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4-20mA_0-20mA_±5V_±10V等標准模擬量信號的相互轉換及無擾傳輸

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  • 发布时间:2013/11/25 11:50:08
  • 作者:銀河電氣

前言

  在工業測控領域,您是否經常爲如下問題苦惱?
  0-5V如何轉變爲4-20mA0-20mA4-24mA
  0-10V如何轉變爲4-20mA、0-20mA或4-24mA?
  ±5V、±10V交流电压信号如何轉變爲4-20mA、0-20mA或4-24mA直流电流信号?
  如何對變送器和采集板卡之間建立電氣隔離,提高電磁兼容性和測量安全性?
  如何保持0-5V、0-10V、±5V、±10V、4-20mA、0-20mA或4-24mA等標准模擬量信號在長距離傳輸中不受幹擾或衰減?
  請把上述一切問題,交給OPC420模擬量光纖傳輸模塊……

常規的4-20mA標准信號轉換思路

  常见的标准模拟量信号有:0-5V、0-10V、±5V、±10V、4-20mA、0-20mA或4-24mA。常见的變送器或传感器采用上述一种或多种制式输出标准信号。
  常見二次儀表或采集卡一般可接受上述一種或多種制式的輸入信號。
  当變送器或传感器的输出信号与二次仪表或采集卡输入信号制式不同时,我们需要在它们之间增加一个转换器。
  由于4-20mA標准信號具有抗幹擾能力強,傳輸過程無衰減等優點,在測控領域得到了廣泛的應用。
  經常爲了實現接口兼容或提升電磁兼容性,需要將0-5V、0-10V等標准電壓信號轉變爲4-20mA標准電流信號,或者需要將4-20mA電流信號轉變爲適合采集卡輸入的0-5V或0-10V標准電壓信號。
  上述轉變通常通過一運算放大器爲核心的模擬電路實現,也有采用如AD693、AD694、AM462、XTR105等專用4-20mA轉換或隔離IC。
  圖1爲0-5V電壓輸入轉換爲4-20mA電流輸出的典型電路原理圖:
0-5V转换为4-20mA电路原理图
图1 0-5V转换为4-20mA电路原理图
  各種轉換電路具有成本低,體積小等優點,適合在專用量産的産品中應用,由于受通用性差、制作周期,産品調試,電磁兼容等等問題的影響和約束,不適合用于解決工業現場臨時遇到的轉換問題。

OPC420的4-20mA轉換與傳輸原理

  第二節的圖1中所示電路可以較好的滿足0-5V至4-20mA的轉換,適當變換電路,也可實現0-5V至0-20mA的轉換。
  當輸入和輸出固定時,可以采用專用電路實現轉換。當希望轉換電路較通用時,比如說,輸出可以是0-5V、0-10V、±5V、±10V、4-20mA、0-20mA或4-24mA等7種制式時,要考慮7種電路的組合。而當輸入也要在7中制式中中選擇時,根據排列組合原理,需要7×6=42種電路的組合,電路將過于複雜而變得不實用。
  实时上,在计算机技术高速发展和广泛应用的今天,这种排列组合类的问题,完全可以交给各类微处理器通过软件实现,输入只需实现0-24mA电流和±10V电压的测量,输入电路匹配一个250Ω的高精度采样电阻,将20mA电流信号变换为5V电压信号,再经过放大变换为10V标准电压信号,之所以不采用500Ω电阻,是为了降低前端變送器的输出负荷,同时,也降低了对前端變送器的最大顺从电压的要求。电压信号可直接输入。若电压输出的前端變送器不能驱动250Ω,可通过拨码开关切除采样电阻,降低變送器的二次负荷。
  不論是電壓信號還是電流信號,經過上述調理電路之後,均變爲AD可接受的標准±10V電壓信號。AD轉換器輸出數字信號經過並/串轉換電路變換爲串行數據輸出。
  为了兼容4-24mA电流信号或测量更宽的电压、电流范围,以便与各种电量或非电量传感器、變送器输出兼容,调整电路参数可允许电路输入500mA、30V的峰值电压和峰值电流信号。
  湖南銀河電氣有限公司研制的OPC420/A光纖轉換器就是這樣的測量裝置。
  同时,變送器输入采用多量程自动量程转换电路,可精确测量1mA~500mA、60mV~30V以内的各种电流和电压信号。为了提高信号传输的电磁兼容性和延长无损传输距离,输出数字信号采用光纤传输。
  OPC420/B光纖轉換器为将上述数字信号转变为各种标准模拟量输出的转换装置。
  其輸出可兼容0-5V、0-10V、±5V、±10V、4-20mA、0-20mA或4-24mA等7中標准模擬量傳輸制式。通過撥碼開關可方便的切換輸出制式。
OPC420A和OPC420B组合使用实现4-20mA等各种标准或非标准模拟量的转换与传输
图2 OPC420/A和OPC420/B组合使用实现4-20mA等各种标准或非标准模拟量的转换与传输

OPC420光纖轉換器应用案例

  OPC420/A和OPC420/B光纖轉換器组合使用,可方便的实现:
  1、0-5V、0-10V、±5V、±10V、4-20mA、0-20mA或4-24mA等標准信號之間的相互轉換;
  2、輸入可兼容1mA~500mA、60mV~30V以內的各種電流和電壓信號,可方便的與各種傳感器直接配套;
  3、輸入輸出之間完全電氣隔離,確保二次測量的安全進行和良好的電磁兼容性;
  4、可實現100m的無擾、無損傳輸,增加中繼可實現更遠距離的傳輸。
  变频器给我们带来方便和节能的同时,也会对环境产生较强的电磁干扰,OPC420光纖轉換器套件特别适用于各种变频节能系统改造后,复杂电磁环境下各种标准或非标准信号的转换与传输。图3 为OPC420/A和OPC420/B光纖轉換器用于恒压供水系统中的测量(水压)信号和控制(频率调节)信号的转换与传输。
OPC420光纖轉換器套件在恒压供水系统中的应用
图3 OPC420光纖轉換器套件在恒压供水系统中的应用
  压力變送器及PLC的输出信号可以是0-5V、0-10V、±5V、±10V、4-20mA、0-20mA或4-24mA或1mA~500mA、60mV~30V范围之内的任意电流或电压信号,变频器频率调节输入端子及PLC模拟量测量端口可以是0-5V、0-10V、±5V、±10V、4-20mA、0-20mA或4-24mA等7种标准信号之中的任意一种。


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