Cihaz sinyali 4 20 mA. Geçerli döngü. Bu arayüzü daha alakalı hale getirecek başka iyileştirmeler var mı?

Akım döngüsü, ölçülen elektrik akımı değerlerini kullanarak bilgi aktarma yöntemidir. Tipik olarak bir akım döngü sistemi bir sensör (basınç, sıcaklık, gazlar vb.), bir verici, bir alıcı ve bir analog-dijital dönüştürücü (ADC) veya mikro denetleyici içerir (Şekil 1).

Pirinç. 1.

Sensör çıkışında ölçülen parametreyle orantılı bir voltaj üretilir. Verici (voltaj kontrollü akım amplifikatörü), sensörden gelen voltajı karşılık gelen 4 ila 20 mA akıma dönüştürür. Hattın diğer ucunda bir alıcı (akım kontrollü voltaj amplifikatörü) 4...20 mA akımı tekrar voltaja dönüştürür. Analogdan dijitale dönüştürücü, alıcının çıkış voltajını bir işlemci veya mikro denetleyici tarafından daha sonra işlenmek üzere dijitalleştirir.

Akım döngüsü arayüzüne sahip sistemlerde bilgi, sinyal modülasyonlu bir akım kullanılarak iletilir. 4...20 mA akım döngüsünde, en küçük sinyal değeri 4 mA'lık bir akıma ve en büyüğü - 20 mA'ya karşılık gelir. Böylece izin verilen değerlerin tamamı 16 mA'dır. Döngü akımı her zaman 4 mA'de tutulur, böylece daha düşük akım seviyeleri açık bir hattı algılayacak ve bu durumun teşhis edilmesini kolaylaştıracaktır.

Kural olarak, endüstriyel otomasyon sistemlerinde sensörler, merkezi kontrol ünitesinden uzun mesafelere yerleştirilir, bu nedenle, özellikle voltaj veri aktarım yöntemleriyle karşılaştırıldığında gürültüye en dayanıklı analog arayüz olduğu için akım döngüsü hala alaka düzeyini kaybetmemiştir. İkinci bir akım döngüsünü (örneğin bir sürücüyü kontrol etmek için) içeren daha eksiksiz bir sistem, Şekil 2'de gösterilmektedir.

Pirinç. 2.

Bu şemaya dayanarak Maxim'in uygulanması için sunduğu çözümleri ele alacağız.

Operasyonel amplifikatör
gerilim-akım dönüştürücü olarak

Şekil 3, bir işlemsel amplifikatör (op-amp) kullanan bir voltaj-akım dönüştürücünün basit bir uygulamasını göstermektedir. MAX9943. Bu op-amp, ±15 V besleme voltajıyla ±20 mA'den fazla çıkış akımı sağlar ve aynı zamanda 1 nF'ye kadar kapasitif yükte stabildir, bu da onu uzun iletim hatlarında kullanıma çok uygun kılar. 0...20 mA çıkış akımı aralığında çalışmak için, MAX9943 besleme voltajına eşit bir çıkış voltajı salınımı sağladığından tek beslemeli amplifikatör gücü mümkündür ( raydan raya çıkış).

Pirinç. 3.

Bu devrede giriş voltajı ile yük akımı arasındaki ilişki şu ifadeyle açıklanmaktadır: V IN = (R2/R1) ґ R SENSE ґ I LOAD + V REF. Tipik bir yük direnci değeri birkaç kOhm olabilir. Bu örnekte: R1 = 1 kOhm; R2 = 10 kOhm; R SENSE = 12,5 ohm; R YÜK = 600 Ohm.

±2,5 V giriş voltajını ±20 mA akıma dönüştürmek için referans voltajı V REF 0 V olarak ayarlanmalıdır. 0...2,5 V giriş voltajından 4...20 mA akım çıkışı elde etmek için, bir ofset 4 mA hat akımında sabit kalacak şekilde ayarlanmalıdır. V REF = -0,25 V ile 0...2,5 V giriş voltajı 2...22 mA çıkış akımına dönüştürülür. Tipik olarak geliştiriciler daha sonra yazılım kalibrasyonuna izin vermek için biraz daha geniş bir dinamik aralık seçerler. Giriş voltajının ve çıkış akımının bağımlılıkları Şekil 4 ve 5'te gösterilmektedir.

Pirinç. 4. ±20 mA çıkış için I LOAD'ın V IN'e bağımlılığı

Pirinç. 5. 4-20mA çıkış için I LOAD'ın V IN'e bağımlılığı

MAX15500 ve MAX15501 - Güncel Döngü Koşullandırıcıları

Şekil 3'teki op-amp'leri kullanan devre, gerçek dünya uygulamalarında kalibrasyon zorluklarının yanı sıra büyük sinyal iletim hatalarına neden olan basit bir akım döngüsü uygulamasıdır. Uygulamada, bir voltaj-akım dönüştürücüyü uygulamak için, teknik parametreleri belgelerde kesin olarak açıklanan tek çipli çözümlerin kullanılması tavsiye edilir.

