Bei der Anwendung der Störfestigkeit elektrischer Aktuatoren ist das 4-20-mA-Analogsignal dem 2-10-V-Analogsignal deutlich überlegen. Woran liegt das?

2-10V Signalanalyse

Entstörungsdiagramm für 2-10V-Signal (DCL Huayi Intelligent Control)

Wie im obigen Diagramm dargestellt:

Bei Verwendung von 2–10 V ist der Eingangssignalstrom aufgrund des höheren Eingangswiderstands des Moduls (R = 34 kΩ) sehr gering (0,059 mA – 0,29 mA). Dies führt zu einem sehr niedrigen Signal-Rausch-Verhältnis entlang dieses Pfades, was die leitungs- und strahlungsbedingte Störfestigkeit beeinträchtigt. Anders ausgedrückt: Aus Sicht der Elektronikentwicklung ist dies der empfindlichste Bereich.

Im 2-10-V-Signalpfad kann das Ausgabegerät nur die Korrektheit der Ausgangsspannung (Vo) auf der Controllerseite gewährleisten (da der Spannungsrückkopplungspunkt nahe am Ausgangspin liegt). Die Korrektheit der Eingangsspannung (Vi) auf der Aktorseite kann hingegen nicht garantiert werden, da Vi=Vo+Vnoise+Vground−diffVi = Vo + V_{noise} + V_{ground-diff}, Wo VnoiseV_{noise} Und Vground−diffV_{ground-diff} sind sehr anfällig für Störungen, die zu vorübergehenden, unvermeidbaren Veränderungen führen.

Die Länge des 2-10-V-Signalkabels, sein Innenwiderstand und die Abschirmung beeinflussen die Störfestigkeit des 2-10-V-Signals maßgeblich. Je länger das Kabel, desto höher der Innenwiderstand und desto schwächer die Abschirmung, desto geringer die Störfestigkeit des 2-10-V-Signals. Daher wird 2-10 V üblicherweise nur für die Kommunikation über sehr kurze Distanzen verwendet.

4-20mA Signalanalyse

Entstörungsdiagramm für 4-20mA-Signal (DCL Huayi Intelligent Control)

Im Vergleich zu 2–10 V behebt 4–20 mA zwei entscheidende Schwächen des 2–10-V-Signals. Wie im obigen Diagramm dargestellt:

Bei Verwendung von 4–20 mA ist der Eingangssignalstrom aufgrund des geringeren Eingangswiderstands des Moduls (R = 120 Ohm) relativ hoch (4–20 mA). Dies führt zu einem höheren Signal-Rausch-Verhältnis entlang dieses Pfades, wodurch die leitungs- und strahlungsbedingte Störfestigkeit verbessert wird. Folglich ist das 4–20-mA-Signal deutlich weniger störanfällig.

Im 4-20-mA-Signalpfad gewährleistet das Ausgabegerät die Korrektheit des gesamten Ausgangsstroms, sowohl des Ausgangsstroms als auch des Stroms am Aktoreingang. Dies liegt daran, dass die Rückkopplungsabtastung des Ausgangsschaltkreises den Strom am Ausgang des 4-20-mA-Signalpfads erfasst, der im gesamten Signalpfad konstant ist. Daher muss der am Aktoreingang abgetastete Strom dem Ausgangsstrom des Reglers entsprechen. Selbst bei Störungen und Potenzialunterschieden an der Erdung gewährleistet der 4-20-mA-Ausgangsschaltkreis durch aktive negative Rückkopplung die Korrektheit des Signalstroms.

Die Länge des 4-20-mA-Signalkabels und sein Innenwiderstand haben nur geringen Einfluss auf die Störfestigkeit des 4-20-mA-Signals. Daher wird 4-20 mA häufig für die Fernkommunikation eingesetzt.

Abschluss

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das 4-20-mA-Signal in industriellen Umgebungen eine deutlich bessere Störfestigkeit aufweist als das 2-10-V-Signal. Dies gilt auch für Anwendungen mit elektrischen Aktuatoren.