Войти
В электрической сигнализации аналоговая токовая петля используется там, где необходимо контролировать устройство или управляются дистанционно по паре проводов. В любое время может присутствовать только один текущий уровень.
Основное применение токовых петель - это отраслевой стандарт де-факто токовая петля 4–20 мА для приложений управления процессом, где они широко используются для передачи сигналов от обрабатывать контрольно-измерительные приборы - ПИД-контроллеры, системы SCADA и программируемые логические контроллеры (ПЛК). Они также используются для передачи выходных сигналов контроллера на регулирующие полевые устройства, такие как регулирующие клапаны. Эти контуры имеют преимущества простоты и помехоустойчивости, а также имеют большую международную базу пользователей и поставщиков оборудования. Некоторые полевые устройства 4–20 мА могут получать питание от самой токовой петли, что устраняет необходимость в отдельных источниках питания, а «интеллектуальный» протокол HART использует петлю для связи между полевыми устройствами и контроллерами. Различные протоколы автоматизации могут заменить аналоговые токовые петли, но 4–20 мА по-прежнему остается основным промышленным стандартом.
Показывает эволюцию аналоговой сигнализации контура управления от эпохи пневматики к эпохе электроники. 
Пример токовых петель, используемых для считывания и передачи управления. Показан конкретный пример интеллектуального позиционера клапана. В промышленном управлении процессом, аналоговые токовые петли 4–20 мА обычно используются для электронной сигнализации с двумя значениями 4 20 мА, что соответствует 0–100% диапазона измерения или контроля. Эти контуры используются как для передачи сенсорной информации от полевых приборов, так и для передачи управляющих сигналов на устройства регулирования процесса, такие как клапан.
Ключевые преимущества токовой петли:
Измерения с помощью полевых приборов, такие как давление, температура, уровень, расход, pH или другие переменные процесса. Токовая петля также может использоваться для управления позиционером клапана или другим выходом привода. Так как входные клеммы приборов могут иметь одну сторону входа токовой петли, связанную с землей шасси, могут потребоваться аналоговые изоляторы при последовательном соединении нескольких приборов.
Связь между текущим значением и измерением переменной процесса устанавливается посредством калибровки, которая присваивает различные диапазоны технических единиц диапазону от 4 до 20 мА. Отображение между инженерными единицами и током можно инвертировать, так что 4 мА представляет максимум, а 20 мА - минимум.
В зависимости от источника тока для контура, устройства могут быть классифицированы как активные (подающие или «получающие» питание) или пассивные (полагающиеся на контур или «втекающий» контур мощность). Например, диаграммный самописец может обеспечивать питание контура для датчика давления. Датчик давления модулирует ток в контуре, чтобы послать сигнал на ленточный самописец, но сам по себе не подает питание на контур и поэтому является пассивным. Другой контур может содержать два пассивных самописца, пассивный датчик давления и батарею на 24 В. (Аккумулятор - активное устройство). Обратите внимание, что 4-проводный прибор имеет вход источника питания, отдельный от токовой петли.
Монтируемые на панели дисплеи и самописцы обычно называют «индикаторными устройствами» или «мониторами процесса». Несколько пассивных индикаторных устройств могут быть подключены последовательно, но петля должна иметь только одно передающее устройство и только один источник питания (активное устройство).
Регулирующий клапан с пневматическим мембранным приводом и «интеллектуальным» позиционером 4–20 мА, который также будет передавать данные о фактическом положении и состоянии клапана по токовой петле. Условие –20 мА возникло в 1950-х годах из более раннего весьма успешного стандарта пневматического управляющего сигнала 3–15 фунтов на квадратный дюйм, когда электроника стала достаточно дешевой и надежной, чтобы электрически имитировать старый стандарт. Стандарт 3–15 фунтов на квадратный дюйм имел те же особенности, что и возможность питания некоторых удаленных устройств, и имел «живой» ноль. Однако стандарт 4–20 мА лучше подходил для разрабатываемых тогда электронных контроллеров.
Переход был постепенным и продолжился до 21 века из-за огромной установленной базы устройств на 3–15 фунтов на квадратный дюйм. Поскольку использование пневматических клапанов по сравнению с клапанами с электроприводом имеет много преимуществ по стоимости и надежности, пневматическое приведение в действие по-прежнему является отраслевым стандартом. Для создания гибридных систем, в которых 4–20 мА вырабатывается контроллером, но допускает использование пневматических клапанов, производители предлагают ряд преобразователей тока в давление (I в P). Обычно они действуют локально для регулирующего клапана и преобразуют 4–20 мА в 3–15 фунтов на кв. Дюйм (или 0,2–1,0 бар). Затем этот сигнал подается на привод клапана или, чаще, на пневматический позиционер. Позиционер - это специальный контроллер, который механически связан с движением привода. Это гарантирует, что проблемы трения будут преодолены, и элемент управления клапаном переместится в желаемое положение. Это также позволяет использовать более высокое давление воздуха для срабатывания клапана.
