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。
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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/T 3369.1-2008/IEC 60381-1:1982)》中规定了4-20mA信号为直流电流通信信号,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:
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
TPS08U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(4-20mA and 0-5V),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。
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