4-20Ma בודק לולאה הנוכחי באמצעות op

חיישנים הם חלק בלתי נפרד מכל מערכת מדידה שכן הם מסייעים בהמרת הפרמטרים בעולם האמיתי לאותות אלקטרוניים שניתן להבין על ידי מכונות. בסביבה תעשייתית, סוג החיישנים הנפוץ ביותר הוא חיישנים אנלוגיים וחיישנים דיגיטליים. חיישנים דיגיטליים מתקשרים עם פרוטוקולים 0 ו -1 הבאים כמו USART, I2C, SPI וכו 'וחיישנים אנלוגיים יכולים לתקשר באמצעות זרם משתנה או מתח משתנה. רבים מאיתנו צריכים להכיר חיישנים המוציאים מתח משתנה כמו LDR, חיישן גז MQ, חיישן Flex וכו '. חיישני מתח אנלוגיים אלה מצמידים מתח לממירי זרם כדי להמיר את המתח האנלוגי לזרם אנלוגי כדי להפוך לחיישן זרם משתנה.

חיישן זרם משתנה זה עוקב אחר פרוטוקול 4-20mA, כלומר החיישן יפיק 4mA כאשר הערכים הנמדדים הוא 0 ויפיק 20mA כאשר הערך הנמדד הוא מקסימלי. אם החיישן מוציא פחות מ- 4mA או יותר מ- 20mA, הוא יכול להניח כמצב תקלה. החיישן מוציא את הזרם דרך חוטי זוג מעוותים המאפשרים לזרם כוח ונתונים דרך שני חוטים בלבד. הערך הנמוך ביותר או 'אפס' הוא 4mA. הסיבה לכך היא המצב שבו כאשר הפלט הוא אפס או 4mA, הוא עדיין יכול להפעיל את המכשיר. כמו כן מכיוון שהאות מועבר כזרם, ניתן לשלוח אותו למרחקים ארוכים מבלי לדאוג לנפילת מתח בגלל התנגדות חוטים או מפני חסינות רעש.

בתעשיות כיול החיישן הוא תהליך שגרתי, וכיול המערכת וגם לצורך פתרון בעיות בתקלות מבוצעת בדיקת לולאה שוטפת. בבדיקות לולאה נוכחיות היא משתמשת בתהליך אימות הבודק שבירה בקו התקשורת. זה גם בודק את זרם הפלט של המשדר. בפרויקט זה, ניצור בודק לולאות זרם בסיסי תוך שימוש בכמה רכיבים המאפשרים לנו לכוונן את הזרם באופן ידני מ 4ma ל 20mA על ידי סיבוב פוטנציומטר. מעגל זה יכול לשמש כחיישן דמה לחיקוי תוכניות או לצורך איתור באגים.

דרישות רכיבים

נעשה שימוש בטרנזיסטור PNP (BC557)
מגבר אופ (נעשה שימוש ב- JRC4558)
נגד 300k
נגד 1k
פוטנציומטר 50k 10 סיבובים.
100pF 16V
0.1uF 16V - 2 יחידות
נגד 100R - סובלנות 5%
נורית LED (בכל צבע)
ספק כוח 5V
קרש לחם
חוט חיבור
מולטימטר למדידת הזרם

בואו נסתכל על המרכיבים החשובים המשמשים בפרויקט זה. בתמונה למטה מוצג הטרנזיסטור PNP, BC557 pin out.

זהו אחד הטרנזיסטורים PNP עם שלושה פינים הנפוצים ביותר. BC557 הוא הצמד הזהה של NPN BC547. משמאל לימין הסיכות הן פולט, בסיס ואספן. טרנזיסטורים מקבילים אחרים הם BC556, BC327, 2N3906 וכו '.

מגבר ה- OP המשמש כאן (JRC4558) עוקב אחר דיאגרמת הסיכה כמו בשימוש בסוגים אחרים של המגברים. הפין 1, הפין 2, הפין 3 משמשים למגבר-על יחיד ופין 5, 6, 7 המשמש לערוץ השני. ניתן להשתמש בכל ערוץ לפרויקט זה. הסיכה השמינית היא מקור האספקה החיובי והסיכה הרביעית היא ה- GND. JRC4558D אופ-Amp משמש עבור פרויקט זה, אבל-אמפר אופ אחר גם יעבוד. כגון - TL072, LM258, LM358 וכו '.

הרכיב החמישי ברשימת החלקים, פוטנציומטר 50k 10 סיבובים הוא מבורנס. מספר החלק הוא 3590S-2-503L. עם זאת, זה רכיב קצת יקר. הסיר של 10 סיבובים הוא הטוב ביותר למטרה זו, אך פוטנציומטרים גנריים אחרים עבדו גם כן בסדר גמור. ההבדל הוא שהרזולוציה תהיה פחותה עם פוטנציומטר גנרי שבגללו התוספת או הקטנת המקור הנוכחי לא יהיו חלקים. בפרויקט זה משתמשים בפוטנציומטר בורנס. תרשים הפינים של פוטנציומטר Bourns הוא קצת מבלבל לעומת תרשים הפינים פוטנציומטר רגיל. בתמונה למטה, הסיכה הראשונה משמאל היא סיכת המגב. צריך להיזהר בעת חיבור הפוטנציומטר הזה בכל יישום.

