Fördelar med att omvandla RTD- och termoelementsignaler till 4...20 mA ström
Termoelement och RTD-givare används vanligtvis för att mäta temperaturer inom industriella processer. I fall där dessa givare är direkt anslutna till PLC, kan resultatet av mätnoggrannheten ibland vara sämre än förväntat. Denna förlust av noggrannhet orsakas ofta av elektromagnetiska störningar (EMI). Genom att omvandla termoelement- och RTD-signaler till industristandarden 4...20 mA ström, går det att effektivt eliminera fel på grund av EMI.
De flesta termoelement skapar en spänningssignal som är mindre än 50 mV och ett termoelement kan i praktiken inte skapa ett strömflöde. Därmed måste enheter som mäter ett termoelement ha en väldigt hög ingångsresistans (vanligtvis 1 miljon Ω eller mer).
Kombinationen av en låg mV-signal och inget strömflöde gör att termoelement beter sig som en antenn. Elektriska störningar från 50/60 Hz elnätet, urladdningar från blixtar, statisk elektricitet, radiofrekvensstörning från bärbara radioapparater, kommutatorljud från DC-motorer och flera andra källor av elektriskt brus kan ”tas emot” av ett termoelement – och ju längre trådarna är, desto större chans är det att termoelementet ”tar emot” elektriskt brus.
Samma sak kan hända vid mätning av RTD-enheter. Även om RTD-elementet strömsätts av en liten strömkälla, (vanligtvis 0,3 mA), behövs det näst intill inget strömflöde på givartrådarna som används på 3- och 4-tråds RTD-enheter. Därmed fungerar givartrådarna även som antenner som plockar upp ett brett spektrum av brus som föreligger i den industriella miljön.
Vissa symptom på bruspåverkade temperatursignaler är att temperaturmätningarna:
- omedelbart ändras när en närliggande motor eller värmare startar.
- ändras när en del av en process slås av eller på.
- ändras när en mobilradio sänder.
- ändras baserat på tiden på dygnet eller vädermönster.
- ändras baserat på placeringen/inriktningen av givartrådarna.
Hur man minimerar fel orsakade av EMI
Ett av de bästa sätten att minimera fel på grund av EMI är att minimera längden på givarkablarna och därmed minimera längden på "antennen”.
Detta görs genom att man mäter termoelement- eller RTD-signalen vid givaren och omvandlar mätningen till en 4...20 mA strömsignal. Strömmen mäts sedan av ett PLC-ingångskort som har en resistans på ungefär 250 Ω. På detta sätt elimineras fel på grund av EMI.
Strömflödet genom den ena sidan av en strömslinga påverkas av EMI som skapats av, låt oss säga en bärbar radioapparat. Detta EMI kan påverka (öka) det normala strömflödet på den sidan av slingan. Strömmen på den andra sidan av slingan flödar i motsatt riktning via samma elektromagnetiska fält. På grund av detta motverkas (minskar) strömmen som flödar genom den sidan av slingan av EMI. Nettoeffekten: Slingans strömflöde förblir praktiskt taget oförändrat av EMI.
Noggrannheten förbättras ytterligare genom att man tvinnar signalledarna runt varandra. Detta säkerställer att båda trådarna är lika skyddade mot elektromagnetiska störningar och de tvinnade ledarna bildar en serie magnetfält i motsats till varandra längs kabelns längd. Båda effekterna säkerställer att alla EMI-källor har en likvärdig - men motsatt - effekt på strömslingan. I och med dessa effekter, kan 4…20 mA slingor passera genom områden med betydande EMI utan praktiskt taget inga störningar i den uppmätta signalen.
I vissa applikationer påverkas givartrådarna som leds till kontrollpanelen inte av EMI, utan en hög nivå av elektromagnetisk störning finns inuti panelen. Denna störning skapas t.ex. av motordrivsystem med variabel frekvens, SCR-motor- och värmeregulatorer, elmotorers mjukstartare, högspänningskontakter och DC-motordrivenheter.
Effekten av EMI inuti panelen kan minimeras genom att man använder en DIN-skena monterad temperaturtransmitter för att omvandla lågnivå-RTD- och termoelementsignaler till robusta 4...20 mA strömsignaler. Isoleringen som tillhandahålls av temperaturtransmittern eliminerar även fel orsakade av gemensamt brus (elektriska störningar som även är vanliga för givartrådarna). Denna lösning gör det möjligt för den ursprungliga givartråden att förbli ostörd, samtidigt som noggrannheten och repeterbarheten av mätningen som görs av det analoga ingångskortet förbättras.
Lösningar med två transmittrar
Det är fördelaktigt att använda två transmittrar: en vid givaren och en inuti kontrollpanelen. Denna lösning tillhandahåller utmärkt immunitet mot EMI eftersom längden på givarkablarna minimeras och paneltransmittern kan utföra flera olika funktioner inuti panelen:
- Paneltransmittern kan tillhandahålla en oberoende, isolerad mA-utgång samt larmkontakter till PLC-enhetens analoga och digitala ingångskort.
- Paneltransmittern kan vara utrustad med en bakgrundsbelyst display som visar processvärdet, relästatus, givarfel och fel på slingan. Detta minskar felsöknings- och driftsättningstiden avsevärt.
- Den panelmonterade transmittern kan dela signalen, vilket ger flera isolerade, aktiva eller passiva 4...20 mA strömsignaler till olika enheter vid anläggningen.
-
Dessutom kan PR-transmittrar utföra signaldämpning, flerpunktslinjärisering av icke-linjära ingångar (såsom termistorer), volymmätning av udda formade behållare, matematiska funktioner på två ingångssignaler med mera.