Pirinç. 6.

Böyle bir çözümün bir örneği MAX15500/15501, SPI arayüzü aracılığıyla programlanabilen analog akım çıkışı veya voltaj çıkışı jeneratörleri. Bu dönüştürücülerin giriş voltajı tipik olarak harici bir DAC'nin çıkışından alınır. MAX15500 için giriş voltajı aralığı 0...4,096 V ve MAX15501 için - 0...2,5 V'dir. Yazılımda çıkış aşamasının altı çalışma modu mevcuttur: ±10 V; 0…5 V; 0…10V; ±20 mA; 0…20 mA; 4…20 mA. Mikro devreler kısa devre koruması sağlar; iletim hattında bir kesintinin tespiti; aşırı ısınmaya karşı koruma ve besleme geriliminin eşiğin altına düşmesinin algılanması.

MAX5661 - Akım Çıkışı DAC

Akım çıkış dönüştürücünün en entegre versiyonu MAX5661. Bu, işlemciden gelen dijital sinyali programlanabilir bir akım çıkışına (0...20 mA veya 4...20 mA) dönüştürmek için eksiksiz bir çözüm sağlayan hassas yüksek voltaj amplifikatörüne sahip tek kanallı 16 bit DAC'dir. veya endüstri standardı voltaj ±10 V.

Pirinç. 7.

DAC'ye kontrol ve veri iletimi, dört telli bir SPI arayüzü aracılığıyla gerçekleştirilir. Mikro devre, akım döngüsündeki açık devreyi veya voltaj çıkışındaki kısa devreyi teşhis etmek için kullanılabilen bir #FAULT çıkışına sahiptir. MAX5661'in harici bir 4,096 V referans voltajının kullanılmasını gerektirdiğine dikkat edilmelidir. Dokümantasyon, önerilen ultra hassas referansların bir listesini sağlar; MAX6341, MAX6133 veya MAX6033. MAX5661'in tüm işlevlerine hızla hakim olmak için bir geliştirme kiti sunulmaktadır MAX5661EVCMAXQU+ DAC'yi grafiksel bir arayüz (GUI) kullanarak kontrol etmek için bir PC'ye arayüz ile.

MAX1452 - sensör sinyali dönüştürücü
geçerli bir döngüye

Şu ana kadar bir mikrodenetleyiciden veya DAC'den gelen bir sinyali dönüştürmek için uygun çözümleri düşündük; Kontrol sinyallerinin iletilmesi için. Maxim, sensörden bir akım sinyali almak için bir mikro devre sunar MAX1452, bir bilgi sinyali oluşturmak için bir analog parçanın bir op-amp ile sıcaklık sapması telafisi, sıfır ofset ayarı ve bir PGA kullanılarak programlanabilen bir iletim katsayısı sağlayan bir dijital devrenin birleştirilmesi. Tüm ayar katsayıları 768 bayt kapasiteli dahili EEPROM hafızasında saklanır.

Şekil 8, 4...20 mA akım çıkışı ve döngü gücü ile MAX1452'nin devre şemasını göstermektedir. Döngüde akım üretmek için bir transistör kullanılır 2N2222A.

Pirinç. 8.

HART modemi DS8500

HART ( Otoyol Adreslenebilir Uzaktan Dönüştürücü Protokolü), kural olarak, bir analog akım döngüsünün düzenlendiği bir hattı kullanarak bir sensörü yapılandırmanıza veya durumu hakkında bilgi almanıza olanak tanıyan bir dijital endüstriyel veri aktarım protokolüdür. Dijital verileri iletmek için, 4...20 mA akım döngüsü üzerinden FSK modülasyonlu bir sinyal (frekans anahtarlama modülasyonu) kullanılır (Şekil 9). Bu uygulama yöntemi, HART protokolünün analog akım döngüsüne sahip mevcut sistemlerde kullanılmasına olanak tanır.

Pirinç. 9.

HART fiziksel katmanını (modülasyon ve demodülasyon) düzenlemek için Maxim, bir HART modem çipi sunar DS8500, 1,2 kHz, "0" - 2,2 kHz frekansında modüle edilmiş "1" ile yarı çift yönlü alım ve iletim sağlar. İşlevsel olarak DS8500, bir demodülatör, dijital filtre, ADC, modülatör ve DAC'den oluşur (Şekil 10).

Pirinç. 10.

Bu mimari (dijital filtreleme ve frekanslar arasında faz sürekli geçiş ile saf sinüzoidal sinyal üreten bir DAC ile) gürültülü ortamlarda güvenilir sinyal alımı sağlar.

Çözüm

Maxim, hem sensörlerden merkezi kontrol ünitesine hem de bu üniteden yürütme birimlerine kadar bir akım döngüsü kullanarak veri aktarımını düzenlemek için eksiksiz bir çözüm yelpazesi sunar. Ek olarak, böyle bir endüstriyel sistemin işlevselliğini genişletmek için Maxim serisi 300'den fazla farklı arayüz çipi içerir. RS-485/RS-232, CAN, LIN.

