কিভাবে 4-20 mA সার্কিট কাজ করে

"বর্তমান লুপ" 1950 এর দশকে ডেটা ট্রান্সমিশন ইন্টারফেস হিসাবে ব্যবহৃত হয়েছিল। প্রথমে, ইন্টারফেসের অপারেটিং কারেন্ট ছিল 60 mA, এবং পরে, 1962 থেকে শুরু করে, 20 mA বর্তমান লুপ ইন্টারফেস টেলিটাইপে ব্যাপক হয়ে ওঠে।

1980-এর দশকে, যখন বিভিন্ন সেন্সর, অটোমেশন সরঞ্জাম এবং অ্যাকুয়েটরগুলি প্রযুক্তিগত সরঞ্জামগুলিতে ব্যাপকভাবে প্রবর্তিত হতে শুরু করে, তখন "কারেন্ট সার্কিট" ইন্টারফেস তার অপারেটিং স্রোতের পরিসরকে সংকুচিত করে - এটি 4 থেকে 20 mA পর্যন্ত পরিবর্তিত হতে শুরু করে।

RS-485 ইন্টারফেস স্ট্যান্ডার্ডের আবির্ভাবের সাথে 1983 সাল থেকে "বর্তমান লুপ" এর আরও বিস্তার ধীর হতে শুরু করে, এবং আজ "কারেন্ট লুপ" প্রায় কখনই নতুন সরঞ্জামগুলিতে ব্যবহৃত হয় না।

একটি বর্তমান লুপ ট্রান্সমিটার একটি RS-485 ট্রান্সমিটার থেকে আলাদা যে এটি একটি ভোল্টেজ উত্সের পরিবর্তে একটি বর্তমান উত্স ব্যবহার করে।

বর্তমান, ভোল্টেজের বিপরীতে, সার্কিট বরাবর উৎস থেকে সরানো, লোড পরামিতিগুলির উপর নির্ভর করে তার বর্তমান মান পরিবর্তন করে না। অতএব, "বর্তমান লুপ" তারের প্রতিরোধ, লোড প্রতিরোধ বা এমনকি প্রবর্তক শব্দ EMF এর জন্য সংবেদনশীল নয়।

উপরন্তু, লুপ কারেন্ট বর্তমান উৎসের সরবরাহ ভোল্টেজের উপর নির্ভর করে না, তবে কেবল তারের মাধ্যমে ফুটো হওয়ার কারণে পরিবর্তন হতে পারে, যা সাধারণত নগণ্য। বর্তমান চক্রের এই বৈশিষ্ট্যটি সম্পূর্ণরূপে এর বাস্তবায়নের উপায়গুলি নির্ধারণ করে।

এটি লক্ষ করা উচিত যে ক্যাপাসিটিভ পিকআপের EMF বর্তমান উত্সের সাথে সমান্তরালভাবে এখানে প্রয়োগ করা হয় এবং এর পরজীবী প্রভাবকে দুর্বল করতে শিল্ডিং ব্যবহার করা হয়।

এই কারণে, সিগন্যাল ট্রান্সমিশন লাইন সাধারণত একটি ঢালযুক্ত টুইস্টেড পেয়ার, যা, ডিফারেনশিয়াল রিসিভারের সাথে একসাথে কাজ করে, একা সাধারণ মোড এবং প্রবর্তক শব্দকে হ্রাস করে।

সিগন্যালের প্রাপ্তির দিকে, লুপ কারেন্ট একটি ক্যালিব্রেটেড রোধ ব্যবহার করে ভোল্টেজে রূপান্তরিত হয়। এবং 20 mA এর কারেন্টে, স্ট্যান্ডার্ড সিরিজ 2.5 V এর একটি ভোল্টেজ পাওয়া যায়; 5V; 10V; - যথাক্রমে 125, 250 বা 500 ওহমের প্রতিরোধের সাথে একটি প্রতিরোধক ব্যবহার করাই যথেষ্ট।

"কারেন্ট লুপ" ইন্টারফেসের প্রথম এবং প্রধান অসুবিধা হল এর কম গতি, যা ট্রান্সমিটিং সাইডে অবস্থিত উপরে উল্লিখিত কারেন্ট সোর্স থেকে ট্রান্সমিশন ক্যাবলের চার্জ করার গতি দ্বারা সীমাবদ্ধ।

সুতরাং, 75 pF/m এর রৈখিক ক্যাপ্যাসিট্যান্স সহ 2 কিমি লম্বা একটি তার ব্যবহার করার সময়, এর ক্যাপাসিট্যান্স হবে 150 nF, যার মানে হল এই ক্যাপাসিট্যান্সকে 20 mA এর কারেন্টে 5 ভোল্টে চার্জ করতে 38 μs লাগে, যা এর সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। 4.5 কেবিপিএস ডেটা স্থানান্তর হারে।

