Pri uporabi električnih aktuatorjev za zaščito pred motnjami analogni signal 4–20 mA bistveno prekaša analogni signal 2–10 V. Zakaj je temu tako?

Analiza signala 2–10 V

Diagram proti motnjam za signal 2–10 V (DCL Huayi Intelligent Control)

Kot je prikazano na zgornjem diagramu:

Pri uporabi 2–10 V je zaradi višje vhodne upornosti modula (R=34 K) vhodni signalni tok zelo nizek (0,059 mA – 0,29 mA). Posledica tega je, da je razmerje signal/šum vzdolž te poti zelo nizko, kar pomeni slabo prevodno in sevalno zaščito pred motnjami. Z drugimi besedami, z vidika elektronske zasnove je to najbolj ranljiv del.

V signalni poti 2–10 V lahko izhodna naprava zagotovi pravilnost izhodne napetosti (Vo) le na strani krmilnika (ker je točka povratne napetosti blizu izhodnega pina). Po drugi strani pa ni mogoče zagotoviti, da je vhodna napetost (Vi) na strani aktuatorja pravilna, ker Vi=Vo+Všum+Vrazlika-ozemljiščeVi = Vo + V_{šum} + V_{razlika-ozemljišče}, kjer VnoiseV_{noise} in Vground-diffV_{razlika-ground} so zelo dovzetni za motnje, kar povzroča prehodne spremembe, ki se jim ni mogoče izogniti.

Dolžina signalnega kabla 2–10 V, njegov notranji upor in ukrepi za zaščito pomembno vplivajo na zaščito signala 2–10 V pred motnjami. Daljši kot je kabel, višji je notranji upor, in slabši kot je zaščitni ukrep, slabša je odpornost signala 2–10 V na motnje. Zato se 2–10 V pogosto uporablja za komunikacijo na zelo kratke razdalje.

Analiza signala 4–20 mA

Diagram zaščite pred motnjami za signal 4–20 mA (DCL Huayi Intelligent Control)

V primerjavi z 2–10 V signal 4–20 mA odpravlja dve kritični slabosti signala 2–10 V. Kot je prikazano na zgornjem diagramu:

Pri uporabi 4–20 mA je zaradi nižje vhodne upornosti modula (R=120 ohmov) vhodni signalni tok relativno visok (4 mA–20 mA). To ima za posledico višje razmerje signal/šum vzdolž te poti, kar pomeni boljšo prevodno in sevalno zaščito pred motnjami. Posledično je signal 4–20 mA veliko težje motiti.

V signalni poti 4–20 mA lahko izhodna naprava zagotovi pravilnost celotnega izhodnega toka zanke, vključno s tokom na izhodni strani in tokom na vhodu aktuatorja. To je zato, ker je cilj vzorčenja povratne zveze izhodnega vezja tok na izhodnem koncu zanke 4–20 mA, tok pa je enak v celotni signalni zanki. Zato mora biti tok, vzorčen na koncu aktuatorja, enak izhodnemu toku iz krmilnika. Tudi ob prisotnosti motenj in neskladij ozemljitvenega potenciala lahko izhodno vezje 4–20 mA zagotovi pravilnost signalnega toka z aktivno nastavitvijo negativne povratne zveze.

Dolžina signalnega kabla 4–20 mA in njegov notranji upor le malo vplivata na odpornost signala 4–20 mA proti motnjam. Zato se 4–20 mA običajno uporablja za komunikacijo na dolge razdalje.

Zaključek

Skratka, signal 4–20 mA ima v industrijskem okolju bistveno boljšo zaščito pred motnjami kot signal 2–10 V. To velja tudi za aplikacije, ki vključujejo električne aktuatorje.