西门子开封PLC模块总代理

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4-20mA（1-5V.DC）信号制是国际电工**（IEC）：过程控制系统用模拟信号标准。我国从DDZ-Ⅲ型电动仪表开始采用这一国际标准信号制，仪表传输信号采用4-20mA.DC，联络信号采用1-5V.DC，即采用电流传输、电压接收的信号系统。使用4-20mA模拟量进行通信时，无论是发射端还是接收端的电路设计相对于数字通信都会比较复杂，那为什么还要使用呢？本文将结合设计案例带你了解4-20mA通信。

1、为什么使用4-20mA通信？

在远距离、复杂的工业现场应用场合常常伴随有较大的干扰源，磁场辐射干扰、传导干扰等，如果使用传统的数字通信容易受到干扰，因为接收端的输入阻抗无穷大，在受到微弱噪声信号干扰后，会产生较高的电压噪声，不利于数据传输以及接口的安全使用规范。而使用模拟量（4-20mA）进行通信时，由于耦合的噪声信号较为微弱，通常为nA级别，则不受此影响，而且电流源驱动没有线压降问题。 

2、4-20mA代表了什么数据意义？

基于国际标准文件提出的《过程控制系统用模拟信号（**部分）：直流电流信号（GB/T3369.1-2008/IEC60381-1:1982）》中规定了4-20mA信号为可以选择直流电流通信信号，如表一：直流电流信号范围所示。文件中规定在采用4-20mA通信信号的情况下，4mA代表原始数据的0刻度，20mA代表原始数据的满刻度，0mA作为断电、断线检测。

如远端PT100热电阻温度监测系统，通过4-20mA通信方式将远端现场数据传回PLC，实现对现场温度变化监测。PT100的测量范围为-200-850℃，则4mA代表-200℃，20mA代表850℃，实际温度计算公式如下：

T=（850+200）℃/（20-4）mA*（I-4mA）-200℃

其中：T为当前测试温度;I为当前采集电流;一般用低于2mA代表热电阻测温模块系统断电或者通信线路断线。

3、4-20mA通信系统的一般电路设计

4-20mA模拟量通信电路如图二4-20mA通信电路架构所示，应用现场由传感器组成，经由变送器将非标准的传感器信号转换为标准4-20mA通信信号，再发送到远端控制设备，由接收器接收上传至PLC控制端。

目前市面上有较多的传感器设备或者执行器的成品模块已经集成了4-20mA通信功能，用户只需要自己搭建接收模块即可。接收模块正如下图二4-20mA通信电路架构所示，包含了采样器、信号调理电路、ADC（模数转换）以及MCU（数据传输以及处理）。但如果4-20mA通信携带的是一个高精度、数据范围比较宽的数据时（比如上个章节所提及的远端PT100热电阻温度监测系统，数据量范围-200-850℃，精度0.1%±1℃取较大值），接收模块精度达不到0.1%，则会引起数据传输误差，发挥不了传感器性能，那怎么去确保接收模块的采样数据准确呢？

4-20mA通信电路架构

首先我们先来分析一下接收链路可能导致采集精度误差的原因：a、采样电阻的初始精度以及工作在极限环境（高低温max）下时，电阻温漂引起采样电压的漂移;b、调理电路，该电路限制采样精度的因素比较多，如运放的失调电压、输出噪声、衰减或增益网络误差引起ADC端的电压采集误差;c、ADC单元电路误差，如基准漂移、基准噪声，电源噪声、PCB布局等这都是外部影响ADC转换精度因素;d、ADC自身所带来的转换精度误差，如ADC的失调误差、增益误差，无噪声分辨率低、积分非线性差等问题，带来转换精度误差。

为了缩短用户的开发周期，ZLG推出了一款带有隔离功能的高精度模拟量采集模块（08U）一次性解决了如上所有问题。该模块在设计上，考虑了如上的所有因素，采用较低温飘的电阻，号称零漂移的运放，24bit分辨率的ADC，在较优的参数下选取较具性价比元器件，并优化layout走线布局等实现以较小体积达成8通道测量。同时，每个模块出厂均通过严格的测试校准，保出厂的每个模块都能达到指标要求。

4、08U模块使用简介

08U典型电路如下图所示，只需简单的外围电路就可以实现8通道的模拟信号采集（4-20mAand0-5V），精度0.1%（电压为满量程精度）。模块电源采用3.3V供电，通信接口SPI，同时，模块集成了电源及通信隔离电路（隔离DC:2500V），尺寸大小长*宽*高：31.8mm*20.3mm*6.5mm。详细资料可向当地销售获取

1、对控制线的布置有些什么要求？

答：由于主电路的电流具有较强的高次谐波成分，容易干扰控制电路的工作。所以：

①控制线与主电路间的距离应不小于100mm。

②控制线应互相绞绕，并尽量使用屏蔽线。

③当控制线与主电路交叉时，应尽量垂直相交。

2、装设变频器时安装方向是否有限制？

答：变频器内部和背面的结构考虑了冷却效果，上下的关系对通风也是重要的，因此，对于单元型在盘内、挂在墙上的都取纵向位，尽可能垂直安装。

3、什么是变频器的普通运行？

答：普通运行是较常用的运行方式，它是在变频器较初设置的频率给定方式和运转指令方式下的运行方式。

4、什么是变频器的并联运行？

答：变频器的并联运行分为两种情况，即单台小容量变频器并联运行方式和“一拖多”运行方式。其中，单台小容量变频器并联运行适用于单台变频器不能满足实际变频器容量需求的情况，“一拖多”运行方式则是指一台变频器拖动多台电动机运行的模式。

5、什么是变频器的多段速运行？

答：多段速运行是指通过多功能输入端子的逻辑组合，可以选择多段频率进行多段速运行。较多可以达到16段速运行。

在多段速运行下，变频器能连续、断续，保持较终值，可以方便在如下情况使用:风机或鼓风机根据季节进行风量切换;涂装设备根据需漆量进行零件切换等。

6、什么是偏置频率？

答：偏置频率有的又叫偏差频率或频率偏差设定。其用途是当频率由外部模拟信号（电压或电流）进行设定，与变频器额定的模拟输入信号不一致时，可用此功能调整频率设定信号较低时输出频率的高低。

7、什么是加减速时间？

答：频率设定的上升率以防止过电流，减速时则限制下降率以防止过电压，加速时间设定要求是:将加速电流限制在变频器过电流容量以下，不使过流失速而引起变频器跳闸，减速时间设定要求是:防止平滑电路电压过大，不使再生过压失速而使变频器跳闸。

8、变频器的基本原理是什么？

答：变频调速是通过改变供给电动机的供电频率，来改变电动机的转速，从而改变负载的转速的。变频调速技术的基本原理是根据电动机转速与工作电源输入频率成正比的关系。

9、变频器的外接电路有哪些？

答：①变频器主电路。主电路电源输入端子(L1/R、L2/S、L3/T)，通过线路保护用断路器或带漏电保护的断路器连接至三相交流电源，不需要考虑相序。

②变频器输出端子（U、V、W）按正确相序连接至三相电动机。如果电动机旋转方向不对，则可调换U、V、W中的任意两相接线即可。

③直流电抗器根据负载类型决定是否连接。不连接直流电抗器时，应用短路线可靠连接