Зачем
2-, 3- и 4-проводная схема включения датчика 4–20 мА — разное распределение питания петли; перепутал при заказе модуля ввода — датчик просто не заработает.
Ментальная модель: кто «кормит» петлю
Урок про токовую петлю 4–20 мА уже объяснил тебе физику: ток одинаков по всей петле, 4 мА — живой ноль. Но там оставался открытым один практический вопрос: откуда берётся напряжение, которое толкает этот ток? Ответ на него — это и есть выбор между 2-, 3- и 4-проводной схемой включения. Ошибиться здесь — значит на пусконаладке обнаружить, что датчик «молчит», хотя электрически всё подключено «как на схеме».
Три схемы — три способа запитать датчик
| Схема | Проводов | Кто питает петлю | Типичный датчик |
|---|---|---|---|
| 2-проводная (петлевое питание) | 2 | внешний источник (24 В), обычно через AI-модуль ПЛК | датчики давления, уровня, температурные преобразователи |
| 3-проводная | 3 | собственный блок питания датчика (2 провода), сигнал — общий провод + сигнальный | некоторые расходомеры, аналитические приборы |
| 4-проводная (активный выход) | 4 | собственный блок питания датчика (2 провода отдельно от сигнальных 2) | массовые расходомеры, анализаторы, крупные преобразователи |
Важно
2-проводная схема — самая распространённая в КИПиА, и именно её ты будешь встречать чаще всего: датчик не имеет собственного питания, он берёт его из той же пары проводов, по которой идёт сигнал 4–20 мА. Источник этого питания — либо сам модуль AI ПЛК (если он «активный», сам выдаёт 24 В в петлю), либо отдельный источник питания в шкафу, а модуль AI в этом случае только измеряет ток («пассивный» вход).
Активный и пассивный вход ПЛК — выбор, который делает инженер
Здесь и кроется практическая развилка, которую инженер АСУ ТП решает при подборе модулей ввода:
- Активный AI-модуль сам выдаёт 24 В в петлю — датчик подключается напрямую, двумя проводами, без внешнего источника. Удобно, но модуль дороже и питает ограниченное число петель.
- Пассивный AI-модуль только измеряет ток, а 24 В в петлю подаёт отдельный источник питания в шкафу. Гибче для длинных линий и множества датчиков, но добавляет ещё один элемент схемы — источник питания петли — который тоже может отказать.
Разобранный пример
Трассируем 2-проводную петлю датчика давления
Датчик давления PT1 — двухпроводный, 4–20 мА. В шкафу — источник питания петли +24 В (отдельный БП) и пассивный AI-модуль ПЛК.
Путь тока: «+24 В» источника → клемма X2:1 → провод по кабелю к датчику PT1 (клемма «+») → внутри датчика петля замыкается на клемму «–» → провод обратно по кабелю → клемма X2:2 → вход AI0 модуля (измеряет ток) → «минус» источника питания.
Обрати внимание: ток идёт через сам датчик — это и есть петлевое питание. Если перепутать полярность на клеммах X2:1/X2:2, датчик просто не заработает (у большинства современных приборов это не авария, а сигнал «нет показаний»).
3- и 4-проводная схема: датчик сам себя питает
Когда прибору для работы нужно больше энергии, чем может дать сама токовая петля (мощная электроника, подсветка дисплея, обогрев), его делают самопитающимся: отдельная пара проводов на собственное питание (обычно 24 В или 220 В), и отдельная (или частично общая) пара — на выходной сигнал 4–20 мА.
Важно
В 4-проводной схеме выходной сигнал прибора может быть сток (sink) или исток (source) — то есть прибор либо «принимает» ток от внешнего источника через себя, либо сам выдаёт ток во внешнюю цепь. Это нужно сверять по паспорту прибора до заказа модуля AI: не каждый AI-модуль ПЛК одинаково хорошо работает с обоими типами выхода. Перепутал — на пусконаладке получишь либо 0 мА, либо неправильные показания.
3-проводная схема — компромисс: питание своё (2 провода), а для сигнала используется всего один дополнительный провод и общий с питанием «минус» — экономия одной жилы кабеля на приборе, где это допустимо по паспорту.
Типичные ошибки на монтаже
Опасно
Никогда не подавай внешнее питание петли на клеммы прибора, который уже самопитающийся (3- или 4-проводный), думая, что это универсальная 2-проводная петля. В лучшем случае датчик не заработает, в худшем — повредишь его электронику или источник питания. Перед тем, как разводить питание, всегда сверяйся со схемой подключения из паспорта конкретного прибора — она обязательна и уникальна для каждой модели.
Экраны кабелей аналоговых линий заземляют с одной стороны (это уже упоминалось при монтаже шкафа) — правило действует для всех трёх схем одинаково и не зависит от того, кто питает петлю.
Проверь себя
- Датчик давления — двухпроводный. Кто, скорее всего, питает его токовую петлю: сам датчик или внешний источник?
- В паспорте расходомера написано «схема подключения: 4-проводная, выход source». Что это значит для выбора модуля AI ПЛК?
- Почему нельзя подавать внешнее петлевое питание на клеммы 4-проводного самопитающегося прибора?
Документы и ресурсы
Обязательные
- Норматив ГОСТ 21.408-2013 — СПДС. Правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов раздел про схемы соединений и подключения внешних проводок
Рекомендуемые
- Норматив ГОСТ 26.011-80 — Средства измерений и автоматизации. Сигналы тока и напряжения электрические непрерывные входные и выходные физику самой токовой петли ты уже разбирал — здесь фокус на схемах включения
Практическое задание
Возьми паспорт (datasheet) любого реального датчика 4–20 мА — своего или из каталога вендора (например ОВЕН, как в практике из раздела КИПиА):
- Определи по паспорту схему подключения — 2-, 3- или 4-проводная — и выпиши, сколько проводов и какие клеммы у прибора.
- Нарисуй от руки схему включения этого датчика в шкаф: источник питания петли (если нужен отдельно), клеммник, AI-модуль ПЛК.
- Укажи на схеме полярность каждого провода.
- Ответь письменно: если бы этот прибор внезапно перестал показывать значение (0 мА на входе), с чего бы ты начал проверку именно для его схемы включения?
Отмечайте прогресс — заведите бесплатный аккаунт. Уже есть? Войти.