Edebiyat

1. "4-20 mA akım döngü sistemlerinde yüksek voltaj ve yüksek akım sürücülü opamplar nasıl kullanılır", Maurizio Gavardoni, Maxim Mühendislik Dergisi No. 68

2. “Analog akım döngüsü - Maxim'den çözümler”, Anatoly Andrusevich, “Bileşenler ve Teknolojiler” Sayı 8 2009

Ve önceki bölümlerden işlenmemiş olduğu açıktır. sinyaller Bunlar çok çeşitlidir ve değişim aralığı birkaç milivolttan (bir termokupl için) bir takojeneratör için yüzlerce volttan daha fazlasına kadar uzanır. Ayrıca DC voltajındaki, AC voltajındaki ve hatta dirençteki değişikliklerden de kaynaklanabilirler. Bu nedenle analog giriş kartları yalnızca sinyal aralığındaysa bazılarının kullanılması gerektiği oldukça açıktır.

Giriş sinyalinin kökeni Şekil 2'de gösterildiği gibi gösterilebilir. 4.13. Sahadaki sensörden gelen birincil sinyal dönüştürülür standart sinyal ve sensör ile bu cihazın kombinasyonuna verici veya denir. Bundan sonra, ölçülen değişken hakkında bilgi taşıyan standartlaştırılmış bir sinyal, geleneksel bir analog giriş kartına beslenebilir.

Doğal bir soru ortaya çıkıyor: Bu standartlaştırılmış sinyal ne olmalı? Analog sinyaller düşük seviyeli sinyallerdir ve bu nedenle girişime (veya en yaygın olarak adlandırıldığı şekliyle gürültüye) karşı hassastırlar. Elektrik akımıyla temsil edilen bir sinyal, voltajla temsil edilen bir sinyale göre gürültüden daha az etkilenir, bu nedenle genellikle bir akım döngüsü seçilir. Dönüştürücü ve alıcı cihaz, Şekil 2'de gösterilen şemaya göre bağlanır. 4.14 ve alıcı taraftaki akım sinyali bir balast direnci kullanılarak voltaja dönüştürülür. Bir akım döngüsü, seri olarak bağlanan birden fazla alıcı cihazla (bu bir ölçüm cihazı, grafik kaydedici veya PLC girişi olabilir) kullanılabilir.

En yaygın standart, 4 mA'nın minimum sinyal seviyesi ve 20 mA'nın maksimum olduğu 4-20 mA aralığında bir akım biçiminde bir analog sinyali temsil eder. Örneğin, bir basınç dönüştürücü 0-10 bar aralığında bir basıncı temsil eden 4-20 mA'lik bir sinyal üretirse, 8 barlık bir basınç 8 x (20 - 4)/10 + 4'lük bir akıma karşılık gelir. = 16,8 mA. 4-20 mA sinyali genellikle 250 ohm'luk bir balast direnci kullanılarak 1-5 V sinyale dönüştürülür.

4 mA "boş" sinyal (ofset olarak adlandırılır) iki amaca hizmet eder. Öncelikle invertörün veya kablo kablosunun zarar görmesine karşı kullanılır. Bir dönüştürücü veya kablonun kopması veya iletişim hattında bir kısa devre oluşması durumunda, balast direncinden geçen akım sıfır olacaktır; bu, alıcı tarafta "negatif" bir 0 V sinyale karşılık gelir. Bu çok kolay bir şekilde tespit edilebilir ve "dönüştürücü arızası" alarmı olarak kullanılabilir.

4 mA öngerilim akımı da düzeni basitleştirir. Şek. 4.14'te dönüştürücünün yerel kullanıma sahip olduğu varsayılmıştır

Pirinç. 4.15. İki telli 4-20 mA dönüştürücü

güç kaynağı ve bir akım sinyali sağladı. Benzer bir düzenleme mümkündür ancak daha yaygın (ve daha basit) düzenleme Şekil 2'de gösterilen düzenlemedir. 4.15. Burada güç kaynağı (tipik olarak 24-30 VDC) alıcı tarafına yerleştirilir ve sinyal hatları hem dönüştürücüye güç sağlar hem de akımı iletir. Dönüştürücü, ölçülen sinyale göre güç kaynağından 4-20 mA aralığında akım çeker. Bu akım, daha önce olduğu gibi, bir balast direnci kullanılarak voltaja dönüştürülür.

4 mA ofset, dönüştürücünün düzgün çalışması için gereken akımı sağlar. Açıkçası, sinyal aralığı 0-20 mA ise bu sağlanamaz. Şekil 2'deki şemaya göre bağlanan dönüştürücüler. 4.15'e genellikle iki telli denir.

