Зачем
Токовая петля 4–20 мА: почему ток, а не напряжение, что такое «живой ноль» и чем аналоговый сигнал отличается от дискретного. Основа КИПиА.
Ментальная модель: ток как «вода в одной трубе»
Представь сигнал как воду в трубе без ответвлений: сколько втекло, столько и вытекло — расход одинаков в любой точке. Электрический ток в последовательной петле ведёт себя так же: он одинаков по всей длине провода, как бы ни падало напряжение на сопротивлении кабеля. Поэтому датчик кодирует измерение силой тока, а не напряжением — и сигнал не «худеет» на длинной линии и почти не боится наводок.
Почему 4, а не 0
Нижняя граница не ноль, а 4 мА — это «живой ноль». В нём вся хитрость:
Важно
Если бы 0% соответствовал 0 мА, то обрыв провода и «реальный ноль процесса» выглядели бы одинаково — ПЛК не отличил бы аварию от нормы. С живым нулём 4 мА = 0% измерения, а 0 мА = обрыв или дохлый датчик. Система мгновенно видит неисправность. Запомни: пропал ток совсем — ищи обрыв, а не нулевое давление.
Масштаб линейный: 4 мА → начало диапазона, 20 мА → конец. ПЛК сам пересчитывает миллиамперы в физические единицы (об этом — в практике раздела).
Аналоговый и дискретный — это AI и DI
Полевые сигналы делятся на два больших класса. Это прямо соответствует типам входов ПЛК, которые мы разберём в разделе про контроллеры.
| Класс | Что несёт | Пример | Вход ПЛК |
|---|---|---|---|
| Аналоговый | плавную величину | 4–20 мА от датчика давления, 0–10 В | AI (analog input) |
| Дискретный | два состояния: есть/нет | кнопка, концевик, реле уровня (24 В) | DI (discrete input) |
Дискретные входы ПЛК обычно работают на 24 В постоянного тока: есть +24 В на входе — логическая 1, нет — 0. Датчики-«сухие контакты» просто замыкают цепь.
Совет
Есть и 0–10 В — проще, но боится длинных линий и наводок и не ловит обрыв. Поэтому для полевых линий выбирают 4–20 мА, а 0–10 В оставляют для коротких связей внутри шкафа (например, задание частотнику).
HART: цифра поверх аналога
Современные датчики умеют больше, чем «гнать миллиамперы». HART накладывает на ту же токовую петлю слабый цифровой сигнал — и по двум проводам ты получаешь и аналоговое измерение, и цифровой обмен: настройку прибора, диагностику, дополнительные параметры.
Разобранный пример
Датчик давления выдаёт 12 мА (середина диапазона) — это читает ПЛК как обычно. Одновременно ноутбуком с HART-коммуникатором ты подключаешься к той же паре проводов и видишь: серийный номер прибора, температуру его электроники, дату последней калибровки — не разрывая измерение. Аналоговое значение при этом не дёргается.
Проверь себя
- Почему сигнал кодируют током, а не напряжением?
- Датчик показывает 0 мА. Это «ноль давления» или авария? Почему?
- На какой вход ПЛК (AI или DI) заведёшь концевой выключатель? А датчик 4–20 мА?
Документы и ресурсы
Обязательные
- Норматив ГОСТ 26.011-80 — Средства измерений и автоматизации. Сигналы тока и напряжения электрические непрерывные входные и выходные именно здесь узаконен сигнал 4–20 мА — физика петли разобрана в уроке, ГОСТ держи как справочник
Рекомендуемые
Практическое задание
Реши задачу на масштабирование без контроллера, на бумаге. Датчик давления имеет диапазон 0–10 бар и выдаёт 4–20 мА.
- Какому току соответствует давление 0 бар? А 10 бар? А 5 бар?
- ПЛК прочитал с входа 16 мА. Какое это давление? (Подсказка: найди, какой процент диапазона между 4 и 20 мА даёт 16 мА, и возьми тот же процент от 0–10 бар.)
- Прибор выдал 0 мА. Что докладываешь оператору?
Запиши формулу пересчёта мА → бар в общем виде — она пригодится в разделе про ПЛК.
Отмечайте прогресс — заведите бесплатный аккаунт. Уже есть? Войти.