常用的安全檢測儀表是如何工作的?
4-20mA,指的就是最小電流為4mA,最大電流為20mA 。
在工業(yè)現(xiàn)場,要完成信號的調理并進長線傳輸,行會產(chǎn)生以下問題:
為了解決上述問題和避開相關噪聲的影響,我們會用電流來傳輸信號,因為電流對噪聲并不敏感。4-20mA的電流環(huán)便是用4mA表示零信號,用20mA表示信號的滿刻度,而低于4mA高于20mA的信號用于各種故障的報警。(一般2mA判斷為斷線)。
肯定有很多朋友會問:為什么選擇4-20mA而不是0-20mA呢?很簡單,如果0是最小,那么開路故障就檢測不到了!
這個4-20mA控制回路是怎么工作的呢?
4-20mA構成基礎要件:
24V電源供電;
變送器控制4-20mA信號使其與過程變量成比例變化;
指示器將4-20mA信號轉化為相應過程變量;
指示器或控制器I/O輸入電阻250Ω分流器生成1-5V輸入信號(歐姆定律:電壓=電流*電阻,4-20 mA X 250 ohms = 1-5V)
1)它們將熱電偶或熱電阻傳感器的溫度信號轉換為4-20mA信號然后再輸出;
2)控制器再將4-20mA反譯為具體的溫度值;
3)基于此溫度值,控制回路給實現(xiàn)對過程終端控制元件的控制。
同樣,控制回路中的壓力變送器,通常用來測量過程介質的壓力值:
1)傳感器感知壓力,又由變送器將信號轉換為4-20mA信號;
2)控制器再將4-20mA信號反譯為壓力值;
3)控制器根據(jù)壓力值,給閥門發(fā)送指令,控制閥門開度實現(xiàn)安全閥控制,確保容器不產(chǎn)生危險壓力。
兩線制4-20mA電流信號能傳多遠呢?
1.干擾因素
①與激勵電壓高低有關;
②與變送器允許的最小工作電壓有關;
③與板卡設備采集電流用的取壓電阻大小有關;
④與導線電阻的大小有關。
通過這四項有關量,可以計算出4-20mA電流信號的理論傳輸距離。
2.要使4-20mA信號無損失在兩線回路里傳輸,必須滿足歐姆定律。即:
3.為什么要特意給出這個r的計算式呢?
當環(huán)路實際總電阻>r時,就算傳輸距離為0,變送器也是沒辦法輸出20mA電流的; 當環(huán)路實際總電阻=r時,變送器輸出20mA電流,傳輸距離只能為0米(超導除外); 當環(huán)路實際總電阻<r時,變送器輸出20mA電流,才能在環(huán)路中有效傳輸若干米。
①由于板卡采集電流用的取壓電阻為定值,故導線電阻大小,決定著傳輸距離的長短;
②導線電阻越小,信號傳輸?shù)木嚯x越遠;
③導線若是超導,電阻≈0,那電流傳到美國去也不是事,傳到火星去也沒問題。
綜上所述,電流環(huán)路的總電阻R,必須滿足R≤r,否則4~20mA信號,無法正常傳輸。
4.電流環(huán)路的總電阻R,由板卡設備上采集電流信號的取壓電阻R1,和導線電阻R2組成。
5.編個小題算一算
計算如下:
①先計算變送器的負載電阻r,r=(24-10)×50=700Ω
②再寫出環(huán)路總電阻R的算式:
R=R1+R2=100+7.5×L×2=100+15L 單位Ω
③由于有R≤r,即(100+15L)≤700
計算得:L≤40千米,即最大傳輸距離為40000米。
常見故障、原因與排查步驟
接線和端子的問題:壞的終端,絕緣問題,線路的腐蝕及污染等; 回路電源:噪音干擾、過壓等問題都可能導致回路工作的不正常; 控制系統(tǒng)I/O卡件故障; 變送器; 傳感器:元件的損壞、測量通道的阻塞。
1. 驗證4-20mA信號
用串聯(lián)法或用毫安電流鉗表測量4-20毫安信號:
1)驗證電源供電
2)查找線路問題
3)查找I/O問題
4)查找有問題的接線終端
故障排查步驟:
1)測量回路中的毫安數(shù)值,如果測量到了0mA,那么繼續(xù)深入排障;
2)如果控制器沒有指示顯示,可能是I/O輸入的保險絲熔斷,回路出現(xiàn)開路故障。
2.控制器I/O問題排障:4-20mA回路排障(替代測試)
故障排查步驟:
1)斷開變送器連接,將回路校準器或過程表連接在原變送器位置;
2)設置毫安模擬,并設置范圍在4-20毫安;
3)驗證指示器的正確數(shù)值,在同一測試中完成對線路、電源供電和I/O的測試;
4)如果控制器沒有指示顯示,可能是I/O輸入的保險絲熔斷,回路出現(xiàn)開路故障?赏ㄟ^測量在250Ω輸入來進行驗證。
3.電源供電問題排查
使用回路校驗儀或多用表,測量回路供電電壓。
故障排查步驟:
1)測量電源供電,應該在近似24V。
2)如果測量結果是不確定的,就進行替代測試。
a. 斷開裝置回路電源
b.將回路校準器或過程表的24V回路供電端連接在這個位置
c.如果此時問題得到解決,那么裝置的回路電源可能有缺陷或者存在過載
4.線路噪聲排障
在正常情況下,系統(tǒng)中應該只有少量的mV級的交流電壓存在。