Sähköisten toimilaitteiden häiriönestosuorituskyvyn soveltamisessa 4-20 mA:n analoginen signaali on huomattavasti parempi kuin 2-10 V:n analoginen signaali. Miksi näin on?

2-10V-signaalin analysointi

Häiriönestokaavio 2-10V signaalille (DCL Huayi Intelligent Control)

Kuten yllä olevassa kaaviossa näkyy:

Kun käytetään 2-10V:tä, moduulin suuremman sisääntulovastuksen (R=34K) vuoksi sisääntulosignaalin virta on hyvin pieni (0,059mA - 0,29mA). Tästä seuraa, että signaali-kohinasuhde tätä reittiä pitkin on hyvin alhainen, mikä tarkoittaa, että johtava ja säteilevä häiriönestosuorituskyky on huono. Toisin sanoen tämä on elektroniikan suunnittelun kannalta kaikkein haavoittuvin osa.

2-10V-signaalipolulla lähtölaite voi varmistaa lähtöjännitteen (Vo) oikeellisuuden vain ohjaimen puolella (koska jännitteen takaisinkytkentäpiste on lähellä lähtötappia). Toisaalta tulojännitteen (Vi) oikeellisuutta toimilaitteen puolella ei voida taata, koska Vi=Vo+Vnoise+Vground-diffVi = Vo + V_{noise} + V_{ground-diff}, jossa VnoiseV_{noise} ja Vground-diffV_{ground-diff} ovat erittäin alttiita häiriöille, jotka aiheuttavat ohimeneviä muutoksia, joita ei voida välttää.

2-10V-signaalikaapelin pituus, sen sisäinen resistanssi ja suojaustoimenpiteet vaikuttavat merkittävästi 2-10V-signaalin häiriönsietokykyyn. Mitä pidempi kaapeli on, sitä suurempi on sen sisäinen vastus ja mitä huonompi on suojaus, sitä huonompi on 2-10V-signaalin häiriönsietokyky. Siksi 2-10V:tä käytetään yleisesti hyvin lyhyiden etäisyyksien viestintään.

4-20mA-signaalin analysointi

Häiriönestokaavio 4-20mA-signaalille (DCL Huayi Intelligent Control)

Verrattuna 2-10V:hen 4-20mA:n avulla voidaan korjata kaksi 2-10V-signaalin kriittistä heikkoutta. Kuten yllä olevasta kaaviosta käy ilmi:

Kun käytetään 4-20mA:ta, moduulin pienemmän tulovastuksen (R=120 ohmia) vuoksi tulosignaalin virta on suhteellisen suuri (4mA - 20mA). Tämä johtaa korkeampaan signaali-kohinasuhteeseen tätä reittiä pitkin, mikä tarkoittaa, että johtava ja säteilevä häiriönestosuorituskyky on parempi. Tämän seurauksena 4-20mA-signaalia on paljon vaikeampi häiritä.

Lähtölaite voi varmistaa 4-20mA-signaalipolulla koko lähtösilmukan virran oikeellisuuden, mukaan lukien sekä lähtöpuolen virta että toimilaitteen tulon virta. Tämä johtuu siitä, että lähtöpiirin takaisinkytkennän näytteenottokohde on virta 4-20mA-silmukan ulostulopäässä, ja virta on sama koko signaalisilmukassa. Siksi toimilaitteen päässä näytteenotettavan virran on oltava sama kuin säätimen lähtövirta. Jopa häiriöiden ja maapotentiaalin epäjohdonmukaisuuksien läsnä ollessa 4-20mA-lähtöpiiri voi varmistaa signaalivirran oikeellisuuden aktiivisen negatiivisen takaisinkytkennän säädön avulla.

4-20mA-signaalikaapelin pituudella ja sen sisäisellä resistanssilla on vain vähän vaikutusta 4-20mA-signaalin häiriönsietokykyyn. Siksi 4-20mA:ta käytetään yleisesti pitkän matkan tiedonsiirtoon.

Päätelmä

Johtopäätöksenä voidaan todeta, että 4-20mA-signaalin häiriönsietokyky on huomattavasti parempi kuin 2-10V-signaalin häiriönsietokyky teollisuusympäristöissä. Tämä pätee myös sovelluksiin, joissa on mukana sähköisiä toimilaitteita.