Lesen Sie, was ein 4-20-mA-Ausgang ist

Was ist der 4-20-mA-Ausgang?

1.) Einleitung

4–20 mA (Milliampere) ist eine Art elektrischer Strom, der üblicherweise zur Übertragung analoger Signale in industriellen Prozesssteuerungs- und Automatisierungssystemen verwendet wird. Es handelt sich um eine energieautarke Niederspannungs-Stromschleife, die Signale über große Entfernungen und durch elektrisch verrauschte Umgebungen übertragen kann, ohne das Signal wesentlich zu verschlechtern.

Der 4-20-mA-Bereich stellt eine Spanne von 16 Milliampere dar, wobei vier Milliampere den minimalen oder Nullwert des Signals und 20 Milliampere den maximalen oder vollen Skalenwert des Signals darstellen. Der tatsächliche Wert des übertragenen Analogsignals wird als Position innerhalb dieses Bereichs kodiert, wobei der aktuelle Pegel proportional zum Wert des Signals ist.

Der 4-20-mA-Ausgang wird häufig zur Übertragung analoger Signale von Sensoren und anderen Feldgeräten wie Temperatursonden und Druckwandlern zur Steuerung und Überwachung von Systemen verwendet. Es wird auch verwendet, um Signale zwischen verschiedenen Komponenten innerhalb eines Steuerungssystems zu übertragen, beispielsweise von einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) zu einem Ventilantrieb.

In der industriellen Automatisierung ist der 4-20-mA-Ausgang ein häufig verwendetes Signal zur Übertragung von Informationen von Sensoren und anderen Geräten. Der 4-20-mA-Ausgang, auch Stromschleife genannt, ist eine robuste und zuverlässige Methode zur Datenübertragung über große Entfernungen, selbst in lauten Umgebungen. In diesem Blogbeitrag werden die Grundlagen des 4-20-mA-Ausgangs untersucht, einschließlich seiner Funktionsweise sowie der Vor- und Nachteile seiner Verwendung in industriellen Automatisierungssystemen.

Der 4-20-mA-Ausgang ist ein analoges Signal, das mit einem konstanten Strom von 4-20 Milliampere (mA) übertragen wird. Es wird häufig verwendet, um Informationen über die Messung einer physikalischen Größe wie Druck, Temperatur oder Durchflussrate zu übertragen. Beispielsweise kann ein Temperatursensor ein 4-20-mA-Signal proportional zur gemessenen Temperatur übertragen.

Einer der Hauptvorteile der Verwendung des 4-20-mA-Ausgangs besteht darin, dass es sich um einen universellen Standard in der industriellen Automatisierung handelt. Das bedeutet, dass eine Vielzahl von Geräten, wie Sensoren, Controller und Aktoren, so konzipiert sind, dass sie mit 4-20-mA-Signalen kompatibel sind. Es erleichtert die Integration neuer Geräte in ein bestehendes System, sofern sie einen 4-20-mA-Ausgang unterstützen.

2.）Wie funktioniert der 4-20-mA-Ausgang?

Der 4-20-mA-Ausgang wird über eine Stromschleife übertragen, die aus einem Sender und einem Empfänger besteht. Der Sender, typischerweise ein Sensor oder ein anderes Gerät, das eine physikalische Größe misst, erzeugt das 4-20-mA-Signal und sendet es an den Empfänger. Der Empfänger, normalerweise ein Controller oder ein anderes Gerät, das für die Signalverarbeitung verantwortlich ist, empfängt das 4-20-mA-Signal und interpretiert die darin enthaltenen Informationen.

Damit das 4-20-mA-Signal genau übertragen werden kann, ist es wichtig, einen konstanten Strom durch die Schleife aufrechtzuerhalten. Dies wird durch die Verwendung eines strombegrenzenden Widerstands im Sender erreicht, der die Strommenge begrenzt, die durch den Stromkreis fließen kann. Der Widerstandswert des Strombegrenzungswiderstands wird so gewählt, dass der gewünschte Bereich von 4–20 mA durch die Schleife fließen kann.

Einer der Hauptvorteile der Verwendung einer Stromschleife besteht darin, dass das 4-20-mA-Signal über große Entfernungen übertragen werden kann, ohne dass es zu einer Signalverschlechterung kommt. Dies liegt daran, dass das Signal als Strom und nicht als Spannung übertragen wird, was weniger anfällig für Störungen und Rauschen ist. Darüber hinaus können Stromschleifen das 4-20-mA-Signal über verdrillte Paare oder Koaxialkabel übertragen, wodurch das Risiko einer Signalverschlechterung verringert wird.

3.） Vorteile der Verwendung eines 4-20-mA-Ausgangs

Die Verwendung eines 4-20-mA-Ausgangs in industriellen Automatisierungssystemen bietet mehrere Vorteile. Zu den wichtigsten Vorteilen gehören:

Fernsignalübertragung:Der 4-20-mA-Ausgang kann Signale über große Entfernungen übertragen, ohne dass es zu einer Signalverschlechterung kommt. Es ist ideal für den Einsatz in Anwendungen, bei denen Sender und Empfänger weit voneinander entfernt sind, beispielsweise in großen Industrieanlagen oder Offshore-Ölplattformen.