নীচে বিকৃতির বিভিন্ন স্তরে (জিটার) এবং বিভিন্ন ভোল্টেজে ব্যবহৃত তারের দৈর্ঘ্যের উপর "বর্তমান লুপের" মাধ্যমে সর্বাধিক উপলব্ধ ডেটা ট্রান্সমিশন হারের একটি গ্রাফিক্যাল নির্ভরতা রয়েছে, মূল্যায়নটি একইভাবে করা হয়েছিল আরএস ইন্টারফেস -485।

"বর্তমান লুপ" এর আরেকটি অসুবিধা হল সংযোগকারীর ডিজাইন এবং তারের বৈদ্যুতিক পরামিতিগুলির জন্য একটি নির্দিষ্ট মানের অভাব, যা এই ইন্টারফেসের ব্যবহারিক প্রয়োগকেও সীমিত করে। ন্যায্যতার ক্ষেত্রে, এটি লক্ষ করা যেতে পারে যে আসলে, সাধারণত গৃহীতগুলি 0 থেকে 20 mA এবং 4 থেকে 20 mA পর্যন্ত। পরিসীমা 0 - 60 mA অনেক কম ব্যবহৃত হয়।

সবচেয়ে প্রতিশ্রুতিশীল উন্নয়নের জন্য "বর্তমান লুপ" ইন্টারফেস ব্যবহার করা প্রয়োজন, বেশিরভাগ অংশে আজ শুধুমাত্র 4 ... 20 mA ইন্টারফেস ব্যবহার করা হয়, যা সহজেই একটি লাইন বিরতি নির্ণয় করা সম্ভব করে তোলে। উপরন্তু, "বর্তমান লুপ" "ডেভেলপারের প্রয়োজনীয়তার উপর নির্ভর করে ডিজিটাল বা এনালগ হতে পারে (পরে আরও বেশি)।

যেকোনো ধরনের «বর্তমান লুপ» (অ্যানালগ বা ডিজিটাল) ব্যবহারিকভাবে কম ডেটা রেট এটিকে সিরিজে সংযুক্ত একাধিক রিসিভারের সাথে একযোগে ব্যবহার করার অনুমতি দেয় এবং লম্বা লাইনের কোনো মিলের প্রয়োজন হয় না।

"বর্তমান চক্র" এর অ্যানালগ সংস্করণ

এনালগ "কারেন্ট লুপ" প্রযুক্তিতে প্রয়োগ পেয়েছে যেখানে এটি প্রয়োজনীয়, উদাহরণস্বরূপ, সেন্সর থেকে কন্ট্রোলারে বা কন্ট্রোলার এবং অ্যাকুয়েটরদের মধ্যে সংকেত প্রেরণ করা। এখানে, বর্তমান চক্র বিভিন্ন সুবিধা প্রদান করে।

প্রথমত, পরিমাপ করা মানের বৈচিত্র্যের পরিসর, যখন এটি মান পরিসরে হ্রাস করা হয়, আপনাকে সিস্টেমের উপাদানগুলি পরিবর্তন করতে দেয়। যথেষ্ট দূরত্বে উচ্চ নির্ভুলতার সাথে (+ -0.05% ত্রুটির বেশি নয়) একটি সংকেত প্রেরণ করার ক্ষমতাও অসাধারণ। অবশেষে, বর্তমান চক্র মান অধিকাংশ শিল্প অটোমেশন বিক্রেতাদের দ্বারা সমর্থিত।

4 … 20 mA বর্তমান লুপের সংকেত রেফারেন্স পয়েন্ট হিসাবে সর্বনিম্ন 4 mA কারেন্ট রয়েছে।এইভাবে, তারের ভাঙ্গা হলে, কারেন্ট শূন্য হবে। একটি 0 … 20 mA বর্তমান লুপ ব্যবহার করার সময়, একটি তারের বিরতি নির্ণয় করা আরও কঠিন হবে, কারণ 0 mA কেবল প্রেরিত সংকেতের সর্বনিম্ন মান নির্দেশ করতে পারে। 4 … 20 mA রেঞ্জের আরেকটি সুবিধা হল যে এমনকি 4 mA লেভেলেও কোনো সমস্যা ছাড়াই সেন্সরকে পাওয়ার করা সম্ভব।

নীচে দুটি অ্যানালগ কারেন্ট ডায়াগ্রাম রয়েছে। প্রথম সংস্করণে, পাওয়ার সাপ্লাই ট্রান্সমিটারে তৈরি করা হয়, যখন দ্বিতীয় সংস্করণে, পাওয়ার সাপ্লাই বাহ্যিক।

বিল্ট-ইন পাওয়ার সাপ্লাই ইনস্টলেশনের ক্ষেত্রে সুবিধাজনক, এবং বাহ্যিকটি আপনাকে বর্তমান লুপ ব্যবহার করা ডিভাইসের উদ্দেশ্য এবং অপারেটিং অবস্থার উপর নির্ভর করে এর পরামিতিগুলি পরিবর্তন করতে দেয়।

