bază

Amintind din partea anterioară a acestei serii, elementele fundamentale ale buclelor de curent de 4-20 mA, toate buclele de curent de 4-20 mA necesită o sursă de alimentare pentru a funcționa. O mulțime de setări de buclă vor utiliza o sursă de alimentare externă pentru a alimenta dispozitivele care sunt atașate la bucla curentă. Cu toate acestea, este posibil să alimentați toate instrumentele de pe buclă cu puterea furnizată pentru bucla însăși. Aceste dispozitive sunt denumite alimentate prin buclă. Această configurație specială poate fi utilizată în situații în care nu este practic să furnizați energie separată tuturor dispozitivelor sau în zone periculoase în care este necesară o soluție de putere redusă. Lucrând într-o industrie care necesită controlul procesului, este imperativ să înțelegeți dacă implementarea unei soluții cu buclă este adecvată sau nu pentru configurarea dvs.

Un principiu fundamental al electricității este acela că curentul este același în toate punctele dintr-o buclă de curent închisă. Acesta este motivul pentru care bucla de curent de 4-20 mA este standardul analogic ideal pentru transmiterea informațiilor pe distanțe lungi și prin intermediul mai multor contoare, transmițătoare, înregistratoare de date și alte dispozitive de buclă de 4-20 mA.

Figura 1. Bucla de curent de bază

Curentul va rămâne întotdeauna consistent la toate dispozitivele din buclă. Atâta timp cât există o tensiune suficientă, un semnal de 4 mA generat la transmițător va fi în continuare un semnal de 4 mA când ajunge la receptor. Acest factor fundamental permite alimentarea cu bucla de curent a oricăror dispozitive pe cât poate alimenta sursa de alimentare, fără a afecta semnalul de proces.

Un dispozitiv alimentat cu buclă este pur și simplu un dispozitiv de control al procesului, cum ar fi un afișaj digital, care profită de acest principiu pentru a se opri din bucla de 4-20 mA fără a afecta nivelurile curente din acea buclă. Instrumentele alimentate prin buclă, prin natura lor, trebuie să consume foarte puțină energie pentru a putea funcționa cu puterea finită furnizată buclei. În consecință, acest fapt definește caracteristicile găsite în dispozitivele cu buclă și aplicațiile lor.

Dispozitivele alimentate prin buclă vin cu două conexiuni de intrare: una pozitivă (+) și una negativă (-). Semnalul curent intră prin terminalul pozitiv (+) și iese prin terminalul negativ (-). Prin urmare, termenul „alimentat prin buclă” este sinonim cu termenul „2 fire” (ceea ce înseamnă că doar 2 conexiuni/fire sunt implicate în oricare dintre conexiunile dintre transmițător, sursa de alimentare și dispozitivul de ieșire).

Pe lângă faptul că este ușor de conectat și necesită foarte puțină energie, există câteva alte caracteristici definitorii ale dispozitivelor alimentate prin buclă. De obicei, acestea nu au afișaje LED și nici relee mecanice. Ieșirile de proces și capacitățile de comunicații seriale sunt destul de limitate. Cu toate acestea, dispozitivele alimentate cu buclă sunt în mod normal mai puțin costisitoare, mai ușor de instalat și vor avea adesea aprobări pentru zone periculoase, cum ar fi Intrinsically Safe (I.S.) și Non-incendive (N.I.). Dispozitivele cu buclă rezistente la explozie sunt, de asemenea, obișnuite, deoarece simplifică semnificativ instalarea.

Figura 2. Definirea caracteristicilor dispozitivelor alimentate prin buclă

Există câteva avantaje în utilizarea energiei furnizate pentru bucla de curent pentru a vă alimenta dispozitivele, mai degrabă decât să încorporați o sursă de alimentare suplimentară în sistemul dvs.

Nu este necesară energie suplimentară

În primul rând, s-ar putea să nu fie fezabil să furnizați energie suplimentară sistemului dvs. dacă aplicația dvs. se află într-o zonă îndepărtată, de exemplu. În acest caz, transmițătorul dvs. ar putea fi alimentat de o baterie, o celulă solară sau o altă sursă de energie, iar celelalte dispozitive din sistem își vor obține puterea de la transmițător. Cheltuielile cu rularea liniilor suplimentare pot face, de asemenea, o putere suplimentară, alta decât costul semnalului de 4-20 mA prohibitiv.

