Nové přístupy ke správě obvodů proudové smyčky 4 až 20 mA

 

 

Proudová smyčka 4 až 20 mA je běžná metoda vysílání senzorových informací v mnoha průmyslových proces monitorujících aplikace – převážně to jsou systémy monitorující tlak, teplotu, pH nebo další fyzické veličiny. Tyto systémy využívají známou dvouvodičovou proudovou smyčku 4 až 20 mA, ve které jeden kabel se stočeným párem napájí modul a rovněž přenáší výstupní signál.

 

Vysílání senzorových informací přes proudovou smyčku je obzvláště užitečné, když je třeba přenášet signál na velké vzdálenosti (250 m není výjimkou). Použití této jednoduché dvoudrátové techniky umožňuje instalaci jednak levně realizovat, jednak snadno zapojit, udržovat, jakož i v ní vyhledávat a odstraňovat závady.

 

Činnost smyčky je velmi jednoduchá: výstupní signál senzoru je nejprve převeden na poměrný proud, kdy 4 mA obvykle představují nulovou úroveň výstupu senzoru a 20 mA představuje nejvyšší úroveň na výstupu senzoru. Hodnota 20 mA např. znamená, že je ventil otevřen na 100 %, a hodnota 4 mA znamená, že je ventil uzavřen. Hodnoty odečetů mezi maximem a minimem znamenají, že je obvod ovládán ventilem.

 

Proč byl proud 4 mA zvolen jako dolní úroveň představující stav vypnuto nebo uzavřeno? Konstrukce této techniky bere v úvahu, že zde musí existovat prostředek představující chybu způsobenou rozpojeným obvodem nebo přerušeným napájením. Tudíž hodnota proudu 0 mA je nezbytně rezervována pro signalizaci poruchy v systému, zatímco hodnoty proudu 4 mA nebo 20 mA indikují správně fungující obvod.

 

Nejdůležitější mezi výhodami techniky proudové smyčky 4 až 20 mA je skutečnost, že přesnost signálu není ovlivněna poklesem napětí ve vnitřní instalaci a že smyčka může zařízení i napájet. I v případě velkého elektrického odporu ve vedení udrží vysílač proudové smyčky správný proud až do maximální napěťové hladiny.

Nápad s klešťovým měřičem (jeho název je odvozen od klešťového ampérmetru) se zrodil z nutnosti. Zapojení ampérmetru přímo do obvodu pro měření proudu je velmi praktické. Použití tradičního ampérmetru často vyžaduje snížit výkon testovaného obvodu, což může vyžadovat vypnutí hlavního přívodu ke složitému, dynamickému systému, jakým může být např. hnací systém ponorky nebo komplexní systém vestavěný okolo programovatelných ovladačů. Protože klešťový měřič umožňuje sevřít čelisti kolem každého jednotlivého vodiče, přerušení obvodu není nutné. U modelu procesního miliampérového klešťového měřiče 771 vyvinula společnost Fluke vylepšení, která přizpůsobují techniku klešťových měřičů preciznosti současných složitějších obvodů a také obvodům, které by vytvářely fyzická omezení pro jiné klešťové měřiče.

Požadavek na nový přístup k měření obvodů 4 až 20 mA se projevil, když uspořádání běžného klešťového měřiče již nemohlo splňovat základní požadavky každodenní práce na složitých nebo přeplněných obvodech. Kleště měřiče Fluke 771 se dají oddělit od těla přístroje, a umožňují tak měření ve stísněných prostorách a současně nabízejí uživateli možnost pohodlného prohlížení odečetů v méně stísněné nebo lépe osvětlené části (viz obr.). Měřič Fluke 771 má také vestavěnou svítilnu pro osvětlení nesnadno po zorovatelných vodičů ve stísněných prostorách nebo tmavých zákoutích.

Přístroj Fluke 771 nabízí funkci hold, která umožňuje zachytit a zobrazit proměnlivé hodnoty měření. S touto funkcí může uživatel vykonat měření, sejmout přístroj z obvodu a podržet si hodnoty odečtu pro snadnější prohlížení a záznam.

Měřič Fluke 771 nabízí rovněž inovační vlastnost nazývanou procentní ekvivalent. V tomto režimu může technik vidět nejen hodnotu proudu, ale také procento z rozpětí, které představuje hodnota odečtu. Např. odečet 12 mA vytvoří rovněž hodnotu procenta z rozpětí 50 % na duálním displeji měřiče (hodnota 50 % mezi 4 mA a 20 mA). Takovéto typy vylepšení umožňují technikům a konstruktérům získávat užitečnější data z obvodů procesního řízení a současně zvyšovat produktivitu.

Obliba technologie smyček 4 až 20 mA spočívá v jednoduchosti systémového uspořádání a provozu, ve snadném vyhledávání problémů a v přizpůsobivosti všem druhům procesů průmyslové automatizace. Proto se tato technika nadále využívá v nových průmyslových systémech, a to i přes zavádění novějších sběrnicových technologií.

 

Např. digitální sběrnicové technologie, jako jsou FieldBus a ProfiBus, se setkávají s omezeným použitím (většinou v Asii) v nových průmyslových závodech, ve kterých mohou být projektovány jako součást celkové systémové struktury. Obě zmíněné techniky však pokulhávají za technikou smyčky 4 až 20 mA v prostředích, kde bylo nové zařízení instalováno pro rozšíření výkonu stávajícího závodu nebo jako nová dodatečná kapacita. Tyto nové sběrnicové techniky navíc vyžadují přeškolení techniků a ve většině nových sběrnicových technikách je obtížnější vyhledávání a odstraňování závad než v obvodech proudové smyčky 4 až 20 mA. V důsledku toho budou smyčky 4 až 20 mA stále převládat a v důsledku toho bude poptávka po nových přístrojích pro správu, vyhledávání a odstraňování závad v této přímočaré, spolehlivé a dostupné technice i nadále značně velká.

 

Další informace lze získat na adrese: http://www.fluke.cz