বর্তমান লুপের অপারেশন নীতি উভয় সার্কিটের জন্য একই। আদর্শভাবে, একটি op-amp এর ইনপুটগুলিতে একটি অসীমভাবে বড় অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধ এবং শূন্য কারেন্ট থাকে, যার মানে হল যে এটির ইনপুটগুলি জুড়ে ভোল্টেজও প্রাথমিকভাবে শূন্য।

সুতরাং, ট্রান্সমিটারে প্রতিরোধকের মাধ্যমে কারেন্ট কেবল ইনপুট ভোল্টেজের মানের উপর নির্ভর করবে এবং পুরো লুপের কারেন্টের সমান হবে, যখন এটি লোড প্রতিরোধের উপর নির্ভর করবে না। অতএব, রিসিভার ইনপুট ভোল্টেজ সহজেই নির্ধারণ করা যেতে পারে।

অপ-অ্যাম্প সার্কিটের সুবিধা রয়েছে যে আপনি এটিতে একটি রিসিভার কেবল সংযোগ না করেই ট্রান্সমিটারটি ক্যালিব্রেট করতে পারবেন, যেহেতু রিসিভার এবং তারের দ্বারা প্রবর্তিত ত্রুটিটি খুব ছোট।

আউটপুট ভোল্টেজটি ট্রান্সমিশন ট্রানজিস্টরের সক্রিয় মোডে স্বাভাবিক ক্রিয়াকলাপের জন্য প্রয়োজনীয়তার উপর ভিত্তি করে নির্বাচন করা হয়, সেইসাথে তারের, ট্রানজিস্টর নিজেই এবং প্রতিরোধকের উপর ভোল্টেজ ড্রপের ক্ষতিপূরণের শর্তের সাথে।

বলুন রোধ 500 ohms এবং তারের হল 100 ohms. তারপর, 20 mA কারেন্ট পাওয়ার জন্য, 22 V-এর একটি ভোল্টেজের উত্স প্রয়োজন৷ নিকটতম আদর্শ ভোল্টেজটি বেছে নেওয়া হয়েছে — 24 V৷ ভোল্টেজের সীমা থেকে অতিরিক্ত শক্তিটি ট্রানজিস্টরে ছড়িয়ে দেওয়া হবে৷

উল্লেখ্য যে উভয় চার্ট দেখায় গ্যালভানিক বিচ্ছিন্নতা ট্রান্সমিটার পর্যায় এবং ট্রান্সমিটারের ইনপুটের মধ্যে। ট্রান্সমিটার এবং রিসিভারের মধ্যে কোনো মিথ্যা সংযোগ এড়াতে এটি করা হয়।

একটি এনালগ কারেন্ট লুপ তৈরির জন্য একটি ট্রান্সমিটারের উদাহরণ হিসাবে, আমরা 4 ... 20 এমএ বা 0 ... 20 এমএ বর্তমান চক্র « প্রোটোকল।

মডিউলটি RS-485 প্রোটোকলের মাধ্যমে কম্পিউটারের সাথে যোগাযোগ করে। রূপান্তর ত্রুটির জন্য ক্ষতিপূরণের জন্য ডিভাইসটি বর্তমান ক্যালিব্রেট করা হয়েছে এবং কম্পিউটার দ্বারা সরবরাহকৃত কমান্ডগুলি কার্যকর করে। ক্রমাঙ্কন সহগগুলি ডিভাইসের মেমরিতে সংরক্ষণ করা হয়। একটি DAC ব্যবহার করে ডিজিটাল ডেটা এনালগে রূপান্তরিত হয়।

"বর্তমান চক্র" এর ডিজিটাল সংস্করণ

ডিজিটাল বর্তমান লুপ, একটি নিয়ম হিসাবে, 0 ... 20 mA মোডে কাজ করে, যেহেতু এই আকারে ডিজিটাল সংকেত পুনরুত্পাদন করা সহজ। লজিক লেভেলের নির্ভুলতা এখানে এতটা গুরুত্বপূর্ণ নয়, তাই লুপ কারেন্ট সোর্সে খুব বেশি অভ্যন্তরীণ রোধ এবং তুলনামূলকভাবে কম নির্ভুলতা থাকতে পারে।

উপরের চিত্রে, 24 V এর একটি সরবরাহ ভোল্টেজ সহ, 0.8 V রিসিভারের ইনপুটে ড্রপ করা হয়েছে, যার অর্থ হল 1.2 kΩ এর প্রতিরোধকের সাথে, কারেন্ট হবে 20 mA। তারের ভোল্টেজ ড্রপ, এমনকি যদি এর রেজিস্ট্যান্স মোট লুপ রেজিস্ট্যান্সের 10% হয়, তাও অবহেলিত হতে পারে, যেমনটি অপটোকপলার জুড়ে ভোল্টেজ ড্রপ করতে পারে।অনুশীলনে, এই অবস্থার অধীনে, ট্রান্সমিটারকে একটি বর্তমান উত্স হিসাবে বিবেচনা করা যেতে পারে।