Akım sensörleri (dönüştürücüler), anma gerilimi 660 V'a kadar olan elektrik devrelerindeki akımın temassız izlenmesi için tasarlanmıştır. Sensör, bir AC giriş sinyalini 4-20mA veya 0-20mA veya 0-10V DC çıkış sinyaline dönüştürür, evrensel ölçüm cihazlarına veya kontrol kontrolörlerine gönderilebilir.

Sensörler yalıtılmıştır ve gizli ve ulaşılması zor yerler dahil her yere kurulabilir. Tamir edilemez veya bakım gerektirmezler, dahili bir akım trafosu ve ürettiğimiz enstrüman transformatörleri ile kullanılmak üzere özel olarak tasarlanmış ve hassas bir op-amp doğrultucu, bir entegre devreden (zaman sabiti 0.6-0.6-) oluşan evrensel bir Ayumi platformu içerirler. 0,8 sn) ve bir çıkış analog sinyal şekillendirici.

Sensörlerin nominal besleme voltajı 24V(DC) olup, çalışabilirlik 20-28V voltaj aralığında tamamen korunur. Sensörler, besleme voltajındaki dalgalanmalara ve dengesizliklere karşı duyarsızdır. Çalışma sıcaklığı aralığı -40...+85 derece C. Şu anda aşağıdaki sensörler sipariş için mevcuttur:

1 ila 90A arası nominal akımlar için TP03S (fotoğraf 2) delikli. 11mm TTP60 (fotoğraf 5) - 10 ila 500A arası akımlar için delikli. 37mm TP60 - 0,05 ila 300A arası akımlar için delikli. 37mm TP102S (fotoğraf 4) - 14 mm delikli 0,05 ila 40A arasındaki akımlar için.

Belirtilen aralıklardaki tüm akımlar sipariş için mevcuttur. Nominal akımın %1-100'ü aralığında doğrusallık ve kararlılık son derece yüksektir. Azaltılmış dönüşüm hatası, kalibrasyon olmadan %2'den, imalat sırasında ek kalibrasyon ile %1'den azdır. Sensörler TU 27.11'e göre üretilmektedir. 50.120-001-11976052-2017

Sipariş verirken, 9(12) V'luk azaltılmış bir besleme voltajı ve buna karşılık gelen maks. çıkış değerleri 3(5)v'ye kadar sinyal.

Sipariş için akım sensörünün adı: TP03C-xx/yy-zz(mm), burada

  • xx - anma akımı (A)
  • yy- çıkış sinyali: 0-1V/0-10V/0-20mA/4-20mA
  • zz-00-sabit çıkış
  • mm - örneğin (terminal bloğu) not edin - çıkışlar bir terminal bloğu şeklinde yapılır. Dikkat! Bu seçenek TPP60 ve TP60 için tam olarak mevcuttur. Yalnızca 4-20mA seçeneğiyle ilişkili olarak TP03 ve TP102 için

Örneğin: TP03S-30A/(4-20mA)-00, yani. nomlu sensör TP03S. giriş akım 30A, çıkış 4-20mA, baskılı devre montajı için sert pinler.


Lütfen tekrar unutmayın: Sipariş verirken nominal akım ve çıkış sinyali parametreleri, belirtilen sınırlar dahilinde herhangi bir değerde belirtilebilir; TP03S - 1...90A için; TP102S - 0,1...40A; TP60 - 0,05...300A Giriş akımı için TTP60 - 10...500A ve 0...20mA; 1...20mA; 0...10v. çıkış sinyali için! Sensörlerin hassasiyeti nominal değerin %0,1'inden daha kötü değildir. akım Bu fiyata yansıtılmıyor.


Dikkat: Sayacın alıcı tarafındaki giriş empedansı şöyle olmalıdır:

  • 0-1V modifikasyonları için 50 kOhm'dan düşük değil;
  • 0-10V için 100 kOhm'dan düşük değil;
  • 0-20mA için 500 ohm'dan yüksek olmamalıdır (dirençli iletkenler dahil)
  • 24V'ta 4-20mA için (dirençli iletkenler dahil) 500 ohm'dan yüksek olmamalıdır. akım döngüsü kaynağı

Sensör muhafazası, izlenen devreden mükemmel galvanik izolasyon sağlar ve bu da her türlü uygulama için yeterlidir.

TP03S sensöründe kontrollü hatlar için 11 mm, TP102S - 14 mm, TTP60 ve TP60 - 37 mm çapında bir delik bulunur. Gerektiğinde delik veya ölçülen akımları arttırmak için üretimimizdeki herhangi bir akım trafosunu kullanmak mümkündür. Böyle bir uygulamanın bir örneği Fotoğraf 1'de gösterilmektedir. Bu tasarım, devreleri yalıtımlarını kaldırmadan temassız bir şekilde kontrol etmenize olanak tanır, bu da elektrik ağlarının güvenilirliğini ve güvenliğini önemli ölçüde artırır. Küçük nominal ölçülen akım ve uygun delikli TP102S ve TP60 ayrıca hatlardaki kaçak akımları (sıfır bileşen akım transformatörü) ölçmek için diferansiyel akım transformatörü olarak kullanılmasına olanak tanır; örneğin 100mA versiyonu için giriş akımı ölçüm aralığı İyi doğrusallık ile 1 ila 100mA arasındadır.