С появлением дешевых промышленных микропроцессоров «умные» позиционеры клапана стали доступны с середины 1980-х годов и очень популярны для новых установок. К ним относятся преобразователь I в P, а также мониторинг положения клапана и состояния. Последние возвращаются через токовую петлю к контроллеру с использованием таких протоколов, как HART.
Аналоговые токовые петли исторически иногда переносились между зданиями с помощью сухих пар в телефонных кабелях, арендованных у местной телефонной компании. Во времена аналоговой телефонии шлейфы 4–20 мА были более распространены. Эти цепи требуют непрерывности сквозного постоянного тока (DC), и, если не была подключена выделенная пара проводов, их использование прекратилось с введением переключения полупроводников. Непрерывность постоянного тока недоступна через микроволновое радио, оптоволокно или мультиплексную телефонную сеть. Базовая теория цепей постоянного тока показывает, что ток одинаков по всей линии. Было обычным явлением видеть цепи 4–20 мА с длиной петли в милях или цепи, работающие по парам телефонных кабелей, длина которых от конца до конца превышала десять тысяч футов. До сих пор существуют устаревшие системы, использующие эту технологию. В цепях Bell System использовались напряжения до 125 В постоянного тока.
Функции дискретного управления могут быть представлены дискретными уровнями тока, передаваемыми по контуру. Это позволит управлять несколькими функциями управления по одной паре проводов. Токи, необходимые для конкретной функции, варьируются от одного приложения или производителя к другому. Не существует определенного течения, связанного с одним значением. Почти всегда 0 мА указывает на неисправность цепи. В случае пожарной тревоги, 6 мА может быть нормальным, 15 мА может означать, что пожар был обнаружен, а 0 мА приведет к индикации неисправности, сообщая месту мониторинга, что цепь тревоги вышла из строя. Некоторые устройства, такие как двухсторонняя радиосвязь пульты дистанционного управления, могут изменять полярность токов и могут мультиплексировать звук в постоянный ток.
Эти устройства можно использовать для любых задач дистанционного управления, которые может вообразить проектировщик. Например, токовая петля может активировать эвакуационную сирену или синхронизировать команду светофоры.
A Motorola серии T-1300 дистанционное управление встроен в корпус телефона. Циферблат заменен на динамик и регулятор громкости. В этом пульте дистанционного управления используется двухпроводная схема для управления базовой станцией ..Цепи токовой петли являются одним из возможных способов управления радио базовыми станциями на удаленных объектах. В индустрии двусторонней радиосвязи этот тип дистанционного управления называется DC remote . Это название связано с необходимостью обеспечения непрерывности цепи постоянного тока между контрольной точкой и радиостанцией базовой станцией. Дистанционное управление токовой петлей позволяет сэкономить на дополнительных парах проводов между рабочей точкой и радиоприемопередатчиком. Некоторое оборудование, такое как базовая станция Motorola MSF-5000, для некоторых функций использует токи ниже 4 мА. Альтернативный тип, тональный пульт, более сложен, но требует только аудиотракта между контрольной точкой и базовой станцией.
Например, taxi Базовая станция dispatch может физически располагаться на крыше восьмиэтажного здания. Офис компании такси может находиться в подвале другого здания поблизости. В офисе будет пульт дистанционного управления, который будет управлять базовой станцией компании такси по токовой петле. Схема обычно проходит по телефонной линии или аналогичной проводке. Токи функций управления поступают с пульта дистанционного управления на стороне диспетчерской в цепи. При использовании двусторонней радиосвязи в цепи холостого хода обычно отсутствует ток.
При использовании двусторонней радиосвязи производители радиостанций используют разные токи для определенных функций. Полярности изменены, чтобы получить больше возможных функций в одной цепи. Например, представьте одну возможную схему, в которой присутствие этих токов заставляет базовую станцию изменять состояние:
Эта схема чувствительна к полярности. Если сращиватель кабелей телефонной компании случайно перевернул провода, выбор канала 2 заблокировал бы передатчик.
Каждый уровень тока может замкнуть набор контактов или задействовать твердотельную логику на другом конце цепи. Это замыкание контакта вызвало изменение состояния управляемого устройства. Некоторое оборудование дистанционного управления может иметь параметры, установленные для обеспечения совместимости между производителями. То есть базовая станция, которая была сконфигурирована для передачи с током +18 мА, могла иметь параметры, измененные на (вместо этого), чтобы она передавала при наличии +6 мА.
При использовании двусторонней радиосвязи сигналы переменного тока также присутствовали в паре цепей. Если бы базовая станция находилась в режиме ожидания, принятый звук будет отправлен по линии от базовой станции в диспетчерскую. При наличии тока команды передачи пульт дистанционного управления будет отправлять аудио для передачи. Голос пользователя в диспетчерской будет модулироваться и накладываться на постоянный ток, который заставляет передатчик работать.
