वायर्ड इंटरफ़ेस मानक है जो सिग्नल को एनालॉग करंट के रूप में एन्कोड करता है। 4 mA का करंट न्यूनतम सिग्नल वैल्यू से मेल खाता है, और 20 mA का करंट अधिकतम सिग्नल वैल्यू (चित्र 1) से मेल खाता है। एक विशिष्ट अनुप्रयोग में, सेंसर वोल्टेज (अक्सर मिलिवोल्ट रेंज में) को 4-20mA रेंज में करंट सिग्नल में बदल दिया जाता है। डिजिटल नियंत्रण के आगमन से पहले से वर्तमान लूप का उपयोग सभी एनालॉग सिस्टम में किया गया है और इसने औद्योगिक संयंत्रों में वायवीय नियंत्रण प्रणालियों को बदल दिया है।
चावल। 1. सेंसर के साथ काम करते समय, वर्तमान लूप में पांच मुख्य तत्व शामिल होते हैं: सेंसर, ट्रांसमीटर, बिजली की आपूर्ति, प्रवाहकीय लूप (लूप) और रिसीवर
क्या वर्तमान लूप का उपयोग डिजिटल सिग्नल के साथ किया जा सकता है?
हाँ शायद। आमतौर पर, एक लॉजिक "0" का प्रतिनिधित्व करने के लिए एक 4 mA करंट सिग्नल का उपयोग किया जाता है, और एक लॉजिक "1" को एनकोड करने के लिए 20 mA करंट सिग्नल का उपयोग किया जाता है। इस पर अधिक नीचे।
4-20mA करंट लूप इंटरफ़ेस का उपयोग कहाँ किया जाता है?
यह मुख्य रूप से औद्योगिक अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है जहां सेंसर और नियंत्रक या नियंत्रक और एक्चुएटर एक दूसरे से काफी दूरी पर स्थित होते हैं, और उच्च स्तर के विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप वाले कमरों में संचार केबल चलते हैं।
RS-232, RS-423, RS-485, आदि जैसे पारंपरिक इंटरफेस के बजाय करंट लूप का उपयोग क्यों करें?
दो अच्छे कारण हैं।
सबसे पहले, वर्तमान लूप में कम प्रतिरोध वाला सर्किट बाहरी शोर के लिए उच्च प्रतिरक्षा प्रदान करता है। किरचॉफ के नियम के अनुसार बंद लूप धाराओं का योग शून्य होता है। इस कारण से, वर्तमान लूप (छवि 2) में वर्तमान को कम या बढ़ाना संभव नहीं है। व्यवहार में, करंट लूप को 12 से 30 V के वोल्टेज स्रोत से संचालित किया जाता है, लेकिन ट्रांसमीटर इलेक्ट्रॉनिक्स वोल्टेज को करंट में बदल देता है। दूसरी ओर, वोल्टेज संकेतों का उपयोग करने वाले इंटरफेस उच्च-प्रतिरोध सर्किट पर आधारित होते हैं, जो हस्तक्षेप के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं।
दूसरे, वर्तमान लूप में एक प्राकृतिक स्व-निदान कार्य होता है: यदि लूप टूट जाता है, तो वर्तमान शून्य हो जाता है, जो स्वचालित रूप से सर्किट द्वारा निर्धारित होता है। उसके बाद, एक आपातकालीन चेतावनी उत्पन्न होती है और अंतर स्थानीयकृत होता है।
चावल। 2. करंट लूप में अंतर्निहित सिद्धांत किरचॉफ के पहले नियम द्वारा निर्धारित किया जाता है: एक बंद लूप में धाराओं का योग शून्य होता है
सेंसर की तरफ और एक्चुएटर की तरफ करंट लूप कैसे लागू किया जाता है?
