Pri použití elektrických aktuátorov na ochranu proti rušeniu analógový signál 4 – 20 mA výrazne prevyšuje analógový signál 2 – 10 V. Prečo je to tak?

Analýza signálu 2 – 10 V

Schéma ochrany pred rušením pre signál 2 – 10 V (inteligentné riadenie DCL Huayi)

Ako je znázornené na diagrame vyššie:

Pri použití 2-10V je vstupný signálový prúd v dôsledku vyššieho vstupného odporu modulu (R=34K) veľmi nízky (0,059mA – 0,29mA). Výsledkom je, že pomer signálu k šumu pozdĺž tejto cesty je veľmi nízky, čo znamená slabú vodivú a radiačnú ochranu pred rušením. Inými slovami, z hľadiska elektronického návrhu je to najzraniteľnejšia časť.

V signálovej ceste 2-10V môže výstupné zariadenie zabezpečiť správnosť výstupného napätia (Vo) iba na strane regulátora (pretože bod spätnej väzby napätia je blízko výstupného pinu). Na druhej strane, nie je možné zaručiť správnosť vstupného napätia (Vi) na strane aktuátora, pretože Vi=Vo+Všum+Vzem−rozdielVi = Vo + V_{šum} + V_{rozdiel-zem}, kde VšumV_{šum} a Vground−diffV_{ground-diff} sú vysoko náchylné na rušenie, čo spôsobuje prechodné zmeny, ktorým sa nedá vyhnúť.

Dĺžka signálneho kábla 2-10V, jeho vnútorný odpor a tieniace opatrenia významne ovplyvňujú odolnosť signálu 2-10V voči rušeniu. Čím dlhší je kábel, tým vyšší je vnútorný odpor a čím horšie je tienenie, tým horšia je odolnosť signálu 2-10V voči rušeniu. Preto sa 2-10V bežne používa na komunikáciu na veľmi krátke vzdialenosti.

Analýza signálu 4 – 20 mA

Diagram ochrany pred rušením pre signál 4 – 20 mA (inteligentné riadenie DCL Huayi)

V porovnaní s 2-10V, 4-20mA rieši dve kritické slabiny signálu 2-10V. Ako je znázornené na diagrame vyššie:

Pri použití 4-20mA je vstupný signálový prúd v dôsledku nižšieho vstupného odporu modulu (R=120 ohmov) relatívne vysoký (4mA – 20mA). To má za následok vyšší pomer signálu k šumu pozdĺž tejto dráhy, čo znamená lepšiu vodivú a radiačnú ochranu pred rušením. V dôsledku toho je signál 4-20mA oveľa ťažšie rušiť.

V signálovej ceste 4-20 mA dokáže výstupné zariadenie zabezpečiť správnosť celého prúdu výstupnej slučky vrátane prúdu na výstupnej strane aj prúdu na vstupe akčného člena. Je to preto, že cieľom vzorkovania spätnej väzby výstupného obvodu je prúd na výstupnom konci slučky 4-20 mA a prúd je v celej signálovej slučke rovnaký. Preto musí byť prúd vzorkovaný na konci akčného člena rovnaký ako výstupný prúd z regulátora. Aj v prípade rušenia a nekonzistentnosti potenciálu zeme dokáže výstupný obvod 4-20 mA zabezpečiť správnosť signálneho prúdu prostredníctvom aktívneho nastavenia negatívnej spätnej väzby.

Dĺžka signálneho kábla 4-20mA a jeho vnútorný odpor majú malý vplyv na odolnosť signálu 4-20mA voči rušeniu. Preto sa 4-20mA bežne používa na komunikáciu na dlhé vzdialenosti.

Záver

Záverom možno povedať, že signál 4 – 20 mA má v priemyselnom prostredí výrazne lepšiu ochranu pred rušením ako signál 2 – 10 V. To platí aj pre aplikácie zahŕňajúce elektrické aktuátory.