Tasarım ve çalışma prensibi

Harici devrede akım aktığında, yerleşik akım transformatörü galvanik izolasyon sağlar ve bu akımı, bir akım-gerilim amplifikatörü-dönüştürücü tarafından güçlendirilen daha düşük bir akıma dönüştürür. Ortaya çıkan voltaj, hassas bir doğrultucu tarafından düzeltilir ve girişe orantılı bir ortalama voltajın izole edilmesine olanak tanıyan bir RC devresine beslenir. akım RC devresinin çıkışına, ek olarak tampon görevi gören ve çıkış sinyalini 0'a getiren bir voltaj-akım sürücüsü takılıdır. Çıkış voltajı, sürücü akımı Rn'den aktığında oluşur. Bu sayede belirli bir giriş değeri için çıkış voltajı geniş bir aralıkta (0-1V; 0-2V vb.) değişebilmektedir. katsayıyı ayarlamanıza izin veren akım. Yük direncini ayarlayarak dönüşüm. Katsayının azaltılması gerekiyorsa bu ayarlama da yapılabilir. ADC'nin mevcut referansa iletilmesi veya ayarlanması. Aynı zamanda çıktının değeri. analog çıkışın voltajı ve dahili direnci (0-1v için 49,9 ohm'dan fazla ve 0-10v seçeneği için 499 ohm'dan fazla değil), onu ADC mikrokontrolörleri veya 0-1v veya 0-1v'ye sahip standart ölçüm cihazlarıyla kolayca arayüz oluşturmanıza olanak tanır. 10v giriş. Gerektiğinde üretim aşamasında RC devresinin zaman sabitini azaltmak, artırmak ya da gerekli çıkışı ayarlamak mümkündür. voltaj veya akım.

Sensörün 0-20mA çıkışlı modifikasyonunda yerleşik bir direnç yoktur. Maks. çıkış 4'teki voltaj 10V'a ulaşabilir. bu da girişi sınırlar. 500 ohm'luk tel direncini dikkate alan sayaç direnci. 4-20mA modifikasyonunda, dahili bir 0...10 ohm direnç takılır ve girişi sınırlayan 2 telli bir bağlantı kullanılır. Sayacın direnci 24V güç kaynağıyla zaten 800 ohm'a kadardır.

Giriş yokluğunda Ayumi sensörlerinin kendi tüketimi. akım 20-28V voltaj aralığında 0,8-1mA'yı aşmaz. Giriş aşılırsa. nominal değerin üzerinde akım, çıkış voltajı 11 V'u aşamazken, logaritmik yasaya göre (4-20 için 24-39 mA) çıkış akımını 20 ila 35 mA arasında sınırlayan yerleşik koruma devresi etkinleştirilir ve maksimum akım tüketimi 38 mA'dır, bu da düşük güçlü güç kaynaklarıyla kullanılmasına izin verir. Lütfen unutmayın: TP03 ve TP102 için izin verilen maksimum giriş akımı, dahili transformatöre veya elektronik devreye zarar vermemek için 200A'yı geçmemelidir. TTP60 için bu limit uzun süreli 500A ve 2 saniyeye kadar 1000A, TP60 için 0,05-150A aralığında 300A, 150-300A için 500A olarak ayarlanmıştır.

Tipik sensör bağlantı şemaları Şekil 1'de gösterilmektedir. 3.

  • Şek. Şekil 3a, TP03S-xx/(0-1v)'nin evrensel 0-1v ölçüm cihazına bağlantı şemasını gösterir ve hiçbir özel özelliği yoktur; T03S-xx/(0-10v)'nin evrensel 0-10v ölçüm cihazına bağlantı şeması benzer bir bağlantıya sahiptir.
  • Şek. Şekil 3b, TP03S-xx/(0-10v)'yi yerleşik ION=5v'ye sahip bir mikro denetleyicinin ADC'si ile eşleştirmek için bir devreyi gösterir. Çıkış voltajını 10'dan 5V'a düşürmek için. Ek bir 510 ohm direnç takıldı. Diğer ION gerilimleri için ek direncin değeri şu formül kullanılarak hesaplanabilir: Rx=510*Ux/(10-Ux).
  • Şek. Şekil 3c, TP03S-xx/(4-20mA)'yı evrensel bir 4-20mA sayaca bağlama şemasını gösterir ve hiçbir özel özelliği yoktur.
  • Şek. Şekil 3d, TP03S-xx/(0-20mA)'nın evrensel bir 0-20mA sayaca bağlanmasına ilişkin bir diyagramı göstermektedir.