A: Hohe Störfestigkeit:Stromschleifen zeichnen sich durch eine hohe Rausch- und Störfestigkeit aus und eignen sich daher ideal für den Einsatz in lauten Umgebungen. Dies ist besonders wichtig in industriellen Umgebungen, wo elektrische Störungen von Motoren und anderen Geräten zu Problemen bei der Signalübertragung führen können.

B: Kompatibilität mit einer Vielzahl von Geräten:Da der 4-20-mA-Ausgang ein universeller Standard in der industriellen Automatisierung ist, ist er mit vielen Geräten kompatibel. Es erleichtert die Integration neuer Geräte in ein bestehendes System, sofern sie einen 4-20-mA-Ausgang unterstützen.

4.) Nachteile der Verwendung eines 4-20-mA-Ausgangs

Während der 4-20-mA-Ausgang viele Vorteile hat, gibt es bei seiner Verwendung in industriellen Automatisierungssystemen auch einige Nachteile. Dazu gehören:

A: Begrenzte Auflösung:Der 4-20-mA-Ausgang ist ein analoges Signal, das über einen kontinuierlichen Wertebereich übertragen wird. Die Auflösung des Signals ist jedoch durch den Bereich von 4-20 mA begrenzt, was nur 16 mA entspricht. Für Anwendungen, die ein hohes Maß an Präzision oder Empfindlichkeit erfordern, ist dies möglicherweise nicht ausreichend.

B: Abhängigkeit von der Stromversorgung:Damit das 4-20-mA-Signal genau übertragen werden kann, ist es wichtig, einen konstanten Strom durch die Schleife aufrechtzuerhalten. Dies erfordert eine Stromversorgung, was zu zusätzlichen Kosten und Komplexität im System führen kann. Darüber hinaus kann es zu einem Ausfall oder einer Störung der Stromversorgung kommen, was die Übertragung des 4-20mA-Signals beeinträchtigen kann.

5.) Fazit

Der 4-20-mA-Ausgang ist ein weit verbreiteter Signaltyp in industriellen Automatisierungssystemen. Die Übertragung erfolgt mit einem Konstantstrom von 4-20 mA und der Empfang erfolgt über eine Stromschleife, bestehend aus einem Sender und einem Empfänger. Der 4-20-mA-Ausgang bietet mehrere Vorteile, darunter Signalübertragung über große Entfernungen, hohe Störfestigkeit und Kompatibilität mit einer Vielzahl von Geräten. Allerdings weist es auch einige Nachteile auf, darunter eine begrenzte Auflösung und die Abhängigkeit von einer Stromversorgung. Insgesamt ist der 4-20-mA-Ausgang eine zuverlässige und robuste Methode zur Datenübertragung in industriellen Automatisierungssystemen.

Was ist der Unterschied zwischen 4-20 mA, 0-10 V, 0-5 V und I2C-Ausgang?

4–20 mA, 0–10 V und 0–5 V sind analoge Signale, die üblicherweise in der industriellen Automatisierung und anderen Anwendungen verwendet werden. Sie dienen der Übermittlung von Informationen über die Messung einer physikalischen Größe, beispielsweise Druck, Temperatur oder Durchflussmenge.

Der Hauptunterschied zwischen diesen Signaltypen besteht im Wertebereich, den sie übertragen können. 4-20-mA-Signale werden mit einem Konstantstrom von 4-20 Milliampere übertragen, 0-10-V-Signale werden mit einer Spannung zwischen 0 und 10 Volt übertragen und 0-5-V-Signale werden mit einer Spannung zwischen 0 und 5 Volt übertragen.

I2C (Inter-Integrated Circuit) ist ein digitales Kommunikationsprotokoll, das zur Datenübertragung zwischen Geräten verwendet wird. Es wird häufig in eingebetteten Systemen und anderen Anwendungen verwendet, bei denen viele Geräte miteinander kommunizieren müssen. Im Gegensatz zu analogen Signalen, die die Informationen als kontinuierlichen Wertebereich übertragen, verwendet I2C eine Reihe digitaler Impulse zur Datenübertragung.

Jeder dieser Signaltypen hat seine eigenen Vor- und Nachteile und die beste Wahl hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab. Beispielsweise werden 4-20-mA-Signale häufig für die Signalübertragung über große Entfernungen und eine hohe Störfestigkeit bevorzugt, während 0-10-V- und 0-5-V-Signale möglicherweise eine höhere Auflösung und bessere Genauigkeit bieten. I2C wird im Allgemeinen für die Kommunikation über kurze Entfernungen zwischen einer kleinen Anzahl von Geräten verwendet.

1. Wertebereich:4-20-mA-Signale übertragen einen Strom im Bereich von 4 bis 20 Milliampere, 0-10-V-Signale übertragen eine Spannung im Bereich von 0 bis 10 Volt und 0-5-V-Signale übertragen eine Spannung im Bereich von 0 bis 5 Volt. I2C ist ein digitales Kommunikationsprotokoll und überträgt keine kontinuierlichen Werte.