वर्तमान लूप से जुड़े उपकरणों को दो मुख्य समूहों में विभाजित किया जा सकता है: सेंसर और एक्चुएटर्स। सेंसर एक ट्रांसमीटर सर्किट को लागू करते हैं जो 4…20 एमए की सीमा में एक रैखिक वर्तमान संकेत उत्पन्न करता है। एक्चुएटर्स एक रिसीवर सर्किट का उपयोग करते हैं जो करंट को कंट्रोल वोल्टेज में परिवर्तित करता है। उदाहरण के लिए, मोटर की न्यूनतम गति निर्धारित करने के लिए, नियंत्रक 4 mA का वर्तमान संकेत उत्पन्न करता है, और अधिकतम गति निर्धारित करने के लिए - 20 mA का संकेत।
वर्तमान लूप के बजाय वायरलेस इंटरफ़ेस, जैसे कि वाई-फाई, या अन्य वायर्ड इंटरफ़ेस, जैसे ईथरनेट का उपयोग क्यों नहीं किया जाता है?
यह पहले ही ऊपर कहा जा चुका है कि वर्तमान लूप के दो महत्वपूर्ण फायदे हैं: उच्च शोर प्रतिरक्षा और अंतर्निहित स्व-निदान। इसके अलावा, इस इंटरफ़ेस के अन्य फायदे हैं, जिनमें शामिल हैं: कम कार्यान्वयन लागत, कॉन्फ़िगरेशन और डिबगिंग में आसानी, निदान में आसानी, उच्च विश्वसनीयता, कई सौ मीटर तक लंबी संचार लाइनें बनाने की क्षमता (यदि बिजली की आपूर्ति ड्रॉप वायर को कवर कर सकती है) वोल्टेज)।
अन्य वायर्ड मानकों को स्थापित करना और बनाए रखना अधिक कठिन है, शोर के प्रति संवेदनशील हैं, छेड़छाड़ से खराब रूप से सुरक्षित हैं, और लागू करने के लिए महंगे हैं।
यदि हम कम दूरी की बात कर रहे हैं तो औद्योगिक वातावरण में बेतार संचार बनाना काफी संभव है। लेकिन लंबी दूरी पर काम करते समय, बहु-स्तरीय फ़िल्टरिंग की आवश्यकता, त्रुटि का पता लगाने और सुधार तंत्र के कार्यान्वयन के कारण कठिनाइयाँ उत्पन्न होती हैं, जिससे डेटा अतिरेक भी होता है। यह सब लागत और वियोग के जोखिम को बढ़ाता है। यदि आपको केवल एक साधारण तापमान संवेदक या वाल्व/मोटर नियंत्रक को जोड़ने की आवश्यकता है तो यह समाधान शायद ही उचित है।
करंट लूप सिग्नल को वोल्टेज में कैसे बदला जाता है?
यह काफी सरल है: करंट रेसिस्टर से होकर गुजरता है, और परिणामी वोल्टेज ड्रॉप को एक ऑपरेशनल या डिफरेंशियल एम्पलीफायर का उपयोग करके बढ़ाया जाता है। विभिन्न कारणों से, वर्तमान पाश प्रतिरोधी के लिए 250 ओम का डिफ़ॉल्ट मान चुना गया था। इस प्रकार, 4 mA का सिग्नल 1 V के वोल्टेज से मेल खाता है, और 20 mA का सिग्नल 5 V के वोल्टेज से मेल खाता है। पृष्ठभूमि शोर की तुलना में 1 V का वोल्टेज काफी बड़ा है और इसे आसानी से मापा जा सकता है। 5V भी बहुत सुविधाजनक है और अधिकांश एनालॉग सर्किट के लिए स्वीकार्य सीमा के भीतर है। इसी समय, वर्तमान लूप रेसिस्टर (I 2 R) द्वारा छितरी हुई अधिकतम शक्ति केवल 0.1 W है, जो सीमित ताप अपव्यय क्षमताओं वाले उपकरणों के लिए भी स्वीकार्य है।
क्या 20 mA का करंट लूप वास्तव में अतीत की बात है और केवल अप्रचलित इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में उपयोग किया जाता है?
बिल्कुल भी नहीं। आईसी और उपकरण निर्माता अभी भी नए उत्पाद जारी कर रहे हैं जो इस इंटरफ़ेस का समर्थन करते हैं।
एनालॉग करंट लूप डिजिटल दुनिया के लिए कैसे अनुकूल है?
जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, वर्तमान लूप डिजिटल डेटा को प्रसारित करने की अनुमति देता है। सेंसर से माप के परिणाम एक एनालॉग निरंतर संकेत के रूप में नहीं, बल्कि असतत वर्तमान संकेतों के रूप में भेजे जा सकते हैं। इस मामले में विशिष्ट डेटा चौड़ाई 12 से 16 बिट तक है। कभी-कभी 18 बिट्स का उपयोग किया जाता है, लेकिन यह एक अपवाद है, क्योंकि सामान्य औद्योगिक प्रणालियों के लिए 16 बिट्स काफी हैं। इस प्रकार, वर्तमान पाश को डिजिटल नियंत्रण प्रणालियों में एकीकृत किया जा सकता है।
डिजिटल डेटा ट्रांसफर करने के लिए और क्या चाहिए?
वर्तमान दालों के रूप में बस बिट्स भेजना डिजिटल डेटा एक्सचेंज करने के लिए पर्याप्त नहीं होगा। डेटा पैकेट शुरू और समाप्त होने पर आपको किसी तरह उपयोगकर्ता को बताना होगा। इसके अलावा, त्रुटियों की घटना को नियंत्रित करना और कुछ अन्य कार्य करना आवश्यक है। इस प्रकार, वर्तमान लूप का उपयोग करके डिजिटल डेटा संचारित करने के लिए, फ्रेम प्रारूप को निर्धारित करना और उपयुक्त ट्रांसमिशन प्रोटोकॉल को लागू करना आवश्यक है।
हार्ट मानक क्या है?
हार्ट एक आम तौर पर स्वीकृत मानक है जो न केवल बिट्स की भौतिक कोडिंग को निर्दिष्ट करता है, बल्कि डेटा ट्रांसमिशन के लिए प्रारूप और प्रोटोकॉल को भी परिभाषित करता है। उदाहरण के लिए, फ्रेम प्रारूप विभिन्न क्षेत्रों का उपयोग करता है: बहु-बाइट प्रस्तावना, प्रारंभ बाइट, बहु-बाइट पता, कमांड फ़ील्ड, डेटा फ़ील्ड, डेटा बाइट्स की संख्या, वास्तविक डेटा और अंत में चेकसम का संकेत देने वाला फ़ील्ड।
हार्ट का विकास 1980 के दशक में रोज़माउंट कॉर्प द्वारा शुरू किया गया था और यह जल्द ही वास्तविक उद्योग मानक बन गया। पदनाम HART (हाईवे एड्रेसेबल रिमोट ट्रांसड्यूसर) 1990 के दशक में स्थापित किया गया था जब मानक खुला हो गया था और यहां तक कि यूरोप में उपयोग के लिए IEC मानक के रूप में लागू किया गया था। हार्ट में तीन प्रमुख संशोधन हुए हैं, लेकिन पिछले सभी संस्करणों के साथ पिछड़े संगतता को बरकरार रखा है, जो औद्योगिक इलेक्ट्रॉनिक्स बाजार के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है।
कमांड क्षेत्र में HART की एक अतिरिक्त विशेषता इलेक्ट्रॉनिक उपकरण के निर्माता के बारे में जानकारी शामिल करना है। यह जानकारी इंस्टालेशन, डिबगिंग और दस्तावेज़ीकरण करते समय भ्रम से बचने में मदद करती है, क्योंकि HART- संगत उपकरणों के 100 से अधिक विक्रेता हैं।
HART और कौन से सुधार प्रदान करता है?