Akım döngüsü, verilerin geçerli bir değere gömüldüğü iki kablolu bir bilgi aktarım arayüzüdür.

Teşekkür

İlginç kitaplar için Mikhail Guk'a çok teşekkürler. Bir zamanlar yazarlar, modern elektronik çalışmalarına bu harika kişinin ansiklopedi ve yayınlarıyla başladılar. İnternet olmadığında ders kitaplarının sabırla ellerinizle karıştırılması gerekiyordu ve fareler çoğunlukla yeraltında koşuyordu.

muRata şirketi okuyuculara sürekli olarak yeni bilgiler sağlıyor; bu da artık okuyucuların da haberlerden haberdar olacağı anlamına geliyor. Söz konusu ürünlerden, kamış sensörleri bölümünde zaten bahsedilmişti. En son gelişme olan RedRock'tan bahsediyoruz.

Mevcut bir döngüye ihtiyaç var

4-20 mA akım döngüsü, sensör bilgilerinin iletilmesi için ortak bir protokol olarak kabul edilir. Endüstride genellikle fiziksel parametrelerin ölçülmesine ihtiyaç vardır, örneğin:

  • Basınç;
  • Sıcaklık;
  • Sıvı akışı.

Bilginin yüzlerce metre veya daha fazla mesafelerde iletilmesi gerektiğinde ihtiyaç sürekli olarak ortaya çıkar. Akım döngüsü yavaş bir dijital arayüz olarak kabul edilir ve bu, kaynaktan gelen kablo kapasitansının şarjından kaynaklanmaktadır (bu, artan frekansla kendini gösterir); analog veya ayrı cihazlar için oldukça yeterli olasılık vardır; Vericiler 12 (daha az sıklıkta) veya 24 V (daha sık) pillerle beslenir. İkincisi, bilginin daha fazla iletilmesine izin verir; önemli parametre voltaj değil akım olur. Çizgi ne kadar uzun olursa, potansiyeldeki düşüş o kadar belirgin olur.

Verilen teknik çözümün birkaç dezavantajı vardır. Birincisi, korumalı kablolar kullanmanız gerekir ve ikincisi, menzildeki artış, verimlilikte keskin bir düşüşe yol açar. Tipik bir akım döngüsü dört bileşenden oluşur:

  1. Güç kaynağı. Konum keyfidir.
  2. Alıcı veya monitör.
  3. Verici (sensör).
  4. Akım dönüştürücüye voltaj.

Sensörler, voltajla temsil edilen ölçülen parametreyle orantılı bilgi sağlar. Bu nedenle akıma dönüşüm yapmanız gerekir. Daha sonra bilgi ya mevcut seviyeye göre ya da ikili biçimde kodlanır: 4 mA - sıfır, 20 mA - bir. Alıcı tarafta bilginin şifresi çözülür.

Dijital teknolojinin hayranları mevcut döngünün düşük hızını iddia ediyor. Aslında, 75 pF/m'lik doğrusal kapasitansa sahip bir kilometre uzunluğundaki tel parçası, 75 nF'lik nominal değere sahip bir kapasitör oluşturur. Frekans arttıkça direnç düşer, yumuşatma ve filtreleme etkisi bilgilerle doğru çalışmanızı engeller. 19 μs'de kapasitör 5 V'luk bir voltajla tamamen doldurulur ve bu da gözlemlenen 9,6 kbit/s sınırlamasına neden olur.

Mevcut döngünün kendisi eski bir protokol olarak kabul edilir; yaygın olarak kullanılan diğer protokoller, örneğin halk arasında çok az bilinen MIDI ve HART endüstriyel arayüzü gibi onun yerini almaya hazırdır.

Genel bilgi

İlk sürpriz, tek tip standartların olmayışıdır. 4-20 mA, 0-20 mA ve 0-60 mA protokolleri baskın hale geldi; katı ve hızlı kurallar yok. Herhangi bir bilgi mevcut bir döngüde iletilebilir. Bu bir ikili kodsa, sistem ayarlarına bağlı olarak bir, 20 mA'lık bir akımın varlığına karşılık gelir ve sıfır, bir sinyalin yokluğuna veya 4 mA'nın varlığına karşılık gelir. Paket iletimi sırasında hat kopması meydana gelirse, bu mutlaka bir durdurma baytı aracılığıyla tanımlanır.

Arayüz 50'li yıllardan beri kullanılmaktadır, başlangıçta ünite 60 mA DC olarak kodlanmıştır. Sonuç olarak sistemin verimliliği çok daha düşüktü. 20 mA döngüsü, 1962'de teletipler için bir sinyal olarak ortaya çıktı - mesajların uzaktan yazdırılması için (iki elektrikli daktiloyu birbirine bağlamak). 80'li yılların başından itibaren akımı düşürmeye çalıştılar ama her zaman başarılı olamadılar. Uzlaşmaya karar verdik:

  1. 4 mA "canlı" sıfır anlamına gelir. Böylece sistem ağda bir kesinti olup olmadığından emin olur.
  2. Ünite 20 mA olarak kalır.