2. Signalübertragung:4-20mA- und 0-10V-Signale werden über eine Stromschleife bzw. eine Spannung übertragen. 0-5V-Signale werden ebenfalls über eine Spannung übertragen. I2C wird mithilfe einer Reihe digitaler Impulse übertragen.

3. Kompatibilität:4-20-mA-, 0-10-V- und 0-5-V-Signale sind typischerweise mit vielen Geräten kompatibel, da sie in der industriellen Automatisierung und anderen Anwendungen weit verbreitet sind. I2C wird hauptsächlich in eingebetteten Systemen und anderen Anwendungen verwendet, bei denen viele Geräte miteinander kommunizieren müssen.

4. Auflösung:4-20-mA-Signale haben aufgrund des begrenzten Wertebereichs, den sie übertragen können, eine begrenzte Auflösung (nur 16 mA). Abhängig von den spezifischen Anforderungen der Anwendung können 0-10-V- und 0-5-V-Signale eine höhere Auflösung und eine bessere Genauigkeit bieten. I2C ist ein digitales Protokoll und hat keine Auflösung wie analoge Signale.

5. Störfestigkeit:4-20-mA-Signale sind aufgrund der Verwendung einer Stromschleife zur Signalübertragung äußerst resistent gegen Rauschen und Störungen. Abhängig von der spezifischen Implementierung können 0-10-V- und 0-5-V-Signale anfälliger für Rauschen sein. I2C ist im Allgemeinen resistent gegen Rauschen, da es digitale Impulse zur Signalübertragung verwendet.

Welches wird am häufigsten verwendet?

Welche Ausgabeoption für Temperatur- und Feuchtigkeitstransmitter ist die beste?

Es ist schwer zu sagen, welche Ausgangsoption für Temperatur- und Feuchtigkeitstransmitter am häufigsten verwendet wird, da dies von der spezifischen Anwendung und den Anforderungen des Systems abhängt. Allerdings werden 4–20 mA und 0–10 V häufig zur Übertragung von Temperatur- und Feuchtigkeitsmessungen in der industriellen Automatisierung und anderen Anwendungen verwendet.

4-20 mA ist aufgrund seiner Robustheit und Übertragungsfähigkeit über große Entfernungen eine beliebte Wahl für Temperatur- und Feuchtigkeitssender. Darüber hinaus ist es resistent gegen Lärm und Störungen und eignet sich daher für den Einsatz in lauten Umgebungen.

0–10 V ist eine weitere weit verbreitete Option für Temperatur- und Feuchtigkeitssender. Es bietet eine höhere Auflösung und bessere Genauigkeit als 4–20 mA, was bei Anwendungen, die eine hohe Präzision erfordern, wichtig sein kann.

Letztendlich hängt die beste Ausgangsoption für einen Temperatur- und Feuchtigkeitstransmitter von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab. Faktoren sind der Abstand zwischen Sender und Empfänger, das erforderliche Maß an Genauigkeit und Auflösung sowie die Betriebsumgebung (z. B. das Vorhandensein von Rauschen und Interferenzen).

Was ist die Hauptanwendung des 4-20-mA-Ausgangs?

Der 4-20-mA-Ausgang wird aufgrund seiner Robustheit und Übertragungsfähigkeit über große Entfernungen häufig in der industriellen Automatisierung und anderen Anwendungen eingesetzt. Zu den gängigen Anwendungen des 4-20-mA-Ausgangs gehören:

1. Prozesskontrolle:4–20 mA werden häufig zur Übertragung von Prozessvariablen wie Temperatur, Druck und Durchfluss von Sensoren an Controller in Prozessleitsystemen verwendet.
2. Industrielle Instrumentierung:4–20 mA werden üblicherweise zur Übertragung von Messdaten von Industrieinstrumenten wie Durchflussmessern und Füllstandssensoren an Steuerungen oder Displays verwendet.
3. Gebäudeautomation:4–20 mA werden in Gebäudeautomationssystemen verwendet, um Informationen über Temperatur, Luftfeuchtigkeit und andere Umgebungsbedingungen von Sensoren an Steuerungen zu übertragen.
4. Stromerzeugung:4-20 mA werden in Energieerzeugungsanlagen verwendet, um Messdaten von Sensoren und Instrumenten an Steuerungen und Displays zu übertragen.
5. Öl und Gas:4–20 mA werden in der Öl- und Gasindustrie häufig zur Übertragung von Messdaten von Sensoren und Instrumenten in Offshore-Plattformen und Pipelines verwendet.
6. Wasser- und Abwasserbehandlung:4–20 mA werden in Wasser- und Abwasseraufbereitungsanlagen verwendet, um Messdaten von Sensoren und Instrumenten an Steuerungen und Displays zu übertragen.
7. Speisen und Getränke:4–20 mA werden in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie verwendet, um Messdaten von Sensoren und Instrumenten an Steuerungen und Displays zu übertragen.
8. Automobil:4–20 mA werden in der Automobilindustrie verwendet, um Messdaten von Sensoren und Instrumenten an Controller und Displays zu übertragen.

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