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

            • 瀏覽次數:35833次
            • 發布時間:2013/11/25 11:50:08
            • 作者:銀河電氣

            前言

              在工業測控領域,您是否經常為如下問題苦惱?
              0-5V如何轉變為4-20mA、0-20mA4-24mA?
              0-10V如何轉變為4-20mA、0-20mA或4-24mA?
              ±5V、±10V交流電壓信號如何轉變為4-20mA、0-20mA或4-24mA直流電流信號?
              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等標準模擬量信號在長距離傳輸中不受干擾或衰減?
              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標準信號轉換思路

              常見的標準模擬量信號有:0-5V、0-10V、±5V、±10V、4-20mA、0-20mA或4-24mA。常見的變送器或傳感器采用上述一種或多種制式輸出標準信號。
              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。
              當變送器或傳感器的輸出信號與二次儀表或采集卡輸入信號制式不同時,我們需要在它們之間增加一個轉換器。
              由于4-20mA標準信號具有抗干擾能力強,傳輸過程無衰減等優點,在測控領域得到了廣泛的應用。
              經常為了實現接口兼容或提升電磁兼容性,需要將0-5V、0-10V等標準電壓信號轉變為4-20mA標準電流信號,或者需要將4-20mA電流信號轉變為適合采集卡輸入的0-5V或0-10V標準電壓信號。
              上述轉變通常通過一運算放大器為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為0-5V電壓輸入轉換為4-20mA電流輸出的典型電路原理圖:
            0-5V轉換為4-20mA電路原理圖
            圖1 0-5V轉換為4-20mA電路原理圖
              各種轉換電路具有成本低,體積小等優點,適合在專用量產的產品中應用,由于受通用性差、制作周期,產品調試,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,電路將過于復雜而變得不實用。
              實時上,在計算機技術高速發展和廣泛應用的今天,這種排列組合類的問題,完全可以交給各類微處理器通過軟件實現,輸入只需實現0-24mA電流和±10V電壓的測量,輸入電路匹配一個250Ω的高精度采樣電阻,將20mA電流信號變換為5V電壓信號,再經過放大變換為10V標準電壓信號,之所以不采用500Ω電阻,是為了降低前端變送器的輸出負荷,同時,也降低了對前端變送器的最大順從電壓的要求。電壓信號可直接輸入。若電壓輸出的前端變送器不能驅動250Ω,可通過撥碼開關切除采樣電阻,降低變送器的二次負荷。
              不論是電壓信號還是電流信號,經過上述調理電路之后,均變為AD可接受的標準±10V電壓信號。AD轉換器輸出數字信號經過并/串轉換電路變換為串行數據輸出。
              為了兼容4-24mA電流信號或測量更寬的電壓、電流范圍,以便與各種電量或非電量傳感器、變送器輸出兼容,調整電路參數可允許電路輸入500mA、30V的峰值電壓和峰值電流信號。
              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。
              同時,變送器輸入采用多量程自動量程轉換電路,可精確測量1mA~500mA、60mV~30V以內的各種電流和電壓信號。為了提高信號傳輸的電磁兼容性和延長無損傳輸距離,輸出數字信號采用光纖傳輸。
              OPC420/B光纖轉換器為將上述數字信號轉變為各種標準模擬量輸出的轉換裝置。
              其輸出可兼容0-5V、0-10V、±5V、±10V、4-20mA、0-20mA或4-24mA等7中標準模擬量傳輸制式。通過撥碼開關可方便的切換輸出制式。
            OPC420A和OPC420B組合使用實現4-20mA等各種標準或非標準模擬量的轉換與傳輸
            圖2 OPC420/A和OPC420/B組合使用實現4-20mA等各種標準或非標準模擬量的轉換與傳輸

            OPC420光纖轉換器應用案例

              OPC420/A和OPC420/B光纖轉換器組合使用,可方便的實現:
              1、0-5V、0-10V、±5V、±10V、4-20mA、0-20mA或4-24mA等標準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。
              變頻器給我們帶來方便和節能的同時,也會對環境產生較強的電磁干擾,OPC420光纖轉換器套件特別適用于各種變頻節能系統改造后,復雜電磁環境下各種標準或非標準信號的轉換與傳輸。圖3 為OPC420/A和OPC420/B光纖轉換器用于恒壓供水系統中的測量(水壓)信號和控制(頻率調節)信號的轉換與傳輸。
            OPC420光纖轉換器套件在恒壓供水系統中的應用
            圖3 OPC420光纖轉換器套件在恒壓供水系統中的應用
              壓力變送器及PLC的輸出信號可以是0-5V、0-10V、±5V、±10V、4-20mA、0-20mA或4-24mA或1mA~500mA、60mV~30V范圍之內的任意電流或電壓信號,變頻器頻率調節輸入端子及PLC模擬量測量端口可以是0-5V、0-10V、±5V、±10V、4-20mA、0-20mA或4-24mA等7種標準信號之中的任意一種。


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