Ana sınırlama bilgi aktarımının mesafesidir. Parametre bit hızından etkilenir: kilometre mesafelerde izin verilen bilgi aktarım hızı 9600 bit/sn'dir. 19,2 kbit/s'nin üzerinde hat kullanılmaz. Sonuç olarak menzil, hattın elektriksel parametrelerinden ve parazit seviyesinden etkilenir. Fieldbus'un fikirlerine göre mevcut döngünün değiştirilmesi gerekiyordu; aslında COM portunun standart RS-485 (1983) versiyonu bugün kullanıma girdi. Bugüne kadar RS-232 protokolünü kullanan terminaller bir akım döngüsü kullanılarak bağlanmakta ve alıcı tarafta gerekli dönüşüm gerçekleştirilmektedir. Bazen seçilen yazıcılar protokole göre çalışır. Buradaki teorik sınır 115 kbis/s olsun, pratikte 9600 kullanılıyor.

Akım döngüsünün özelliği, vericinin voltaja dikkat etmemesidir. Güç değişir. Önemli olan mevcut değeri 20 mA'yı korumaktır. Bu nedenle hat ne kadar uzun olursa verim o kadar düşük olur. Bu kesinlikle uygulanan bir kuraldır. Periyodik olarak galvanik izolasyonlu bir akım döngüsü meydana gelir. Bu amaçla optokuplörler ve benzeri yarı iletken yapılar kullanılmaktadır.

Tipik olarak, telafi edilemeyen veya izlenemeyen paralel kapasitif paraziti önlemek için korumalı kablo kullanılır. Korumalı bükümlü çift kablo, bir ağ oluşturmak için iyi bir seçimdir. Kabloların yakın iç içe geçmesi sayesinde, endüktif ve ortak mod paraziti biçimindeki harici parazitleri ortadan kaldırır. Çift yönlü bir kanal oluşturmak için iki bükümlü çift kullanılır; arayüz, XON/XOFF yöntemleri kullanılarak yazılımla kontrol edilir. İyi özel uygulamalar, önceden aktarım istekleri ve yanıtları oluşturma zorluğunu ortadan kaldırır.

Alıcıda akım, dirençli bir bölücü kullanılarak gerilime dönüştürülür. Gerilime bağlı olarak 125 - 500 Ohm arası dirençler kullanılır. Bazen verici veya alıcı tarafına COM portunun seri arayüzüne bir adaptör (sinyal dönüştürücü) takılır. Direnç üzerindeki voltaj düşüşü Ohm kanununa göre hesaplanır, örneğin 250 Ohm nominal değer için 250 x 0,02 = 5 V olacaktır. Buna göre alıcı, gerekirse istenilen seviyeye kalibre edilebilir.

Geçerli döngü nerede kullanılır?

  1. Teknolojik süreçlerin kontrolü. Üretimde 4-20 mA akım döngüsü ana analog arayüz olarak kabul edilir. Bir sinyalin tamamen yokluğu hat kesintisi anlamına geldiğinde "canlı" sıfır kullanılır. 4 mA akım bazen verici için güç olarak kullanılır veya gelen sinyal sensör tarafından modüle edilir ve bilgi olarak geri gönderilir. Pilin ayrı olduğu devreler var, ardından sinyali modüle ediliyor. Ne alıcı ne de verici kendi enerjisini boşa harcamaz.
  2. Analog telefonun kullanıldığı günlerde, mevcut döngü favori bağlantı arayüzü olarak kaldı. Ve bugün apartmanlarda hala elektrik kabloları var. Burada telefon istasyon tarafından çalıştırılır ve aboneyi aramak için sinyali modüle eder. Yukarıda açıklanan sensörde olduğu gibi. Bu satırlar geçmiş zamanların mirası olarak kalıyor. Örneğin Bella System şirketi 125 V'a kadar DC gücü kullanıyor.
  3. Bilgiyi sinyal seviyesine göre iletmek için bazen bir akım döngüsü kullanılır. Örneğin 15 mA “yanıyor!”, 6 mA “her şey yolunda”, 0 mA hat kesintisi anlamına gelir. Her yerel üretici kendi kurallarını koyar ve protokolü kullanır.
  4. Telefonda, bir baz istasyonu bir akım döngüsü aracılığıyla kontrol edilebilir. Buna "DC uzaktan kumanda" denir. Örneğin Motorola MSF-5000, servis sinyallerini iletmek için 4 mA'lik sabit akımları kullanır. Böyle bir protokolün bir örneği:
  • Akım yok - kanal 1'den alın.
  • +6 mA – kanal 1'de iletim.
  • -6 mA – kanal 2'den bilgi alır.
  • -12 mA – kanal 2'de iletim.