Cablare ușoară

Deoarece există o singură sursă de alimentare pentru întregul sistem (adesea furnizată de emițătorul care transmite semnalul de 4-20 mA), dispozitivele alimentate cu buclă sunt, de asemenea, incredibil de simple de configurat. Sunt necesare doar două fire, conexiunile pozitive (+) și negative (-) la bucla curentă. Acest lucru este în contrast cu setările de trei și patru fire, care încorporează o sursă de alimentare externă în mix. Acest lucru face ca complexitatea instalării să fie minimă.

Figura 3. Exemplu de conexiuni cu 2 fire

Cost scăzut

Dispozitivele alimentate prin buclă sunt adesea costuri mult mai mici decât alte dispozitive de control al proceselor cu electronică încorporată de mare putere. Acest lucru se întâmplă pur și simplu pentru că componentele scumpe care ar putea fi incluse în aceste dispozitive, cum ar fi sursele de alimentare, relele mecanice sau componentele avansate de ieșire a semnalului digital sau analogic, sunt permise pentru a limita cantitatea de putere necesară pentru funcționarea dispozitivului.

Aprobări ale zonei periculoase

Multe dispozitive alimentate cu buclă sunt aprobate pentru a fi utilizate în zone periculoase precum Non-incendiar (N.I.) sau Intrinsically Safe (I.S.). Ambele aprobări necesită ca dispozitivul să consume atât de puțină energie încât să nu poată provoca arderea în condiții normale de funcționare sau, respectiv, de defecțiune. Deoarece consumul de energie al dispozitivelor alimentate prin buclă este atât de redus din necesitate, ele sunt de obicei candidați ușori pentru aceste aprobări.

Figura 4. Metre alimentate prin buclă instalate pe un panou de compresor Div 2

Avantajele utilizării dispozitivelor alimentate prin buclă le fac concurenți solizi pentru multe aplicații de control al proceselor. Cu toate acestea, există unele dezavantaje, care trebuie luate în considerare înainte de a planifica utilizarea puterii de buclă în aplicația dvs. particulară. Aceste dezavantaje pot fi minore sau pot descalifica complet utilizarea dispozitivelor alimentate prin buclă.

În primul rând, printre dezavantaje este faptul că dispozitivele alimentate cu buclă funcționează pe cantitatea finită de energie furnizată buclei de curent de 4-20 mA și adaugă o cădere de tensiune în buclă. Sursa de alimentare pentru buclele de 4-20 mA este de obicei de 24 V, dar poate varia. Toate dispozitivele cu buclă de pe buclă trebuie să fie alimentate de această singură sursă de alimentare. Din această cauză, este imperativ să verificați specificațiile căderii de tensiune pe toate dispozitivele dvs. pentru a vă asigura că sursa de alimentare este capabilă să furnizeze suficientă tensiune pentru toate componentele din buclă. Suma tuturor căderilor de tensiune de pe toate dispozitivele din buclă trebuie să fie mai mică decât tensiunea sursei de alimentare. Cel mai bine este să lăsați loc pentru erori și fluctuații de alimentare, astfel încât totalul căderilor de tensiune să fie mai mic de 80% din tensiunea de alimentare.

Specificațiile de cădere de tensiune sunt furnizate într-o varietate de formate. Poate fi formatat ca o cădere de tensiune maximă pentru dispozitiv (de exemplu, 3,0 Vmax), un nivel de tensiune la un nivel specific de curent (de exemplu, 3V @ 20 mA), o impedanță de intrare (de exemplu, 150 Ω) sau un tabel de căutare care arată alimentarea tensiune versus rezistență echivalentă.

Dacă aveți în vedere un dispozitiv alimentat cu buclă pentru aplicația dvs., există mai multe specificații critice de care ar trebui să fiți conștienți înainte de a face alegerea finală:

Cadere de tensiune

Verificați specificațiile căderii de tensiune pentru a vă asigura că sursa de alimentare furnizează suficientă tensiune pentru toate componentele din buclă.

Ieșiri

Dacă sunt necesare ieșiri de pe dispozitivul dvs. alimentat cu buclă, examinați cu atenție tipul de ieșiri și evaluările disponibile. Dispozitivele alimentate cu buclă trebuie să aibă ieșiri cu putere redusă, cum ar fi ieșiri pasive de 4-20 mA, mai degrabă decât ieșiri autoalimentate, și ieșiri tranzistor cu colector deschis, mai degrabă decât relee. Asigurați-vă că sistemul dvs. este proiectat să funcționeze cu ieșirile disponibile. Planificați în prealabil orice sursă de alimentare externă, relee externe sau alte echipamente pe care sistemul dvs. le poate necesita pentru a funcționa cu aceste ieșiri.