बाइट एड्रेस फ़ील्ड का उपयोग एक सिंगल करंट लूप को कई कनेक्टेड सेंसर को हैंडल करने की अनुमति देता है क्योंकि प्रत्येक सेंसर को एक यूनिक नंबर असाइन किया जा सकता है। इसके परिणामस्वरूप पॉइंट-टू-पॉइंट कनेक्शन की तुलना में वायरिंग और इंस्टॉलेशन लागत में महत्वपूर्ण बचत होती है।
कई उपकरणों को एक सामान्य करंट लूप से जोड़ने का मतलब है कि प्रत्येक व्यक्तिगत डिवाइस के लिए प्रभावी डेटा दर कम हो जाती है। हालांकि, ज्यादातर समय यह कोई समस्या नहीं है। तथ्य यह है कि अधिकांश औद्योगिक अनुप्रयोगों में, डेटा अपडेट करना और कमांड ट्रांसमिट करना बहुत कम ही होता है - लगभग एक बार प्रति सेकंड। उदाहरण के लिए, तापमान, सबसे अधिक मापी जाने वाली भौतिक मात्रा, बल्कि धीरे-धीरे बदलती है।
इस प्रकार, HART मानक डिजिटल युग में भी 20 mA करंट लूप की मांग करता है।
क्या कोई अन्य सुधार हैं जो इस इंटरफ़ेस को अधिक प्रासंगिक बनाते हैं?
हां, एक और महत्वपूर्ण सुधार पोषण से संबंधित है। याद रखें कि वर्तमान लूप 4-20 mA की सिग्नल रेंज का उपयोग करता है। वर्तमान स्रोत ट्रांसमीटर या रिसीवर में हो सकता है। साथ ही, सेंसर और एक्ट्यूएटर दोनों को अपने स्वयं के इलेक्ट्रॉनिक्स (एडीसी, एम्पलीफायर, ड्राइवर इत्यादि) को शक्ति देने के लिए एक अतिरिक्त स्रोत की आवश्यकता होती है। यह अधिक जटिल स्थापना और उच्च लागत की ओर जाता है।
हालाँकि, जैसे-जैसे एकीकृत प्रौद्योगिकियाँ विकसित हुईं, रिसीवर्स और ट्रांसमीटरों की खपत में कमी आई। नतीजतन, वर्तमान लूप से सीधे उपकरणों को बिजली देना संभव हो गया। यदि सेंसर या एक्चुएटर बनाने वाले इलेक्ट्रॉनिक घटकों की खपत 4 mA से अधिक नहीं है, तो अतिरिक्त बिजली आपूर्ति की कोई आवश्यकता नहीं है। जब तक सिग्नल लूप वोल्टेज काफी अधिक है, तब तक वर्तमान लूप इंटरफ़ेस स्वयं को शक्ति प्रदान कर सकता है।
क्या लूप संचालित उपकरणों के कोई अन्य फायदे हैं?
हां। खतरनाक क्षेत्रों में उपयोग के लिए सिग्नल लाइनों द्वारा संचालित कई उपकरणों को अनुमोदित किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, उन्हें गैर-प्रेरक (N.I.) या आंतरिक रूप से सुरक्षित (I.S.) के रूप में प्रमाणित होना चाहिए। इनमें से किसी भी वर्ग के उपकरणों के लिए आवश्यक है कि इलेक्ट्रॉनिक्स द्वारा खपत की जाने वाली ऊर्जा इतनी कम हो कि यह सामान्य परिचालन स्थितियों और दुर्घटनाओं दोनों में प्रज्वलित करने के लिए पर्याप्त न हो। लूप-संचालित उपकरणों की बिजली खपत इतनी कम है कि वे आमतौर पर बिना किसी समस्या के इस प्रमाणीकरण को पास कर लेते हैं।
वर्तमान लूप के साथ काम करना आसान बनाने के लिए आईसी निर्माता क्या कर रहे हैं?