MIDI arayüzü

MIDI formatı müzisyenler arasında popülerdir ve özel bir dijital ses kayıt protokolüdür. Fiziksel düzeyde 5 mA akım döngü devresine göre düzenlenir. Elbette birim seviyelerindeki farklılık nedeniyle iki iletim standardı doğrudan uyumlu değildir. Mikhail Guk'a göre MIDI 1983'te geliştirildi ve sentezleyicileri bağlamanın fiili kuralı haline geldi.

Wikipedia, Haziran 1981'de Roland Corporation'ın standart bir arayüz fikrini büyük bir sentezleyici üreticisi Oberheim Electronics'e sunduğunu bildirdi. Ekim ayında Smith, Oberheim ve Kakihashi bu konuyu Yamaha, Korg ve Kawai yönetim kurullarıyla tartıştı ve Kasım ayında AES toplum sergisinde ilk uygulanabilir versiyonu sergilediler.

Arayüz iki yıldır geliştirilme aşamasındaydı ve Ocak 1983'te Smith, MIDI aracılığıyla iki analog synthesizer'ı birbirine bağladı. Bu, düzenlemeleri doğrudan aktarmayı ve yeni müzik besteleri oluşturmayı mümkün kıldı. Daha sonra, MIDI dosyaları Windows işletim sistemi desteğine sunuldu; bu, yazarların melodileri doğrudan işlemesine olanak tanıdı ve bunları orijinal sentezleyicilerde bulunmayan yeni özel efektlerle doyurdu. Çeşitli enstrüman örneklerinin tanıtılması, sanatçının herhangi bir karmaşıklıktaki müzik eşliğini yeniden üretmesine olanak sağladı.

MIDI uygulaması

MIDI 5 mA fiziksel hat kullanır. Nadiren bulunur 10. Galvanik izolasyon bir optokuplör aracılığıyla gerçekleştirilir. Sinyalin ters çevrilmesi karakteristik bir özellik olarak kabul edilir:

  1. Akım var.
  2. Akım yok.

Bu nedenle MIDI, geleneksel bir akım döngüsüyle doğrudan uyumlu değildir. Birçok kişi fiziksel arayüzü gördü ancak adını bilmiyordu. Görsel olarak soket, yandan kesikli bir dielektrik disktir; çevresinde 5 delik (DIN) vardır. Yapı bir daire şeklinde bir ekranla çevrelenmiştir. Müzisyenlerin üç tür arayüzü vardır:

  1. MIDI Girişi.
  2. MIDI Çıkışı.
  3. MIDI aracılığıyla.

Bazen kişisel bir bilgisayarın anakartında bir MIDI bağlantı noktası bulunur. Normal modda, DB-15S oyun adaptörü bağlantı noktasının kullanılmayan 12 ve 15 numaralı pinleri fiziksel olarak kullanılır. Burada kullanılan TTL mantığı, geçerli döngü protokolünü kullanan standart sentezleyicilerle arayüz oluşturmak için bir adaptör gerektirir. Dönüştürücü çipi çok karmaşık değil; bir optokuplör, bir diyot ve bir takım mantık elemanları içeriyor.

MIDI bağlantı noktası UART aracılığıyla seri COM bağlantı noktası olarak programlanabilir. Satışta MIDI'li ses kartları veya boş yuvalar için ayrı genişletme kartları bulunmaktadır.

HART protokolü

Bu, endüstride yaygın olarak kullanılan Fieldbus protokolünün geliştirilmiş halidir. Temel temel 4-20 mA akım döngüsüdür; bu, eski protokollerden kalan bükümlü çiftleri kullanabileceği anlamına gelir. İlk başta standart son derece uzmanlaşmış bir iletişim arayüzü olarak kabul edildi, ancak 1986'da halka sunuldu. HART aracılığıyla iletim aşağıdakilerden oluşan eksiksiz paketler halinde gerçekleşir:

  1. Giriş – 5-20 bayt. Senkronizasyon ve taşıyıcı tespiti için kullanılır.
  2. Başlangıç ​​baytı – 1 bayt. Bus ana numarasını gösterir.
  3. Adres – 1 ila 5 bayt arası. Efendiye, hizmetçiye atanır ve toplu modun özel bir işareti olarak hizmet eder.
  4. Uzantı – 0'dan 3 bayta kadar. Uzunluğu başlangıç ​​baytında belirtilir.
  5. Komut – 1 bayt. Hizmetçinin yapması gerekenler.
  6. Veri baytlarının sayısı 1 bayttır. Veri alanının bayt cinsinden boyutu.
  7. Veri – 0 ila 255 bayt arası. Eylemlerin sırasını çözmeye yardımcı olan veriler.
  8. Sağlama toplamı 1 bayttır. Veri bloğundaki başlangıç ​​ve bitiş baytları dışındaki tüm baytlar için mantıksal XOR işleminin sonucunu içerir.

Elbette paket yapısı dijital cihazlar için tipiktir ve komutun doğru şekilde yürütülmesi için şifrenin çözülmesi gerekir.



Yükleniyor...Yükleniyor...