Temperatura de Operare

Aceasta este o specificație care este adesea trecută cu vederea. Este esențial pentru dispozitivele cu indicație LCD, deoarece mulți vor avea probleme pe timp rece, cum ar fi -20 sau -40 ° C.

Luați în considerare avantajele și dezavantajele pentru a determina dacă dispozitivele cu buclă sunt soluția potrivită pentru aplicația dvs.

Amintiți-vă, dispozitivele cu buclă sunt adesea ieftine, precum și ușor de instalat și de întreținut. Acestea prezintă adesea aprobări importante ale agențiilor, cum ar fi aprobările intrinsec sigure (I.S.) și non-incendiare (N.I.), care sunt vitale dacă intenționați să le utilizați în zone periculoase.

Dezavantajele dispozitivelor alimentate prin buclă includ numărul și tipul limitat de ieșiri și o putere foarte mică, care nu permite utilizarea afișajelor cu LED-uri, relee mecanice și limitează comunicațiile seriale.

Lucruri de luat în considerare

Iată câteva elemente de luat în considerare care vă pot ajuta să descalificați dispozitivele cu buclă pentru aplicația dvs.:

  1. Ai nevoie de un display LED?
  2. Cererea dvs. necesită relee mecanice?
  3. Aveți nevoie de o ieșire auto-alimentată de 4-20 mA de pe dispozitiv?
  4. Aveți nevoie de comunicații seriale?
  5. Alimentarea cu buclă furnizează suficientă tensiune pentru a suporta dispozitivele alimentate cu buclă?
  6. Aplicația dvs. utilizează un semnal de proces, altul decât o buclă de curent de 4-20 mA?

Dacă răspunsul la oricare dintre aceste întrebări este „da”, atunci utilizarea dispozitivelor cu buclă nu este adecvată pentru aplicația dvs.

Termenul alimentat cu buclă înseamnă pur și simplu că dispozitivul în cauză își primește puterea de la semnalul de proces de 4-20 mA conectat la dispozitiv. Acest lucru este posibil deoarece curentul este același pe întreaga buclă de 4-20 mA, deci căderile de tensiune cauzate de dispozitivele alimentate cu buclă nu afectează semnalul de curent.

Dispozitivele alimentate prin buclă sunt simple, ușor de conectat și utilizează foarte puțină energie. Cu toate acestea, este important să fiți conștienți de limitările dispozitivelor alimentate prin buclă, cum ar fi indisponibilitatea relelor, afișajelor cu LED-uri sau comunicațiilor seriale avansate. Trebuie să fiți sigur că acordați atenție specificațiilor, cum ar fi căderea de tensiune, cerințele de ieșire, cerințele de putere, temperatura de funcționare și aprobările pentru zone periculoase, pentru a evita problemele legate de sistemul dvs. de control. Dacă aplicația dvs. necesită o soluție ieftină, ușor de instalat, cu consum redus de energie și niciunul dintre factorii descalificatori menționați anterior nu se aplică, atunci puterea în buclă poate fi răspunsul potrivit pentru aplicația dvs.

De Simon Paonessa - scriitor tehnic
Precision Digital Corporation

Urmăriți acest webinar înregistrat conceput ca o clasă introductivă pentru cei care trebuie să se ocupe de contoare cu buclă cu două fire și alte dispozitive. Obțineți o înțelegere puternică a criteriilor cheie pentru utilizarea și specificarea unui dispozitiv alimentat prin buclă și știți când un dispozitiv alimentat prin buclă este adecvat pentru aplicația dvs.

S-ar putea să vă intereseze

PD9502 Generator de semnal low-cost

Un generator de semnal 4-20 mA sau 0-10 VDC ieftin, compact, simplu de utilizat.

PD6600 Loop Leader I.S. Alimentat cu buclă & N.I. Contor de proces

UL și C-UL Listate ca fiind intrinsec sigure și nonincendente și certificate ATEX și IECEx pentru siguranță intrinsecă în zone periculoase

Contor PD685 cu siguranță intrinsecă, alimentat prin buclă IP67

Un indicator ușor de utilizat, alimentat cu buclă, certificat de CSA, ATEX și IECEx ca fiind intrinsec sigur pentru utilizare în zonele periculoase de gaz și praf din întreaga lume.