वे वही करते हैं जो वे हमेशा करते हैं: वे IS बनाते हैं जो न केवल बुनियादी कार्यक्षमता, बल्कि कई अन्य अतिरिक्त सुविधाओं का कार्यान्वयन प्रदान करते हैं। उदाहरण के लिए, मैक्सिम इंटीग्रेटेड MAX12900 एक 4-20mA करंट लूप (चित्र 3) के लिए एक कम शक्ति, अत्यधिक एकीकृत एनालॉग इंटरफ़ेस (AFE) है।
चावल। 3. MAX12900 4-20 mA करंट लूप के लिए एक कम शक्ति, अत्यधिक एकीकृत एनालॉग इंटरफ़ेस (AFE) है जो वर्तमान लूप से सीधे पॉवरिंग सहित बुनियादी कार्यक्षमता और कई अतिरिक्त उपयोगी सुविधाएँ प्रदान करता है।
MAX12900 न केवल डेटा ट्रांसफर प्रदान करता है, बल्कि वर्तमान लूप से सीधे बिजली भी प्रदान करता है। माइक्रोक्रिकिट एक पैकेज में कई कार्यात्मक ब्लॉकों को जोड़ता है: एलडीओ वोल्टेज नियामक; PWM सिग्नल उत्पन्न करने के लिए दो सर्किट; दो कम-शक्ति और स्थिर सामान्य-उद्देश्य ऑप एम्प्स; एक ब्रॉडबैंड जीरो-बायस ऑप-एम्प; सुचारू शुरुआत सुनिश्चित करने के लिए दो डायग्नोस्टिक तुलनित्र, बिजली आपूर्ति नियंत्रण सर्किट; न्यूनतम बहाव के साथ संदर्भ वोल्टेज स्रोत।
क्या आप वर्तमान लूप इंटरफ़ेस वाले सेंसर के कार्यान्वयन का उदाहरण प्रदान कर सकते हैं?
टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स 4-20mA करंट लूप इंटरफेस के साथ TIDM-01000 तापमान सेंसर संदर्भ सर्किट प्रदान करता है। सर्किट MSP430 माइक्रोकंट्रोलर पर आधारित है और घटकों के न्यूनतम सेट के साथ एक बजट समाधान है।
चावल। 4. संदर्भ सर्किट TIDM-01000 4-20mA वर्तमान इंटरफ़ेस के साथ एक तापमान संवेदक (RTD) है। सर्किट कई आईसी के आधार पर बनाया गया है जो सेंसर रीडिंग के प्रसंस्करण और वर्तमान लूप के साथ बातचीत प्रदान करता है
TIDM-01000 करंट को नियंत्रित करने के लिए MSP430FR2355 माइक्रोकंट्रोलर में निर्मित स्मार्ट एनालॉग कॉम्बो (SAC) मॉड्यूल का उपयोग करता है। इस प्रकार, एक अलग DAC की आवश्यकता नहीं है। सर्किट में 6 μA आउटपुट वर्तमान क्वांटिज़ेशन चरण के साथ 12-बिट रिज़ॉल्यूशन है। प्रस्तावित समाधान रिवर्स पोलरिटी सुरक्षा प्रदान करता है, और वर्तमान लूप इनपुट सुरक्षा IEC61000-4-2 और IEC61000-4-4 (चित्र 5) की आवश्यकताओं को पूरा करता है।
चावल। 5. TIDM-01000 का उपयोग करके बनाया गया ट्रांसमीटर एक छोटे PCB पर फिट बैठता है। कॉम्पैक्टनेस मौजूदा लूप का एक और फायदा है
निष्कर्ष
लेख में औद्योगिक अनुप्रयोगों में 4-20 mA करंट लूप के उपयोग से संबंधित मुख्य मुद्दों को शामिल किया गया है। इस तथ्य के बावजूद कि यह इंटरफ़ेस इलेक्ट्रॉनिक्स के मानकों द्वारा एक वास्तविक "पुरातनता" है, फिर भी, यह अभी भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जिसमें आधुनिक डिजिटल उपकरण भी शामिल हैं। लेख में यह भी चर्चा की गई है कि वर्तमान लूप पावर इस इंटरफ़ेस की क्षमताओं को और कैसे बढ़ाता है।