תרשים מעגל

תרשים המעגל השלם עבור בודק הלולאה הנוכחי 4-20mA מוצג להלן.

כפי שאתה יכול לראות המעגל די פשוט, הוא מורכב ממגבר אופטי שמניע טרנזיסטור. זרם היציאה מהטרנזיסטור מוזר ל- LED, ניתן לשנות את זרם המוצא הזה בין 0mA ל 20mA על ידי שינוי הפוטנציומטר וניתן למדוד אותו באמצעות מד זרם המחובר כמוצג לעיל.

מגבר ה- Op כאן מיועד לעבוד כמקור עכשווי עם משוב שלילי. המתח המשתנה לכניסה ניתן לסיכה הלא-הופכת של המגבר-על באמצעות פוטנציומטר. זרם היציאה המרבי (במקרה זה 20mA) נקבע באמצעות הנגד המחובר לסיכה ההפוכה של מגבר ה- op. כעת, בהתבסס על המתח המסופק לסיכה שאינה הופכת מהסיר, המגבר האופטי יטה את הטרנזיסטור כך שיוביל לזרם קבוע דרך הנורית. זרם קבוע זה יישמר ללא קשר לערך התנגדות העומס הפועל כמקור זרם. מגבר מסוג זה נקרא כמגבר טרנס-מוליכות. המעגל פשוט וניתן לבנות אותו בקלות על קרש לחם כמוצג להלן.

עבודות של בודק לולאות זרם 4-20mA

הנורית כאן פועלת כעומס ומעגל הלולאה הנוכחי מספק את הזרם הנדרש לעומס. זרם העומס מסופק על ידי ה- BC557 אשר נשלט ישירות על ידי מגבר ה- 4558. בכניסה החיובית של המגבר, מתח הפניה מספק הפוטנציומטר. בהתאם למתח הייחוס, המגבר המספק את זרם ההטיה לבסיס הטרנזיסטור. הנגד הסדרה הנוסף מתווסף על פני הפוטנציומטר כדי להגביל את מתח הייחוס וכן את הפלט של המגבר ובכך ליצור את הגבול של 0mA ל 20mA. שינוי ערך הנגד הזה משנה גם את גבול המוצא הנוכחי המינימלי למקסימלי.

בדיקת המעגל

לאחר בניית המעגל, הפעילו אותו באמצעות מקור 5V מוסדר. השתמשתי באספקת החשמל, בדומה למה שבנינו קודם להפעלת המעגל כמוצג להלן.

הערה: עבור הנגד 300k, שני נגדים משמשים בסדרות 100k ו 200k.

כדי לבדוק את המעגל השתמשתי במולטימטר במצב Amp וחיברתי את הגששים שלו במקום המד זרם שמוצג בתרשים המעגל. אתה יכול לבדוק את המדריך לשימוש במולטימטר אם אתה חדש במולטימטר. כשאני מגדיל את הפוטנציומטר ניתן להבחין בערך הנוכחי במולטימטר משתנה בין 4mA ל 20mA. וידאו עובד שלם ניתן למצוא בתחתית הזה.

יישומים של מעגל בודק לולאה נוכחי

היישום העיקרי של בודק לולאות זרם 4-20mA הוא לבדוק או לכייל את מכונות ה- PLC המקבלות פרוטוקול 4-20 mA ומספקות נתונים בהתאם לו. לכן, הכיול השגוי הביא לערך שגיאה שנתפס על ידי ה- PLC. לא רק כיול, אלא שזה גם תהליך נוח לבדוק את שבירת הלולאה הנוכחית.

ליישום לולאת הזרם 4-20mA יש היקף עצום במערכות אוטומציה ובקרה תעשייתית. כגון, זרימת מים, מיקום שסתום, ייצור שמן והחיישנים הנלווים החיוניים לתהליך הייצור, משתמשים בקו תקשורת של 4-20 mA. איתור באגים ומציאת תקלות הוא תפקיד מכריע בענף כדי לחסוך זמן וכסף. בודק לולאות זרם מדויק של 4-20 mA הוא כלי חיוני לפתרון בעיות הקשורות לחיישן.

מגבלות של בודק לולאה נוכחי 4-20mA

למעגל יש מגבלות מסוימות. הסביבה התעשייתית קשה מאוד מהסביבה מבוססת המעבדה. לכן, המעגל צריך להיות מורכב ממעגלי הגנה שונים כמו הגנה מפני קצר חשמלי והגנות נחשולים בכל הקלט והפלט המתאימים לשימוש בסביבות תעשייתיות.