Aj keď dnes priemysel využíva digitálne komunikačné protokoly ako Modbus, PROFINET alebo Ethernet/IP, prúdová slučka 4–20 mA zostáva jedným z najspoľahlivejších spôsobov prenosu analógových meraných hodnôt.

Používa sa pri tlakových snímačoch, prietokomeroch, hladinomeroch, teplomeroch, analyzátoroch aj detektoroch plynov. Vďaka svojej jednoduchosti a vysokej odolnosti patrí medzi najrozšírenejšie štandardy priemyselnej automatizácie.

Čo je prúdová slučka 4–20 mA?

Prúdová slučka je spôsob prenosu analógovej informácie pomocou elektrického prúdu.

Meraná veličina sa nevyjadruje napätím, ale veľkosťou elektrického prúdu, ktorý preteká uzavretým elektrickým obvodom.

Najčastejšie platí:

• 4 mA = dolná hranica meracieho rozsahu,
• 20 mA = horná hranica meracieho rozsahu.

Ak napríklad tlakový snímač meria rozsah 0 až 10 bar, potom:

• 4 mA predstavujú 0 bar,
• 12 mA predstavujú približne 5 bar,
• 20 mA predstavujú 10 bar.

Riadiaci systém (PLC alebo DCS) následne prúd jednoducho prepočíta na skutočnú hodnotu.

Prečo sa nepoužíva 0–20 mA?

Mnohí sa pýtajú, prečo štandard nezačína na nule.

Dôvod je jednoduchý.

Ak by nulová hodnota predstavovala 0 mA, nebolo by možné rozlíšiť:

• skutočnú nulovú hodnotu merania,
• prerušený kábel,
• poruchu napájania.

Použitie 4 mA umožňuje jednoznačne rozpoznať poruchový stav.

Ak prúd klesne pod približne 3,8 mA, riadiaci systém vie, že nastala chyba komunikácie alebo porucha zariadenia.

Ako funguje prúdová slučka?

Celý systém tvorí uzavretý elektrický obvod.

Obsahuje:

• napájací zdroj,
• merací prístroj,
• prenosové vedenie,
• vstup PLC alebo riadiaceho systému.

Merací prístroj podľa aktuálnej hodnoty mení veľkosť prúdu v slučke.

Riadiaci systém následne z nameraného prúdu vypočíta fyzikálnu veličinu.

Princíp je jednoduchý, spoľahlivý a mimoriadne odolný voči rušeniu.

Hlavné výhody prúdovej slučky 4–20 mA

Vysoká odolnosť voči elektromagnetickému rušeniu

Na rozdiel od napäťových signálov nie je prúd výrazne ovplyvnený elektromagnetickým rušením.

To je dôležité najmä v priemyselných prevádzkach s elektromotormi, meničmi alebo vysokými prúdmi.

Prenos na veľké vzdialenosti

Signál je možné prenášať na stovky metrov bez výraznej straty presnosti.

Preto sa používa vo veľkých výrobných halách, elektrárňach alebo vodárňach.

Jednoduchá diagnostika porúch

Vďaka definovaným hodnotám možno jednoducho odhaliť:

• prerušený vodič,
• skrat,
• poruchu snímača,
• výpadok napájania.

Kompatibilita

Prúdová slučka je podporovaná prakticky všetkými PLC, DCS a priemyselnými regulátormi.

Vďaka tomu spolu dokážu komunikovať zariadenia rôznych výrobcov.

Kde sa 4–20 mA používa?

Prúdovú slučku nájdeme takmer vo všetkých priemyselných odvetviach.

Najčastejšie pri:

• tlakových snímačoch,
• prietokomeroch,
• hladinomeroch,
• snímačoch teploty,
• regulačných ventiloch,
• analyzátoroch,
• detektoroch plynov.

Aj moderné inteligentné snímače často poskytujú popri digitálnej komunikácii aj klasický výstup 4–20 mA.

Má 4–20 mA aj nevýhody?

Áno.

Prúdová slučka prenáša iba jednu analógovú hodnotu.

Na rozdiel od moderných digitálnych protokolov nedokáže odosielať:

• diagnostické údaje,
• stav zariadenia,
• nastavenia,
• alarmy,
• viac meraných veličín naraz.

Práve preto sa dnes často kombinuje s technológiami ako HART alebo Modbus.

Prečo sa používa aj dnes?

Aj napriek nástupu digitálnej komunikácie zostáva prúdová slučka mimoriadne obľúbená.

Dôvodom je jej:

• jednoduchosť,
• spoľahlivosť,
• nízka cena,
• vysoká odolnosť,
• jednoduchá integrácia.

V mnohých aplikáciách predstavuje najpraktickejšie riešenie.

Záver

Prúdová slučka 4–20 mA patrí medzi najosvedčenejšie spôsoby prenosu meraných hodnôt v priemysle. Vďaka svojej spoľahlivosti, odolnosti voči rušeniu a jednoduchej diagnostike zostáva štandardom aj v čase moderných digitálnych komunikačných systémov. Pri správnom návrhu umožňuje presný a stabilný prenos údajov z meracích zariadení do riadiacich systémov.

Spoločnosť REFLOW SK dodáva tlakové snímače, prietokomery, hladinomery, detektory plynov a ďalšiu meraciu techniku s analógovými aj digitálnymi komunikačnými rozhraniami. Radi vám pomôžeme s výberom vhodného riešenia aj jeho integráciou do existujúceho systému.