]; बाद में, 1962 से, 20 mA की धारा वाला एक इंटरफ़ेस व्यापक हो गया, मुख्य रूप से टेलेटाइप मशीनों में। 1980 के दशक में, "करंट लूप" 4 ... 20 mA का व्यापक रूप से विभिन्न तकनीकी उपकरणों, सेंसर और ऑटोमेशन उपकरणों के एक्ट्यूएटर्स में उपयोग किया जाने लगा। RS-485 इंटरफ़ेस (1983) के लिए मानक की उपस्थिति के बाद "वर्तमान लूप" की लोकप्रियता गिरना शुरू हुई और वर्तमान में यह व्यावहारिक रूप से नए उपकरणों में उपयोग नहीं किया जाता है।
"वर्तमान लूप" ट्रांसमीटर वोल्टेज स्रोत का उपयोग नहीं करता है, जैसा कि RS-485 इंटरफ़ेस में है, लेकिन एक वर्तमान स्रोत है। परिभाषा के अनुसार, वर्तमान स्रोत से प्रवाहित होने वाली धारा लोड मापदंडों से स्वतंत्र होती है। इसलिए, "करंट लूप" में एक करंट प्रवाहित होता है, जो केबल प्रतिरोध, भार प्रतिरोध और ई पर निर्भर नहीं करता है। डी.एस. आगमनात्मक हस्तक्षेप (चित्र। 2.10), साथ ही वर्तमान स्रोत की आपूर्ति वोल्टेज से (चित्र देखें। 2.11)। लूप करंट केवल केबल लीक के कारण बदल सकता है, जो बहुत छोटे होते हैं।
वर्तमान लूप की यह संपत्ति मुख्य है और इसके आवेदन के लिए सभी विकल्प निर्धारित करती है। कैपेसिटिव पिकअप, ई। डी.एस. जो वर्तमान स्रोत के साथ श्रृंखला में लागू नहीं होता है, लेकिन इसके साथ समानांतर में, "वर्तमान पाश" में कमजोर नहीं किया जा सकता है और इसे दबाने के लिए ढाल का उपयोग किया जाना चाहिए (शोर दमन पर अधिक जानकारी के लिए, अनुभाग 3 देखें)।
एक परिरक्षित मुड़ जोड़ी आमतौर पर एक ट्रांसमिशन लाइन के रूप में उपयोग की जाती है, जो एक अंतर रिसीवर के साथ मिलकर आगमनात्मक और सामान्य मोड शोर को क्षीण करने की अनुमति देती है।
प्राप्त अंत में, लूप करंट को कैलिब्रेटेड प्रतिरोध का उपयोग करके वोल्टेज में परिवर्तित किया जाता है। 20 mA पर, क्रमशः 2.5 V, 5 V, या 10 V का मानक वोल्टेज प्राप्त करने के लिए एक 125 ओम, 250 ओम, या 500 ओम प्रतिरोधक का उपयोग किया जाता है।
"करंट लूप" का मुख्य नुकसान इसकी मौलिक रूप से कम गति है, जो वर्तमान स्रोत से केबल कैपेसिटेंस को चार्ज करने की गति से सीमित है। उदाहरण के लिए, 75 pF/m की विशिष्ट केबल धारिता और 1 किमी की लंबाई के साथ, केबल धारिता 75 nF होगी। 20 mA के वर्तमान स्रोत से 5 V के वोल्टेज तक ऐसी समाई को चार्ज करने के लिए, 19 μs के समय की आवश्यकता होती है, जो लगभग 9 kbit/s की संचरण दर से मेल खाती है। अंजीर पर। 2.12 विरूपण (जिटर) के विभिन्न स्तरों पर केबल की लंबाई पर अधिकतम संचरण दर की निर्भरता को दर्शाता है, जिसका मूल्यांकन RS-485 इंटरफ़ेस [ऑप्टिकली] के समान ही किया गया था।
"करंट लूप" का दूसरा नुकसान, जो इसके व्यावहारिक अनुप्रयोग को सीमित करता है, कनेक्टर्स और इलेक्ट्रिकल मापदंडों के डिजाइन के लिए एक मानक की कमी है, हालांकि वर्तमान सिग्नल की रेंज 0 ... 20 mA और 4 ... 20 mA है वास्तव में आम तौर पर स्वीकृत हो गए हैं; बहुत कम अक्सर 0 ... 60 mA का उपयोग करें। उन्नत विकास में, केवल 4...20 mA रेंज का उपयोग करने की अनुशंसा की जाती है, क्योंकि यह लाइन ब्रेक के निदान की संभावना प्रदान करता है (अनुभाग देखें)
